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摘要：架空输电线路风荷载特性是目前输电线路的重要研究方向，良好的风荷载特性可有效提高输电线路的安全运行水平，降低新建或改造线路的投资费用，本文从导线绞合工艺和体型系数的角度，分析了目前降低输电线路风荷载的两种方式。
关键词： 架空输电线路；风荷载；型线；低风压导线
1 引言
目前在我国东南沿海地区，导线的风荷载是影响架空输电线路安全稳定运行的重要因数，例如2017年的“天鸽”、2014年的“威马逊”、2008年的“黑格比”等超强台风均对架空输电线路造成极大破坏。从起危害的本质来看，主因是强风条件下，架空输电线路的导线、金具串及杆塔所受的风荷载超越了架空线路的建设标准，因此本文针对架空输电导线风荷载，探讨输电导线降低风荷载的方式。从导线生产工艺的角度，可采用紧密特性更好的型线代替传统的圆线；从导线的体型系数的角度，可考虑利用低风压导线在强风条件下超低的风阻特性来有效降低导线受风荷载影响。
2 导线风荷载简介
根据国标《110kV~750kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)，架空输电导线水平风荷载标准值和基准风压标准值，如下式计算[1] [2]：
式中：
Wx ——垂直于导线及地线方向的风荷载标准值（kN）；
α ——风压不均匀系数；
W0 ——基准风压（kN/m2）；
μz ——风压高度变化系数；
μsc ——导线或地线的体型系数；
βc ——导地线风荷载调整系数；
d ——导线或地线的外径或覆冰时的计算外径，分裂导线取所有子导线外径的总和（m）
Lp ——杆塔的水平档距（m）；
B ——导地线覆冰风荷载增大系数；
θ ——风向与导线或地线方向之间的夹角（°）；
V ——基本风速（m/s）。
根据上述表达式，在不改变客观环境的条件下，仅从改变导线自身条件的变量参数入手，可通过改变导线直径和体型系数两个参数，其中改变导线直径通常是指在不降低导线有效截面基础上，采用绞合型式更加紧密的型线同心绞导线代替传统的圆线同心绞导线；而导线体型系数，则是采用改变导线外层表面形状、减少回流区，进而降低风阻系数的低风压导线。
3.型线同心绞导线
目前架空导线从绞合结构特点来分主要分为两种类型：（1）圆线同心绞架空导线，（2）型线同心绞架空导线。其中圆线同心绞架空导线由铝及铝合金线、镀锌钢线、铝包钢线中一种或几种金属单线组合而成[3]，其典型的导线截面图如图3.1-1所示；而型线同心绞架空导线则是由硬铝线、绞前成型的硬铝线、硬铝合金线、绞前成型的硬铝合金线、普通强度钢线、高强度钢线、特高强度钢线、铝包钢线中一种或几种绞前、绞时或绞后成型的金属单线组合而成[4]，其导线截面图如图3.1-2所示：
相对于圆线同心绞架空导线，型线同心绞线架空导线结构更加紧密，导体截面利用率更优，截面相同时能减小直径约10%；等直径时，则可增大截面20%～25%，可有效降低导线风荷载的大小。同时型线导线结构紧凑，雨水、灰尘等物质不容易沿缝隙进入导线内部，能较好地降低导线的电化学腐蚀问题，从而延长导线的使用寿命。另外因型线同心绞架空导线表面相对更光滑，其导线电晕损耗也相对较小[5]。
本文分别以240/30、300/40、400/50等三种标称截面的JL/G1A（钢线铝绞线）和JLX/G1A（钢芯成型铝绞线）为例，采用国标GB/T 1179-2017《圆线同心绞架空导线》和GB/T 20141-2018《型线同心绞架空导线》中的标准参数，列出表3.1-1。
根据上表所示，同等规格的钢芯成型铝绞线与传统的钢芯铝绞线有效截面基本一致，但是其导线直径约为普通导线的91%，根据上文中架空导线水平风荷载标准值计算公式，导线风荷载标准值Wx正比于导线直径d，即同等标称截面规格条件下，上述钢芯成型铝绞线所受风荷载比普通钢芯铝绞线少约9%。可见在同等有效截面下，采用型线工艺可有效减少导线直径，从而降低导线风荷载。
4.导线体型系数
体型系数是指建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积之比，即单位建筑体积所占有的外表面积，其中外表面积中不包括地面面积。在GB 50545-2010 110kV~750kV架空输电线路设计规范中规定了导地线的体型系数值：线径小于17mm或覆冰时（不论线径大小）应取μsc=1.2；线径大于或等于17mm时，μsc取1.1[1]。而DL/T 5551-2018架空输电线路荷载规范的条文说明中系统归纳了国内外研究数据，研究表明体型系数与风速、导线直径、分裂根数成反相关，与分裂间距成正相关，并将导线或地线的体型系数值进行了适量调整，线径≥17mm时取1.0，线径＜17mm时取1.1[2]。
针对导线体型系数的形成机理，国内外重点研究通过改变导线的外层表面形状、减少回流区，进而降低风阻系数，即低风压导线，如图4.1-1为典型的低风压导线结构图[6]。根据上海电缆研究所的实验数据结果，如图4.1-2所示，随着风速的提高，低风压导线的阻力系数明显低于圆线同心绞导线和型线同心绞导线，当风速等于40m/s时，普通导线的阻力系数约为1.05，而低风压导线仅为0.65，根据上文中架空导线水平风荷载标准值计算公式，导线风荷载标准值Wx正比于体型系数μz，即在该风速条件下，同等规格的低风压导线水平风荷载仅为普通导线的61.9%。根据低风压导线在大风速条件下的优良的低体型系数的特点，在沿海强风区应用低风压导线可有效减少台风、强风等自然灾害对输电线路的不良影响。
5 结语
本文通过分别从导线绞合工艺的角度，比较了传统的圆线同心绞导线和型线同心绞导线，在同等有效截面下，型线同心绞导线具备更低风荷载的特点；从体型系数的角度，比较传统导线与低风压导线在不同风速条件下，风阻系数的变化规律，低风压导线强风条件下，风阻系数远低于传统导线。
参考文献：
[1] 110kV~750kV架空输电线路设计规范(GB 50545-2010)[S]. 北京: 中国计划出版社, 2010
[2] 架空输电线路荷载规范 (DL/T 5551-2018)[S]. 北京: 中国计划出版社, 2019
[3] 圆线同心绞架空导线 (GB/T 1179-2017)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017
[4] 型线同心绞架空导线 (GB/T 20141-2018)[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019
[5] 王国忠．型线同心绞架空导线的结构设计[J]. 电线电缆. 2010, 4(8):1-3．
[6] 低风压导线 (Q/320623 AP 61—2015)[S]. 江苏中天科技股份有限公司, 2015
论文作者:孙求国
论文发表刊物:《中国电业》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/5
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