110kV及以下線路抗冰加固工程的設(shè)計(jì)實(shí)踐

Summary：從這些年南方電網(wǎng)受損情況來看，對架空電力線路損害最大的是覆冰。目前，全國電力行業(yè)還沒有什么好的抗冰技術(shù)或方法，現(xiàn)結(jié)合自己設(shè)計(jì)過的線路，談?wù)?10kV及以下線路“抗冰加固”設(shè)計(jì)實(shí)踐。2008年，我參加了由云南省電網(wǎng)公司組織的“配網(wǎng)復(fù)查加固”組，負(fù)責(zé)完成公司35kV千伏及以下線路覆冰受損復(fù)查、重要線路加固方案制定等工作，后來，完成了師宗縣受損線路“抗冰加固”設(shè)計(jì)，為電力架空線路抵御冰凍災(zāi)害提供了一定價值的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一、冰災(zāi)受損情況2008年，師宗縣冰凍災(zāi)害導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)故障跳閘線路265條·次，110千伏桿塔倒塌8基，受損9基，斷線9處，導(dǎo)地線損傷16處,絕緣子損傷60處,金具損傷27處；35千伏桿塔倒塌12基，受損15基，斷線19處，導(dǎo)地線損傷14處,絕緣子損傷145處,金具損傷53處；10千伏倒桿451基，受損532基，斷線904處,絕緣子損傷1326處,金具損傷484處；0.4/0.22千伏倒桿95基，受損150基，斷線351處,絕緣子損傷376處,金具損傷157處，公司設(shè)施受損直接經(jīng)濟(jì)損失約1642萬余元。二、電網(wǎng)冰災(zāi)線路受損類型桿（塔）受損類型：倒桿（塔），導(dǎo)、地線橫擔(dān)變形，桿（塔）扭曲、拉彎，塔頭倒塌，砼桿、鐵塔傾斜等。導(dǎo)、地線受損類型：導(dǎo)、地線斷線，金具球頭環(huán)脫落，導(dǎo)、地線散股、斷股，絕緣子掉串，光纖斷線，導(dǎo)線抽股只剩鋼芯，拉線拉斷等。三、電網(wǎng)冰災(zāi)線路受損原因分析（一）線路倒桿（塔）、斷線原因分析通過統(tǒng)計(jì)，倒桿（塔）多出現(xiàn)在線路轉(zhuǎn)角上、桿（塔）位于在山頂或山腰、風(fēng)啞口、垂直檔距較大的地方。檔距差較大，水平荷載和垂直荷載也較大，當(dāng)桿（塔）前后出現(xiàn)不均勻覆冰或脫冰時，兩側(cè)出現(xiàn)不平衡張力，當(dāng)不平衡張力超過一定值時，桿（塔）被拉偏或拉倒。斷線的線路基本上位于山頂或山腰、風(fēng)啞口，垂直檔距較大的地段，由于線路長期受到風(fēng)吹搖擺，導(dǎo)線產(chǎn)生疲勞，加之?dāng)嗑€處的覆冰較大，冰重加導(dǎo)線的自重超過導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度，故出現(xiàn)斷線，斷線后往往伴隨倒桿（塔）。例：110kV大鳳線#101－#109桿耐張段長3580m,采用LGJ-185/25導(dǎo)線,原設(shè)計(jì)通過Ⅰ級云南典型氣象區(qū)，氣象參數(shù)為：覆冰厚度b=5mm,覆冰風(fēng)速v=10m/s,#101塔型為STJ1-12,垂直檔距LV=734m,水平檔距Lh=336m。導(dǎo)線實(shí)際覆冰厚度b=45mm、覆冰風(fēng)速v=10m/s。解：導(dǎo)線LGJ-185/25技術(shù)參數(shù)：外徑d=18.9mm，截面積211.28mm2，單位重量706.1kg/km,拉斷力為TP=59420N，導(dǎo)線覆冰厚度b=45mm,覆冰風(fēng)速v=10m/s。1、導(dǎo)線覆冰時風(fēng)荷載為：風(fēng)壓均勻系數(shù)＝1.0

風(fēng)荷調(diào)整系數(shù)＝1.0導(dǎo)線體型系數(shù)＝1.2

風(fēng)壓高度變化系數(shù)基本風(fēng)壓覆冰時導(dǎo)線外徑d=18.9+45×2=108.9mm根據(jù)公式Pd=＝1.0×1.0×1.2×0.93×0.0625×108.9×336×1.0＝2531（N）2、導(dǎo)線覆冰時垂直荷載為：①導(dǎo)線覆冰單位荷載:Qb=27.73×b×(d+b)×10-3

=27.73×45×(18.9+45)×10-3=79.74（N/m）②導(dǎo)線覆冰時垂直荷載:Gd=(Qd+Qb)×LV=(706.1×10×10-3+79.74)×734=63712(N)3、導(dǎo)線覆冰時荷載為：G=（N）

通過計(jì)算導(dǎo)線覆冰時荷載G大于導(dǎo)線拉斷力為TP，靠#101桿大號側(cè)的導(dǎo)線被拉斷，導(dǎo)致#102，#103號倒塔。（二）導(dǎo)、地線橫擔(dān)變形原因分析導(dǎo)、地線橫擔(dān)變形的原因大多出現(xiàn)在老線路上，老線路運(yùn)行時間長，橫擔(dān)及拉桿受到腐蝕，在垂直檔距較大的桿塔上，由于導(dǎo)、地線上覆冰嚴(yán)重，橫擔(dān)上的荷載超過設(shè)計(jì)荷載，導(dǎo)致導(dǎo)、地線橫擔(dān)被拉彎或拉斷。（三）導(dǎo)線抽股原因分析據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，抽股出現(xiàn)在檔距差較大的直線和耐張桿塔線夾附近。原因是因?yàn)閮蓚?cè)檔距懸殊大，其不平衡張力較大，當(dāng)導(dǎo)線覆冰較大時，大檔距側(cè)的覆冰重致使絕緣子串向大檔距側(cè)偏移，線夾附近的導(dǎo)線平時由于風(fēng)吹振動，容易產(chǎn)生疲勞，當(dāng)絕緣子串偏移到極限時，由于大檔距側(cè)的張力較大，加之受風(fēng)吹搖擺，而出現(xiàn)散股、斷股現(xiàn)象，斷股多后就導(dǎo)致線抽股，只剩鋼芯。（四）絕緣串掉串原因分析絕緣串掉串所在的桿塔一般都在山頂或山梁位置，原因主要是桿塔兩側(cè)檔距較大，加上桿塔地理位置較高，桿塔的垂直檔距較大，造成絕緣子串由于覆冰垂直荷載較大，導(dǎo)致絕緣子串掉落。四、電網(wǎng)冰災(zāi)線路受損線路加固方案通過對線路受損原因分析，結(jié)合師宗縣的地形條件和氣象條件，采取以避為主，以抗為輔、分段分策的原則，當(dāng)線路覆冰超過設(shè)計(jì)覆冰厚度時，通過桿塔、導(dǎo)線、橫擔(dān)及金具的強(qiáng)度配合，采取“先斷金具、再斷橫擔(dān)和導(dǎo)線、最后斷桿塔”的設(shè)計(jì)策略。（一）35－110kV受損線路加固方案嚴(yán)重覆冰地段或者覆冰不均衡的耐張段將直線桿改為耐張桿，使耐張段受力均衡；加桿塔或更換塔型，減小檔距，減小桿塔承載力，同時也減小了導(dǎo)線的荷載；將T接在主線上的第一檔改為孤立檔，減小T接線對主線桿塔的拉力，更換導(dǎo)線，增加導(dǎo)線抗拉斷力。如1：110kV大鳳線#101－#109桿為一耐張段，加固時在#101－#102之間加了一基ZGU2-18塔；將#102的更換為ZGU2-12塔型，在#102－#103之間加了一基ZGU2-15塔；把#103的ZGU2-27直線塔更換為STJ2-18耐張塔，把原來的一個耐張段分成二個耐張段。如2：35kV阿文線路，#138－#145桿為耐張段，采用雙分裂LGJ-95導(dǎo)線架設(shè)，冰災(zāi)時在#140－#141桿之間斷線，導(dǎo)致#141倒桿，#142桿與#143桿橫擔(dān)變形。加固時在#140－#141桿之間加了一基A2-12型的耐張桿，把原來的一個耐張段分成二個耐張段；將原雙分裂LGJ-95導(dǎo)線更換為單線LGJ-150導(dǎo)線；將#142桿與#143桿的上1型橫擔(dān)更換為上2型橫擔(dān)。（二）10kV及以下線路加固方案主干線上的所有支線第一檔都更改成孤立檔，并設(shè)防4根拉線；大跨越檔，將導(dǎo)線斷下后再加桿塔；垂直檔距大的桿塔，更改桿型，增大電桿稍徑；嚴(yán)重覆冰地段或微地形、微氣候區(qū)不設(shè)大的耐張段，局部地段設(shè)孤立檔，易出現(xiàn)極端氣候的地方，改線路走向；增大導(dǎo)線型號來增加導(dǎo)線拉斷力，同時，根據(jù)導(dǎo)線型號來增大拉盤、增粗拉棒與拉線；根據(jù)導(dǎo)線型號來確定金具、絕緣子的型號。如1：重要城鎮(zhèn)網(wǎng)架文筆168線路茅草臺支線，海拔在1850－1900m左右，原設(shè)計(jì)氣象條件為云南氣象分區(qū)中的Ⅱ級區(qū)，覆冰厚度分別為10mm，覆冰風(fēng)速v=10m/s。由于城區(qū)線路通道狹窄，加固時：將原來不帶鋼芯的JKLYJ/Q-35架空絕緣線更換為帶鋼芯的JKLGYJ/Q-70架空絕緣線，將不能打拉線的終端水泥桿更換為13m加強(qiáng)型型鋼塔、在大檔距中增加15m水泥桿、將所有Z1桿型更改為Z2桿型等方式來進(jìn)行加固。如2：通過重冰區(qū)的10kV臘古重要電源送出線，原米車至以且段是90年代修南昆鐵路時的專線，采用LGJ-95/20導(dǎo)線，海拔在1750－2300m左右，原設(shè)計(jì)氣象條件采用云南氣象分區(qū)中的Ⅲ級區(qū)，覆冰厚度為20mm（根據(jù)估測，此次該段導(dǎo)線最大覆冰約為40mm左右），線路走向是就修鐵路方便而走，線路位于高山大嶺中，加固時：將長的耐張段改短，在大檔距中加桿縮短檔距,將垂直檔距超過100m的ZC2直線桿改用鳥骨型吊桿，跨越大山溝且又不能加桿的檔距，將檔距兩側(cè)的單桿改為雙桿，鐵附件采用加強(qiáng)型，局部采用改道等方式進(jìn)行加固。如3：跨越南昆鐵路的10kV大招Ⅰ回線有2處跨越鐵路，一處是新安老寨、另一處在大黑村，原來都是從明槽隧道上直接跨越。加固時：將2處都在鐵路兩側(cè)用10m型鋼塔改為孤立檔，用LGJ-70/10的導(dǎo)線更換原LGJ-50/8的導(dǎo)線；將新安老寨處線路改道從鐵路天橋上跨越的方式進(jìn)行加固。五、結(jié)論（1）電力部門應(yīng)對持續(xù)低溫冰凍天氣經(jīng)驗(yàn)還有待提高、掌握極端異常天氣信息還不夠準(zhǔn)確，線路上覆冰已超過設(shè)計(jì)值，仍然未有相關(guān)控制措施或啟動相應(yīng)的“自然災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案”。（2）目前，《110-500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中確定了110kV線路設(shè)計(jì)氣象條件按15年一遇的重現(xiàn)期考慮，而對于35kV及以下線路設(shè)計(jì)氣象條件按多少年一遇的重現(xiàn)期考慮，相應(yīng)的線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中都沒有規(guī)定。今后，不管是哪一個電壓等級的線路都應(yīng)考慮氣象設(shè)計(jì)重現(xiàn)期年限。（3）線路在勘測設(shè)計(jì)時，應(yīng)盡量避開風(fēng)啞口等微地