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输电线路钢芯铝绞线冰过载简要分析

文章根据导线的状态方程式,简要分析了钢芯铝绞线在冰过载情况下的受力,以考察输电线路导线在极端气象条件下的的抗冰能力。

引言

覆冰厚度是输电线路设计的一个重要气象条件。我国湖南、四川、贵州等省山区,几乎每年冬季都会出现冻雨天气,尤其是2008年的大范围、长时间低温冻雨天气,输电线路覆冰严重,引发了一系列的事故。作者所在的云南地区2015年底~2016年初也经历了历史罕见的大范围降温、冰冻,部分输电线路也出线倒塔、断线等事故。

由于输电线路覆冰无明显规律,特别是山区,缺乏气象观测资料,此外还有微地形、微气象地区的存在,给覆冰条件的选择增加了难度。覆冰条件在很大程度上影响了线路的经济性。文章仅对输电线路钢芯铝绞线在冰过载条件下的受力进行分析,希冀对断线事故分析、线路导线抗冰能力分析以及已有线路抗冰改造方面有所助益。


1 分析思路

根据有关规范,导线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5,在稀有风速或稀有覆冰气象条件时,弧垂最低点的最大张力不应超过其拉断力的70%。对于钢芯铝绞线来说,导线所受应力在钢芯和铝股中分配是不均匀的,实际的情况是铝股的安全系数要低于导线整体的安全系数。因而易于发生铝线断股,甚至是整体断线,因而在分析中不仅要考虑导线整体受力,也应分析铝股的受力。

在分析中,根据导线的状态方程式,可以由已知覆冰工况下导线的比载和应力,计算在较其更重的覆冰情况下导线所受的应力,并计算铝股应力,以判断在更重覆冰情况下导线的安全性。


2 计算原理

(1)导线的状态方程式式中:σa-铝部应力;σ-绞线应力;Ea-铝的弹性模量;Es-钢的弹性模量;?-钢铝截面比。

经过比对,式(2)和(3)计算结果差异较小,故工程上可以式(3)作为简化计算。

通过状态方程(1),根据已知气象条件下导线的比载、应力以及待求气象条件导线的比载,求出待求气象条件下导线的应力σ,并根据式(3)求出铝股所受的应力。当待求导线的应力满足安全系数要求,铝股受力满足不受破坏的条件时,认为导线在该气象条件(覆冰更重)下导线整体是安全的。


3 算例分析

以导线JL/G1A-240/30为例,设计安全系数2.5,设计气象区为云南II区,验证气象条件分别取20mm(云南III区)和25mm冰厚,覆冰风速均取15m/s。主要的相关计算参数如表1。

根据式(1)和(3)以及以上参数,采用编程的手段,不难得出在不同档距情况下,上述验证气象条件下导线及铝股的应力如表2。

由计算结果看出,在200m~800m档距情况下,当采用10mm覆冰设计时,若发生20mm的覆冰,导线应力仍未超过181.0Mpa(安全系数为1.43),铝股应力均未超过铝线可承受的破坏应力(以160MPa考虑),可见导线具有较好的抗冰过载能力,同时导线和铝股受力对档距的变化并不敏感。当冰厚增加到25mm,档距为300m时,导线应力已无法满足规程要求,且铝股应力也开始接近破坏应力,因而在此条件下,若档距控制不超过300m时,导线整体仍具有一定的安全性。


4 结束语

近年来,世界范围内不利的气候呈增多趋势,因此在输电电路气象条件尤其是覆冰条件的选取时,除应采取相对保守的态度外,也应该对线路抗冰的能力进行一定的评估,做到“心中有谱”,从而打造安全、合理、经济的工程。


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