廖奕才
（身份证号码：35082419870523XXXX）
摘要：在电网运行中，不平衡张力是影响输电线路安稳运行的根本，直接影响了电网运行的可靠性。而不平衡张力的形成，主要由不均匀覆冰导致。不均匀覆冰，使得直线塔两端出现不平衡张力，铁塔受到弯矩与扭矩影响，为直线塔带来一定损坏。对此，文章结合架空输电线路的地形、覆冰特点等，从耐张段的连续档数量、档距大小、挂点高差、断面模型、悬垂串等多方面，对架空输电线路连续档的不平衡张力展开计算，准确把握杆塔受力情况，避免不平衡张力带来的浪费与风险，提高杆塔设计的合理性与经济性了，推动电网可持续运行。
关键词：架空输电线路；连续档；不平衡张力；计算
前言：
实际上，气象变化是导致架空输电线路出现不平衡张力的主要因素。如：某地区冰雪灾害，导致架空输电线路大规模断线倒塔，导致该灾害的原因在于：导地线出现严重覆冰，线路档距或高差不等，各档输电线水平张力存在差异，杆塔承受了大量的不平衡张力，最终倒塔[1]。对此，为保障架空输电线路的安全性，提高居民用电可靠性，在架空输电线路建设时，应根据实际情况，对不平衡张力进行计算，提高杆塔的抗扭能力与抗弯能力，避免连续倒塔事故发生。
1、架空输电线路连续档不平衡张力产生原因
在架空输电线路竣工时，可以认为，悬垂绝缘子位于铅锤位置，各直线杆塔并不承受张力差。但是，在实际输电线路运行中，却会出现下列状况，导致耐张段张力相差悬殊，直线杆塔承受了较大的不平衡张力，甚至因此倾斜、倒塔等，导致规模性断电。具体如下：在架空输电线路上，耐张段各档距的长度，高差出现较大差异时，一旦气象条件发生较大变化，如：大风、大雪等，就会导致各档的张力偏差，不平衡张力因此产生；在寒冷的冬季，若耐张段各档出现不均匀覆冰、不均匀脱冰等现象，将直接导致各档比载不同，不平衡张力产生；在线路检修时，多采用先松某悬挂点，后挂某悬挂点的方式，使两档合为一档，导致相邻档位间的张力不平衡；另外，在耐张段，若某档进行飞车、绝缘爬梯等工作，集中荷载也是引发不平衡张力的重要原因[2]。
上述种种情况，耐张段各档不均匀覆冰，不均匀脱冰现象最为常见，带来的危险也最为严重，尤其是在东北地区。当然，耐张段档数，档距大小，档距分布，绝缘子串长度等，都是导致不平衡张力的原因。对此，在不平衡张力计算过程中，应将上述种种状况全部加以计算，以此保障计算数值的准确性，为输电线路的准确性奠定基础。
2、不平衡张力带来的影响与应对措施
在我国电网中，架空输电线路作为重要组成，受到了各种外力的影响，如：档距影响、高差影响、覆冰不均等，导致架空输电线路的杆塔两侧受到不平衡张力，导致杆塔倒塌或损坏。一旦铁塔出现倾斜或倒塔，铁塔两侧将受到更大不平衡张力的影响，严重时，可能导致连续倒塔，形成大范围停电故障，为当地带来较大的经济损失，为国家电网的抢修与恢复带来困难。对此，为避免连续倒塔故障发生，国家应对架空输电线的设计规范重新修订，提高铁塔的抗扭、抗弯水平，有效避免铁塔倾倒。
在架空输电线路运行中，面对杆塔两端产生的不平衡应力，可由以下方式解决。其一，面对不均匀覆冰档档距的扩大，不平衡张力因此增大，可见，档距对不平衡张力的影响较大。对此，在输电线路建设中，若地理条件、经济条件等允许，应减小档距，减小导线不平衡张力带来的影响。其二，当耐张段两端出现不均匀覆冰时，直线塔所承受的不平衡张力最大，当覆冰位置向耐张段中央移动，不平衡张力将逐渐减少。其三，档数增加，六档以下时，不平衡张力增长较快，因此，若输电线路位于地形、气候恶劣的地段，应将耐张段档数控制在4-6档，档数越小，不平衡张力减小，若地形较好，气候条件适宜，可适当延长耐张段，增加连续档档数，降低成本消耗，提高架空输电线路的可靠性[3]。
3、架空输电线路连续档不平衡张力计算
3.1、不平衡张力力学模型
（1）档距变化与电线应力之间的关系
设，在架空输电线路的建设中，有一个具备n个连续档的耐张段，在输电线架设完毕，耐张段无冰、风等的影响，输电线架设时，气温为tm，导线初伸长并未放出的架线应力是σ e，各个杆塔上的绝缘子串位于中垂位置。当导致不平衡张力的气象环境出现时，各连续档间的应力不同，悬垂串发生偏移现象，若不考虑集中荷载，则关系式如下：
其中，li为悬垂串处于中垂位置i档位的档距，βi为悬垂处于中垂位置i档位的高差角，α为导线的温度膨胀系数，E为导线的弹性系数，te为架线的温度，σ e为架线的应力，△te为架线时初伸长降低的等效温度，re为架线比载，t为不平衡张力计算时的温度，σ i为第i连续档的应力，ri为不均匀覆冰下的i连续档的比载，△li为i连续档的档距增量。
在空中输电线路覆冰情况下，ri的大小展现了导线自重与覆冰重的比载，即单位长度、面积导线上承受的总重。当空中输电线路不均匀覆冰时，各个连续档的覆冰厚度不同，各个档位的ri数值各不相同，直接导致各连续档的应力不同，继而产生不平衡张力，为输电线路的运行安全带来严重影响[4]。
（2）悬垂绝缘子串偏移与两侧导线应力间的关系
当架空输电线受到不平衡张力的影响时，悬垂绝缘子串将会发生偏移现象，若不平衡张力过大，悬垂绝缘子串偏移过大，极易导致杆塔连续倒塌，为当地居民用电带来严重影响。
依照力矩平衡原理，悬垂绝缘子串的偏移与杆塔两侧导线应力间有如下关系：
将上述两个公式结合计算，最终得出如下公式：
其中，Gi为第i档悬垂串的重量，λi是第i档悬垂串的长度，δi是第i档悬垂串偏移，A为输电线路的截面积，hi为杆塔第i连续档与第i-1档的高差。
δn= ＝△l1+△l2＋△l3＋…＋△ln＝0
对于整个拥有n的连续档的耐张段，各档档距增量和应该为零，由第n杆塔上的导线悬挂点偏距为零。
3.2、不平衡张力计算
设耐张段内存在n档，可根据上述第一个公式列出n个方程，而根据最后一个公式，可列出2n个方程式。对此，可直接根据2n个方程，求出唯一的解。之后，可直接了利用VB编程，直接求解，为架空输电线路的建设提供坚实的数据支撑，提高了输电线路的可靠性。假设，第1档应力大小为σ 1，以此以此类推，其他各档应力与档距偏移，最后，对其进行验证，观看档距偏移值是否为零，若为零，则验证通过，若不为零，更换值继续计算，直至求得结果[5]。VB程序流程图具体如下：
4、总结
总而言之，在架空输电线路建设中，对不平衡张力的影响因素较多，影响因素变化较快，往往需要将实际线路的各种可能情况计算其中，寻找最不利情况，分析不平衡张力可能出现的位置，不平衡张力是否超出杆塔承受能力，并采取一定怕错失，降低不平衡张力或提高杆塔承受能力，防范于未然，提高输电线路质量，推动电力企业向前发展。
参考文献：
[1]曾金泉. 架空输电线路连续档不平衡张力计算[J]. 山东工业技术，2014（15）：120-121.
[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）：87-88.
[3]陆兴福，宋振中. 输电线路不平衡张力分析和计算[J]. 工程技术：全文版，2016（8）：00258-00258.
[4]龚磊，郑炜，郭恒，等. 基于正交设计的输电线路覆冰不平衡张力影响因素的研究及应用[J]. 重庆电力高等专科学校学报，2017（2）：38-41.
[5]李攀峰，谢芳，俞永军. 架空输电线路覆冰不平衡张力影响因素研究[J]. 绍兴文理学院学报，2016，36（8）：107-112.
论文作者:廖奕才
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/18
标签：不平衡论文; 线路论文; 杆塔论文; 应力论文; 导线论文; 输电线论文; 绝缘子论文; 《河南电力》2018年15期论文;