簡析輸電架空線路防風(fēng)加固技術(shù)策略分析

陸靖

上海市電力公司青浦供電公司 上海 201700

引言

輸電架空線路是電力系統(tǒng)中傳輸電能的重要組成部分。然而，在自然災(zāi)害特別是風(fēng)災(zāi)的影響下，架空線路可能面臨嚴(yán)重破壞甚至斷裂的風(fēng)險，給電力供應(yīng)帶來嚴(yán)重的影響。因此，為了確保輸電線路的可靠性和穩(wěn)定性，防風(fēng)加固技術(shù)策略顯得尤為重要。希望該技術(shù)策略能夠在實際工程中得到廣泛應(yīng)用，以提高輸電線路的安全性、可靠性和抗災(zāi)能力，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供應(yīng)。

1 輸電架空線路的重要性

電力傳輸：輸電架空線路通過將發(fā)電廠產(chǎn)生的電能從原地輸送到消費者所在地區(qū)，實現(xiàn)了電能的遠(yuǎn)距離傳輸。它是實現(xiàn)電力系統(tǒng)的互聯(lián)互通、供電可靠性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。輸電架空線路可以搭載高電壓和大電流，使得電能損失降低，提高了傳輸效率。

能源供應(yīng)保障：輸電架空線路作為電力系統(tǒng)的骨干部分，承擔(dān)著連接電網(wǎng)的重要作用。它能夠?qū)㈦娏闹饕陌l(fā)電廠、水電站、核電站等集中供應(yīng)地區(qū)傳輸?shù)綇V大的用戶群體，保障了能源的充足供應(yīng)，滿足人們對電能的需求。

大規(guī)模電力傳輸：輸電架空線路具備承受較高電流和電壓的能力，可以實現(xiàn)大規(guī)模電力傳輸，滿足不同地區(qū)、不同規(guī)模的電力需求。它可以跨越河流、山脈、平原等各種地形地貌，靈活布局，實現(xiàn)點對點的電力傳輸。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展促進(jìn)：輸電架空線路的建設(shè)和運營推動了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。它為工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)服務(wù)、居民生活等提供了可靠的電力供應(yīng)，促進(jìn)了各個領(lǐng)域的發(fā)展和運轉(zhuǎn)[1]。

2 架空線路風(fēng)荷載分布情況分析

風(fēng)場特征分析：確定研究地區(qū)的風(fēng)速概率密度函數(shù)，包括平均風(fēng)速和極值風(fēng)速。分析地區(qū)的氣象條件，如季節(jié)性風(fēng)向變化、風(fēng)向頻率等。

風(fēng)壓計算與分析：通過標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)壓公式計算擋距上的風(fēng)壓。考慮不同高度上的風(fēng)壓變化，比如近地面高度和輸電線高度處的風(fēng)壓。

輸電塔結(jié)構(gòu)受力分析：使用結(jié)構(gòu)計算軟件對輸電塔進(jìn)行受力分析，包括各節(jié)點的受力大小和方向?？紤]彎矩、剪力、軸力等受力形式，以及風(fēng)荷載對輸電塔的側(cè)向壓力。

風(fēng)引起的線振動分析：研究風(fēng)引起的導(dǎo)線振動現(xiàn)象，包括線震動頻率、振幅和周期等。根據(jù)導(dǎo)線的機(jī)械特性和風(fēng)荷載的強(qiáng)度，評估導(dǎo)線的疲勞壽命。

風(fēng)荷載與設(shè)備負(fù)荷綜合疊加：將風(fēng)荷載與輸電線路設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行疊加，計算得到塔身和導(dǎo)線的最大受力情況。考慮不同風(fēng)向和導(dǎo)線間的相互作用。

3 輸電架空線路防風(fēng)加固技術(shù)現(xiàn)狀

結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)件優(yōu)化：為了提高輸電線路結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力，研究人員正在不斷探索新型的結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)件設(shè)計方案。例如，采用高強(qiáng)度、輕量化的材料來改善輸電塔的抗風(fēng)能力，或設(shè)計新型的導(dǎo)線、絕緣子等。

風(fēng)洞試驗與數(shù)值模擬：通過風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬，可以對不同氣象條件下的風(fēng)荷載與結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行精確的研究和分析。這有助于更好地理解風(fēng)場特征、確定風(fēng)荷載分布規(guī)律，并指導(dǎo)線路結(jié)構(gòu)的加固方案設(shè)計。

結(jié)構(gòu)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)：建立結(jié)構(gòu)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，實時監(jiān)測輸電線路結(jié)構(gòu)的變形和振動情況，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)措施，提高線路的安全性和穩(wěn)定性。

加固措施與方案研究：根據(jù)風(fēng)荷載分析結(jié)果和結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究人員正在開展更有效的線路防風(fēng)加固措施的研究。這包括改進(jìn)傳統(tǒng)的加固方法，如加裝風(fēng)切板、撐桿、加高桿等，以及研發(fā)新型的防風(fēng)技術(shù)，如利用減壓降阻抗器、柔性支撐系統(tǒng)等[2]。

4 輸電架空線路防風(fēng)加固技術(shù)

4.1 特殊桿塔設(shè)計

黏土墊肩桿塔：在傳統(tǒng)的桿塔基礎(chǔ)上增加一層黏土墊肩，用于增加桿塔底部的摩擦力，在風(fēng)力作用下提高桿塔的穩(wěn)定性。

獨立支撐桿塔：將傳統(tǒng)的雙桿塔結(jié)構(gòu)改為三桿或四桿獨立支撐結(jié)構(gòu)，增加了支撐點，提高了桿塔的抗風(fēng)性能。

斜拉桿塔：采用斜拉索來支撐桿塔的結(jié)構(gòu)，大幅度減小了桿塔的自重，降低了對地基的壓力，提高了桿塔的抗風(fēng)性能。

單桿桿塔：將傳統(tǒng)的雙桿塔結(jié)構(gòu)改為單桿結(jié)構(gòu)，減小了桿塔的投影面積，降低了風(fēng)吹面積，提高了桿塔的抗風(fēng)性能。

剛性空間網(wǎng)架桿塔：采用剛性的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計桿塔，使得桿塔在受到側(cè)向風(fēng)力作用時能夠轉(zhuǎn)化為整體的剛性變形，提高了桿塔的抗風(fēng)性能。

4.2 絕緣子串掛高調(diào)整

風(fēng)壓與絕緣子串掛高：風(fēng)壓是指風(fēng)力作用在單位面積上的壓力。絕緣子串所受到的風(fēng)壓與其掛高呈正相關(guān)關(guān)系，即掛得越高，所承受的風(fēng)壓越大。因此，在設(shè)計絕緣子串的掛高時，需要根據(jù)實際的風(fēng)壓要求進(jìn)行調(diào)整。

絕緣子串掛點的布置：絕緣子串掛點的布置對于調(diào)整掛高至關(guān)重要。合理的掛點布置可以使絕緣子串在風(fēng)力作用下分散受力，增加其穩(wěn)定性。通常采用多點懸掛和交錯懸掛的方式來布置絕緣子串掛點，提高其抗風(fēng)能力。

風(fēng)洞試驗和結(jié)構(gòu)分析：為了驗證絕緣子串掛高調(diào)整方案的有效性，需要進(jìn)行風(fēng)洞試驗和結(jié)構(gòu)分析。風(fēng)洞試驗可以模擬不同風(fēng)速下絕緣子串受力情況，通過觀測振動、變形等參數(shù)來評估掛高調(diào)整的效果。結(jié)構(gòu)分析可以利用數(shù)值計算方法對絕緣子串的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，進(jìn)一步優(yōu)化掛高方案[3]。

4.3 防風(fēng)阻尼器

原理和功能：防風(fēng)阻尼器的主要作用是通過改變線路結(jié)構(gòu)的阻尼特性，吸收風(fēng)力對線路的能量，從而減小線路受到的風(fēng)載荷和振動。它可以有效降低線路的震動幅度、防止共振現(xiàn)象的發(fā)生，提高線路的抗風(fēng)能力。

類型和結(jié)構(gòu)：防風(fēng)阻尼器的類型和結(jié)構(gòu)多種多樣，常見的包括振動吸收器、風(fēng)載荷調(diào)節(jié)器、跨越物防護(hù)裝置等。振動吸收器通常采用液壓、摩擦或彈簧等機(jī)構(gòu)，能夠消耗風(fēng)力的能量，減小線路的振動。風(fēng)載荷調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)線路的剛度和阻尼來減小風(fēng)載荷的作用。

安裝位置和數(shù)量：防風(fēng)阻尼器的安裝位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)線路的實際情況進(jìn)行合理選擇。一般來說，防風(fēng)阻尼器應(yīng)安裝在主要受風(fēng)荷載的位置，如跨越物、桿塔頂端等。

材料選用和檢測監(jiān)測：防風(fēng)阻尼器常采用耐候鋼、鋁合金等材料制造，能夠在惡劣環(huán)境下具備良好的抗腐蝕性能。此外，防風(fēng)阻尼器的安全性能也需要經(jīng)過嚴(yán)格的檢測和監(jiān)測。通過定期檢查和測試，可以確保防風(fēng)阻尼器的運行狀態(tài)良好，并及時更新維護(hù)。

準(zhǔn)確切取并稱取5份相同的厚度和相同質(zhì)量的紫菜置于相同器皿中，控制室內(nèi)溫度為常溫，設(shè)定微波功率為500 W，分別設(shè)置微波時間為6，9，12，15，18 min進(jìn)行微波干燥，測定其水分含量和感官特征。

5 輸電架空線路防風(fēng)加固技術(shù)策略

5.1 導(dǎo)線更換

導(dǎo)線類型選擇：考慮采用風(fēng)載能力更高的導(dǎo)線類型，如高強(qiáng)度絞線或全鋼芯鋁絞線，以提高線路的抗風(fēng)能力。根據(jù)實際情況，選擇適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件和線路要求的導(dǎo)線類型。

導(dǎo)線斷面尺寸優(yōu)化：對于現(xiàn)有線路，可以通過對導(dǎo)線斷面尺寸進(jìn)行優(yōu)化來增加其抗風(fēng)能力。一般來說，導(dǎo)線斷面越大，其抗風(fēng)能力越高。通過結(jié)構(gòu)分析和計算，確定最優(yōu)的導(dǎo)線斷面尺寸，以滿足防風(fēng)要求。

導(dǎo)線張力調(diào)整：調(diào)整導(dǎo)線的張力可以改變導(dǎo)線的形變性能，進(jìn)而增強(qiáng)線路的抗風(fēng)穩(wěn)定性。根據(jù)設(shè)計要求和實際情況，通過調(diào)整張力，降低導(dǎo)線的振動幅度，提高導(dǎo)線的抗風(fēng)能力。

支、牽、錨裝置的優(yōu)化：更新和優(yōu)化支、牽、錨裝置，以增加線路的穩(wěn)定性和抗風(fēng)能力。通過改進(jìn)支柱、懸掛裝置和錨固方式，提高其剛度和強(qiáng)度，減小系統(tǒng)的位移和形變。

擋距調(diào)整：在特殊情況下，可以考慮增加擋距來增加整個線路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗風(fēng)能力。對于易受風(fēng)荷載影響的區(qū)段，適當(dāng)增加相鄰塔間的擋距，降低導(dǎo)線張力和側(cè)向風(fēng)荷載[4]。

5.2 鐵塔加固

增加輪廓面積：通過增加鐵塔的輪廓面積，可以增強(qiáng)其抗風(fēng)能力。常見的方法包括在鐵塔上加裝風(fēng)切板或風(fēng)向板等。

加大桿身尺寸與材料強(qiáng)度：增加鐵塔桿身的尺寸和強(qiáng)度可以提高其整體的剛性和抗風(fēng)能力。選擇高強(qiáng)度的材料，并采用適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤詈秃穸?，可以有效地提高鐵塔的抗風(fēng)性能。

采用抵抗風(fēng)載的結(jié)構(gòu)形式：設(shè)計和選擇適應(yīng)風(fēng)場條件的鐵塔結(jié)構(gòu)形式至關(guān)重要。例如，對于高風(fēng)速區(qū)域，可以采用空心構(gòu)件或網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等形式，以減小風(fēng)荷載對鐵塔的沖擊。

引入防風(fēng)降纖繩：防風(fēng)降纖繩可以在架空線路鐵塔頂部穿過，并固定在地面上。這種方法可以通過增加鐵塔的自重來提高其抗風(fēng)能力。

5.3 基礎(chǔ)連接加固

地基加固：地基是輸電塔支撐系統(tǒng)的基礎(chǔ)，需要保證穩(wěn)定可靠。在氣候惡劣或地質(zhì)條件較差的地區(qū)，可以采取增加地基寬度、加裝混凝土環(huán)形基礎(chǔ)、增加基礎(chǔ)深度等方式來加固地基。

填土加固：在輸電塔基礎(chǔ)周圍的填土區(qū)域，可以采取加固措施來增加抗風(fēng)能力。例如，通過增加填土的厚度、調(diào)整填土層的密實度和均勻性，提高填土的抗滑穩(wěn)定性。

石墊加固：對于部分地質(zhì)條件較差的地區(qū)，可以使用石墊作為一種加固手段。

地基處理：對于某些地質(zhì)條件較特殊的地區(qū)，如軟土地區(qū)或泥炭地區(qū)，需要采取合適的地基處理措施。常見的方法包括地基加固灌漿、地基加固加固樁等，以增加地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

5.4 基礎(chǔ)加固

桿塔基礎(chǔ)加固：桿塔是輸電線路的支撐結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)的穩(wěn)固性對線路的安全性至關(guān)重要。在基礎(chǔ)加固方面，可以策略：增加基礎(chǔ)尺寸：通過增大桿塔基礎(chǔ)底座的尺寸，提高基礎(chǔ)的承載能力。深化基礎(chǔ)埋深：將桿塔基礎(chǔ)的埋深加深，使其更穩(wěn)固地扎根于地下，提高抗風(fēng)能力。采用加固手段：如灌注鉆孔樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等技術(shù)，在原有基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上增加加固材料，增強(qiáng)桿塔基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

跨越物加固：輸電線路經(jīng)常穿越山區(qū)、河流等地形，多次跨越物并排布設(shè)。對于這些跨越物的加固，可以策略：增加跨越物的抗風(fēng)能力：可采用增高加固、加寬加固等方式對跨越物進(jìn)行強(qiáng)化，提高其自身的抗風(fēng)能力。設(shè)置風(fēng)切斷裝置：在跨越物的兩側(cè)設(shè)置風(fēng)切斷裝置，減小風(fēng)壓作用范圍，降低線路受風(fēng)力影響的程度。地形地貌處理：輸電線路通常會穿越各種地形地貌，如山區(qū)、河谷等。在此類地形地貌中，可以考慮以下加固策略：阻隔風(fēng)口：在山口、峽谷等地形地貌中，通過合理修筑防風(fēng)墻、風(fēng)擋等結(jié)構(gòu)，降低風(fēng)速對線路的沖擊。

加固塌方邊坡：對于桿塔所處的斜坡或塌方地區(qū)，可采取加固措施，如土方加固、草坡加固等，提高桿塔的穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

輸電架空線路防風(fēng)加固技術(shù)策略是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵要素之一。隨著氣候變化和自然災(zāi)害頻發(fā)，加強(qiáng)對輸電線路的風(fēng)險管理成為必要且迫切的任務(wù)。通過采用結(jié)構(gòu)強(qiáng)化、降低風(fēng)載和減振措施等技術(shù)策略，可以有效提高線路的抗風(fēng)能力和可靠性。期待通過技術(shù)創(chuàng)新和實踐經(jīng)驗的累積，進(jìn)一步完善輸電架空線路防風(fēng)加固技術(shù)策略，提高線路的可靠性和抗風(fēng)能力。