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摘要：本文开展导地线覆冰率产生不平衡张力的研究，采用理论分析及模型计算对不同风速，不同冰区的覆冰不平衡张力值及相应塔重进行计算，并与规范规定取值进行对比分析，得到覆冰率对铁塔的影响规律，可供工程设计参考。
关键词：导地线覆冰率；塔重；不平衡张力
1引言
近年来，随着我国输电线路的输送容量及输送范围的不断增大，线路不可避免的经常通过覆冰区域，因此覆冰倒塔的情况时有发生。分析覆冰区铁塔的受力情况，发现覆冰后产生的不平衡张力是控制铁塔主要因素，而产生不平衡张力的主要原因包括不均匀覆冰、断线、脱冰跳跃和舞动等。作为覆冰区输电线路铁塔的主要的荷载，不平衡张力对铁塔杆件内力影响较大，故本文通过对不同风速、不同冰区特高压铁塔开展研究，进而找出不平衡张力对铁塔的影响规律。
2 不均匀覆冰对铁塔影响分析
为保证杆塔抗弯和抗扭能力，DL/T5440-2009《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（以下简称《重覆冰规程》）规定了不同冰区的不平衡张力取值为导地线最大使用张力的百分数和杆塔两侧的覆冰率，规定线路导地线的不平衡张力除应按表1的覆冰率进行计算外，取值应不低于表2和表3。
表1 不平衡张力覆冰率计算条件表
注：垂直冰荷载按75%覆冰计算
表2 中冰区不平衡张力取值表
注：垂直冰荷载按75%覆冰计算
表3 重冰区不平衡张力取值表
注：垂直冰荷载按75%覆冰计算
直线塔不均匀覆冰产生的不平衡张力需要根据具体塔位的档距和高差进行计算，影响因素包括电压等级、电线截面、连续档数等。笔者通过对某±800kV特高压线路中20mm冰区直线跨越塔的实际条件进行试算，得到其导地线不平衡张力值远小于上述表3规程的规定值；另外，以往工程进行直线塔设计时，不平衡张力一般采用表3的规定值，效果良好；故本文以下仅针对一类电压等级的耐张塔进行研究。
±800千伏特高压铁塔铁塔设计条件如下：导线为8*JL1/G2A-1250/100，地线采用JLB20A-150铝包钢绞线和一根OPGW-150复合光缆，水平档距为550，垂直档距为±600/300，本文通过开展27m/s、30m/s不同风速，15mm、20mm不同冰区下的铁塔特性的研究。
（1）不平衡张力取值对比
下表为不同风速、不同冰区条件下，1号耐张塔（转角度数0~20°）采用覆冰率计算以及直接采用规程规定的不平衡张力取值（以下简称百分比）：
表4 地线不平衡张力取值表
表5 导线不平衡张力取值表
从上表中可以看出，第一，不同风速，相同冰区的铁塔通过覆冰率计算得到的导地线不平衡张力一致，且均大于规程的规定值，说明导地线不平衡张力和风速无关，仅与冰区有关；第二，采用覆冰率计算得到的不平衡张力均大于规程的规定值，说明采用覆冰率进行不平衡张力计算是必要的；第三，分析表格规律，发现随着覆冰厚度的增大，采用覆冰率计算取值比采用规程的规定值增加得越多，说明随着冰区的增大，覆冰不平衡张力对铁塔的影响增大。
（2）不同冰区铁塔对比
根据上小节计算得到的不平衡张力，采用《自立式铁塔多塔高、多接腿满应力分析软件》进行相应模型建模及计算，得到各塔型的塔重结果如下表：
表6 不同冰区铁塔重量对比表
从上述图表中发现，不均匀覆冰产生的不平衡张力对15mm中冰区塔重影响较小，对20mm重冰区的塔重影响较大。分析原因，发现中冰区的主材控制工况为安装工况，覆冰不平衡张力仅对塔头的部分杆件内力有影响，而重冰区的铁塔主材控制工况为不均匀覆冰工况，因此，随不均匀覆冰的不平衡张力越大，导致主材受力增大，从而导致塔重增加。
（3）相同冰区耐张塔对比
本节通过20mm重冰区3个耐张塔进行对比分析，3个耐张塔的转角度数分别为：0~20°、20~40°、40~60°，下表为3个耐张塔通过两种不平衡张力取值计算后得到的塔重对比：
图1 不同冰区塔重对比图
表7 20mm重冰区铁塔重量对比表
图2 20mm重冰区塔重对比
分析上述图表的变化规律，发现随着转角度数的增大，采用覆冰率计算得到的不平衡张力对铁塔的影响呈下降的趋势，其主要原因是，1号耐张塔的主材控制工况为不均匀覆冰，而2号和3号耐张塔的主材控制工况均为运行覆冰，因此，不均匀覆冰不平衡张力对1号耐张塔的主斜材杆件影响均较大，对2号和3号耐张塔的杆件影响仅限于斜材以及塔头部分杆件，故在进行铁塔设计时，对于转角度数较小的铁塔应特别注意按覆冰率计算的不平衡张力的影响。
3 断线对铁塔影响分析
根据《重覆冰规程》规定，中冰区铁塔断线张力不需要考虑覆冰率的影响，因此本文仅研究20mm重冰区铁塔断线情况下覆冰率对铁塔的影响。
表8 重冰区导地线断线时覆冰率
表9 重冰区断线张力取值表
由于本文主要研究断线覆冰率对特高压铁塔的影响，故首先采用一类输电线路覆冰率取100%计算断线张力，再采用规程规定的导线断线张力取值为最大使用张力的75%；采用上述两种计算方式得到的不同张力值后，利用分析软件进行对比试算，得到的计算塔重见下表：
表10 20mm重冰区铁塔重量对比表
图3 20mm重冰区塔重对比
分析上述图表的变化规律，不同角度下均反映第一种方式对塔重影响较大，说明按实际覆冰率计算得到的断线张力均大于规程的规定值，即采用覆冰率进行断线张力计算是必要的。随着转角度数的增加，覆冰率对铁塔的影响降低，原因是同一冰区的铁塔断线取值一致，但随着角度增加，断线张力产生的水平分量占比越来越大，而纵向分量占比越来越小，而断线工况主要是纵向不平衡张力引起的，故随着角度的增加，塔重影响也随着减小。
4 结论
本文主要针对特高压耐张塔，通过开展覆冰率产生的不平衡张力研究，得到以下几点主要结论：
不同风速，相同冰区按覆冰率计算得到的导地线不平衡张力一致，且均大于规程的规定值；
不均匀覆冰的覆冰率对中冰区铁塔影响较小，对重冰区铁塔塔重影响较大；
重冰区耐张塔随着转角度数增加，不均匀覆冰覆冰率对铁塔的影响呈下降的趋势，故对于转角度数较小的铁塔应特别注意按覆冰率计算的不平衡张力的影响；
重冰区按覆冰率计算的断线张力明显大于规范的规定值，同时随着转角度数的增大，断线张力对铁塔的影响降低。
参考文献
[1]韩军科、杨靖波、李清华、杨风利.超／特高压交流同塔多回输电线路覆冰不平衡张力分析[J].电网技术，2011,35（12）
[2]廖枫明.架空输电线路覆冰不平衡张力的计算与分析[J].通讯世界，2014（7）
[3]DL/T5440-2009重覆冰架空输电线路设计技术规程[s]：中国电力出版社，2012
作者简介
包涛（1987—）男，汉族，籍贯重庆南川。2012年毕业于南京工业大学结构工程专业，研究生学历，硕士学位，工程师。从事输电线路结构设计5年。
王钢（1975—）男，汉族，籍贯四川仁寿。1997年毕业于重庆建筑工程学院工民建专业，大学本科学历，工学学士，高级工程师。从事输电线路结构设计20年。
论文作者:包涛,王钢
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：铁塔论文; 不平衡论文; 断线论文; 地线论文; 规程论文; 度数论文; 工况论文; 《电力设备》2017年第34期论文;