10 kV帶電導線緊線安全性研究

廖志華，蔡俊宇，蔡曉軍，陳宇宏，潘小山，李 迎

(國網福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000)

0 引言

近年來，隨著配網帶電作業技術研究的不斷深入，配網帶電作業得到大力發展及推廣應用。在配網帶電作業項目中，經常涉及架空線路的緊線施工作業，例如帶負荷直線桿改耐張桿、帶電更換耐張絕緣子等作業項目，均需對架空導線進行預先收緊作業。

在架空導線收緊施工過程中，線路的參數會發生變化，從而導致線路的應力和弧垂發生變化。過大的拉伸力，會使導線產生過牽引，從而導致倒桿、帶電導線斷線落地的事故發生，特別是導線帶電的情況，帶電導線緊線過程除了要考慮應力變化外，還需考慮導線線間距離的變化等多方面因素對作業安全的影響，因此，研究帶電導線的緊線過程應力變化，對提升帶電緊線作業安全具有重要的意義[1]。

1 帶電緊線過程導線位移分析

架空配電線路的架設通常采用耐張桿和直線桿組合架設的方式，即一個耐張段內包含多根直線桿。架空線路施工過程中，檔距內導線位移的方式可以分為高差位移(整體拔高)、縱向位移(沿線路方向)、橫向位移(垂直線路方向)、多向位移(同時向兩個以上方向進行)。對于單個檔距，縱向位移和多向位移檔距內弧垂變化較大，對線路參數影響較大，而高差位移和橫向位移檔距內弧垂變化較小，對線路參數的影響也較小。在帶電緊線施工過程中，通常只在一個檔距或多個檔距內進行，導線的收緊過程，通常只發生縱向位移，因此研究帶電緊線過程位移變化，只需研究架空線路縱向位移情況下的參數變化[2]。

2 帶電緊線過程導線受力計算模型

2.1 帶電緊線過程安全性分析

配網架空線路通常采用等高和不等高兩種架設方式，無論采用哪種架設方式，架空導線都存在一定的張力，帶電緊線過程，使得原來有張力的導線被進一步收緊，勢必在導線上產生過牽引力，收緊的長度即為過牽引長度。為保證帶電導線收緊的作業過程安全，即考慮在作業過程中不出現斷線風險作為判斷依據[4-8]，必須滿足以下兩個條件：

(1) 帶電緊線過程中不出現斷線風險，即控制導線的過牽引力不超過導線的許用應力[σ]。

(2) 緊線后，在中檔開斷導線后加裝的“連接器”所受的拉力，不會超過“連接器”的拉斷力T。

2.2 導線的強度系數計算

根據緊線后的線長l'求緊線后導線的應力σ'與強度系數K。

導線的應力σ求解可按下式測算：

式中，L——施工段導線檔距(孤立檔為孤立檔檔距，連續檔為代表檔距)，g——導線的綜合比載，f——導線弧垂。

如果已知檔距和弧垂，可進一步推算檔距內導線的線長，計算如下：

反過來知道線長和檔距，可以計算出弧垂：

因此，帶電收緊導線施工作業后的線長l'，就等于施工前線長減去收緊的長度，即：

根據帶電緊線過程，l即為緊線器的收緊長度，根據緊線長度計算出緊線后的線長l'，再進一步計算出過牽引后的弧垂f'和應力σ'，最后算出緊線后強度系數K'。根據強度系數K'與導線設計最小允許安全系數K的比較，即可判斷是否滿足作業安全，即：

式中，[σD]——導線的瞬時破壞應力。

2.3 導線允許過牽引量計算

根據緊線長度來計算過牽引量，適用與觀測弧垂較小，導線較松弛情況下的測算。當導線檔距較小、弧垂較大時，可以利用最大許用應力法來測算導線的過牽引量，從而判斷導線是否能夠帶電收緊。具體計算方法如下：

(1) 根據導線的瞬時破壞應力[σD]和安全系數K，計算出施工檔導線的最大許用應力σ，即：

(2) 根據式(2)，計算施工檔導線的線長l。

(3)根據式(1)，計算最大許用應力下的導線弧垂f。

(4)根據式(2)，計算最大許用應力下的導線的線長l'。

(5)計算可以帶電收緊的導線最大長度，即最大過牽引量lmax：

因此，當緊線器收緊長度小于最大過牽引量時，可以認為作業是安全的。

3 帶電收緊導線安全性計算機輔助分析

根據上述計算模型，導線的應力計算是一個三元一次方程，計算過于復雜，因此利用計算機輔助分析不同線徑導線的施工安全性。下面以JKLYJ型架空導線為例介紹計算及輔助分析辦法。按照行業規范，常用架空JKLYJ型導線的參數如表1所示。

表1 JKLYJ導線參數

根據上述線路參數，以及式(1)，可以計算不同線徑JKLYJ導線在不同范圍檔距和弧垂下的應力值。

首先計算各線徑導線的自重比載g1，具體計算如下。

根據表2給出的參數條件，以JKLYJ-240系列架空導線進行驗證，按照《10 kV架空線路典型設計規范》要求，JKLYJ-240系列配電線路設計檔距范圍在20～120 m，弧垂為0.1～2.9 m，σD為144.5 N/mm2，設 計 安 全 系 數 為2.5。利 用Origin軟件進行編程計算[9-10]，通過設定相應參數條件，得到對應的應力、弧垂、檔距關系曲線以及計算數值。

根據計算機分析結果，可以參照計算條件下檔距、弧垂、應力的對應值進行對比分析，因此為了保證作業安全，帶電緊線后導線的強度系數應大于2.5，即收緊后導線應力：

查找Origin計算結果，便可以得出最大許用應力σ=57.8 N/mm2范圍內的檔距和弧垂組合，并以此判斷緊線安全性。根據以上計算結果，得出JKLYJ系列導線自重此載計算表(表2)，JKLYJ-240架空絕緣導線的設計檔距范圍和弧垂組合(表3)。

表2 JKLYJ系列導線自重比載計算

表3 JKLYJ-240架空絕緣導線設計檔距范圍內允許收緊最小弧垂 m

4 工程應用案例

某市供電公司10 kV某線路工程需要在兩段孤立擋分別為50 m和70 m的范圍內進行“橋接法”旁路施工檢修架空線路作業，現需對兩檔導線中段進行開斷，后加裝“橋接器”連接。架空線路為JKLYJ-240導線，查作業溫度時導線的弧垂分別為0.4 m和0.8 m，導線設計安全系數K=2.5。作業時無風，擬采用N-1500R型絕緣緊線器進行收緊施工作業，開斷后采用耐張絕緣子收緊恢復導線，現需判斷帶電收緊導線過牽引長度安全性是否滿足要求。

工程安全性評估步驟如下。

(1) Origin計算機輔助分析。已知架空線路施工檔檔距L1=50 m和L2=70 m，對應弧垂f1=0.4 m，f2=0.8 m。由 表2知，JKLYJ-240導線的0.4 m弧垂和0.8 m對應的弧垂的設計檔距范圍為：L0.4≤66 m，L0.8≤93 m。

因此，根據現場施工檔檔距，該工程可以實施帶電收緊作業。

(2) 精確計算收緊高度范圍。根據式(1)，計算50 m和70 m兩個檔距最大許用應力下的弧垂：

最大應力下可提升導線的最大高度范圍：

即兩個檔距，收緊高度在17.3 cm，35.5 cm范圍內，作業是安全的。

(3) 判斷中檔開斷導線連接器受力安全性分析。根據“橋接法”旁路作業施工方法，需對緊線后導線在緊線位置開斷后用連接器連接，因此，此工程為了確保工程安全，還需考慮連接器的受力安全，所選用連接器額定拉伸負荷應大于導線最大拉斷力，不會出現導線斷線和落地風險，確保該工程作業安全性。

(4) 現場施工。根據分析結果，按照配電帶電作業技術規范要求進行現場施工。

收緊后開斷連接，本工程利用FXBW4-10/70型復合耐張絕緣子作為連接器，其額定拉伸負荷為70 kN，遠遠大于JKJYL-240導線的最大拉斷力。兩檔距范圍內緊線收緊長度及高度如表4。

表4 現場施工導線方案 cm

作業過程符合配網不停電作業規范要求，作業后導線運行穩定，工程順利實施。

5 結論

10 kV配網帶電作業經常遇到緊線施工作業，配網架空線路結構復雜多變，帶電緊線作業往往按照作業人員實際工作經驗來進行判斷，缺乏科學性和安全性。建立相應的帶電緊線受力計算模型和安全性輔助分析方法，為實際作業提供有力的理論指導依據，能大大提高帶電緊線作業的安全性。