架空线孤立档计算在配电线路中的应用

架空线孤立档计算在配电线路中的应用
摘要：配电网工程有别于主网工程，配电网设计暂时没有考虑对导线力学进行
计算分析，但是实际情况标准设计本身要求对铁塔精细化设计，铁塔的设计综合
荷载只是考虑到垂直线路方向，导致铁塔在档距前后导线受力不均衡导致倾斜事
故发生，经过调查大多铁塔倾斜事故多数位于孤立档附近。

本文根据电力线路工
程前期对孤立档设计的重要性进行讨论，对孤立档放线设计的方法等展开论述。

关键词：配电线路工程；导线力学计算；孤立档
引言：
现有配电网线路设计中没有考虑到孤立档计算，本文就导线机械特性、力学
计算、孤立档的定义、计算方法及实际工程应用进行论述。

一、架空线的机械物理特性
在架空线的机械物理特性中，与线路设计密切相关的主要有弹性系数、温度
线膨胀系数、抗拉强度等。

1）导线的弹性系数E
导线的弹性系数E指的是单位截面上作用单位应力时，其单位长度伸长量的
倒数值。

其单位为：N/mm2，或MPa。

因导线一般都是钢芯铝绞线，E是一综合值，理论上可按式
其中m=Al/Ag成为铝钢截面比。

E和铝钢截面比有关，还与其扭绞角度有关，也和使用应力有关，所以工程
实际中都由厂家试验提供数据。

2）导线的温度线膨胀系数α
导线的温度线膨胀系数α指的是温度升高1℃时其单位长度的伸长量。

单位
为1/℃。

与E相似，由厂家试验提供数据。

3）导线抗拉强度、导线的许用应力［］、导线的使用应力
架空线额定拉断力（）的95%为架空线的综合拉断力（），综合拉断力除以
架空线的截面积，得到架空线的抗拉强度（），即
架空线的许用应力是指架空线弧垂最低点所允许使用的最大应力，工程中称
之为最大使用应力，其值由下式确定
本是中K为架空线的设计安全系数。

为保证架空输电线路的安全运行，规程
规定导线的设计安全系数不应小于2.5。

控制微风振动的年均气温气象条件下的
年均运行应力，在采取防振措施的情况下，不应超过的25%，即此时的安全系数
不应小于4.0。

10kV配电网架空线路设计，导线的安全系数K一般取4至10。

在
任何气象组合条件下，架空线的使用应力σo不能大于相应的许用应力。

二、架空线的比载
作用在架空线上的机械荷载有自重、冰重和风荷载。

这些荷载可能是不均匀的，但为方便计算，一般按均匀分布考虑。

在架空线的有关计算中，由于常用到
单位长度架空线上的荷载折算到单位面积上的数值，就将其定义为架空线的比载，常用单位N/m.mm2或MPa/m。

根据架空线上作用荷载的不同，相应比载有自重比载、冰重比载、风压比载等。

根据作用方向不同，比载可分为垂直比载、水平比载、综合比载。

1）自重比载
自重比载是架空线自身质量引起的比载，其大小不受气象条件变化的影响。

自重比载计算公式为
（Mpa/m）
2）冰重比载
冰重比载是架空线的覆冰重量引起的比载。

在覆冰厚度为b时，则冰重比载
为
（Mpa/m）
3）垂直总比载
垂直总比载是自重比载与冰重比载之和，即
4）无冰风压比载（水平比载）
考虑到整个档距上的风速通常不一致，架空线的迎风面积形状（体型）对空
气流动的影响，以及风向与线路走向间常存在一定的角度，无冰时的风压比载计
算公式为
（Mpa/m）
式中：βc—500kV架空线路调整系数，低于500kV的线路取1.0。

α—风速不
均匀系数，查找规范选取。

μsc—风载体型系数（空气动力系数），对无冰架空线，线径d＜17mm时取1.2，线径d≥17mm时取1.1。

d—架空线外径。

A—架空线截
面积。

Wv—基本风压W=0.625V（Pa），θ—风向与线路方向的夹角。

5）覆冰风压比载
（Mpa/m）
注：覆冰是的风载体型系数一律取为μsc=1.2，其它系数选取原则同上。

6）无冰综合比载
无冰有风时的综合比载是架空线自重比载和无冰风压比载的矢量和。

即
7）覆冰综合比载
覆冰综合比载是架空线的垂直总比载和覆冰风压比载的矢量和，即
8）导线弧垂
架空线上任一点的弧垂是指该点距两悬挂点连线的垂向距离。

任意点弧垂：
除非特别说明，架空线的弧垂一般指的是最大弧垂。

分析：（1）弧垂与地形高差无关。

（2）无论悬点等高与否，最大弧垂都在
档距中点。

9）导线上任意点应力
架空线上任一点处的应力指的是该点的轴向应力，其方向同该点线轴方向。

导线上各点的应力是不相等的，但它们的水平分量均相等，且等于导线最低点的
应力。

规程中规定的最大使用应力值得就是最低点的应力。

所以，最低点应力一
般以σ0表示，其值最大不得大于导线的许用应力［σ］。

由上式可知，高悬点处应力最大。

一般最大悬点应力可比最低点应力大10%。

10）一档导线线长
在档距l一定时，架空线的线长随比载g和水平应力σ0的变化而改变，即架
空线的线长是其比载和应力的函数。

三、孤立档的定义
所谓孤立档，是指档距两端为耐张型杆塔，电线的两端用耐张线夹通过耐张
绝缘子传悬挂于杆塔上，该档电线弧垂、应力不受邻档的影响。

四、孤立档计算
孤立档两端悬挂的耐张绝缘子串与架空线相比一般比较重，其比载一般比架
空线比载有较大不同。

另外架空线施工时的过牵引长度，对线路的杆塔选型和基
础设计影响很大。

特别是较小档距的孤立档，过牵引力可能达到很大的数值，甚至会有拉断架空线或危及杆塔、横担的安全，施工较困难检修不方便。

如因地形而不得已必须采用较小的孤立档时，则必须对两侧的耐张杆塔进行安装条件和运行条件的验算。

确定有效控制条件为了保证架空线在施工及运行时其应力不超过规程的容许值，首先须确定有效控制条件，并由此计算出其它各种工况下的应力和弧垂。

在以往的计算中，确定有效控制条件一般采用试推比较法。

事实上，对于一个已知具体参数（如档距、高差、耐张申及集中荷重等）的孤立档，只要给定架空线的容许使用应力和弧垂值（如有要求的话），刚孤立档的实际状态也就确定了。

因此，我们只要对其状态方程式进行适当的分解，便可直接判断出有效控制条件。

由于配电网架空线路档距均比较短且高差较小，所以这里不考虑高差影响及非过牵引情况，过牵引的状态方程式为：
式中：、—分别为已知情况和待求情况的水平应力；
、—分别为已知情况和待求情况的线长参数；
、—分别为已知情况和待求情况的气温；
、—分别为架空线的温度膨胀系数和弹性系数；
—挂线时架空线的容许过牵引长度
对于孤立档而言，低温，复冰、大风、年平均气温和安装过牵引等5种工况均有可能成为控制条件．为了确定其有效控制条件．可以得出下式：式中：i—控制条件序号，分别对应与上述5种控制条件；
—分别为各种控制条件的函数值；
、、、—分别为各种控制条件的容许使用应力、线长参数、气温及过牵引长度；
按上式分别计算出5种控制条件的y值并进行比较，则其最小值y所对应的工况即为有效控制条件。

根据线长与应力以及应力与y值相互间的关系，在实际工程中，对孤立档有时希望适当放松架空线的应力，并按档内某处的晟大允许弧垂值作为控制条件．此时，我们其须根据竣工情况时弧垂与应力的关系，由给定的计算出最大弧垂工况时的应力，并按上式计算出该工况的y一值，再与上述的y比较，选其最小者所对应的工况作为新的有效控制条件．
从而得出该段线路在最大受力工况时的导线最大使用应力σ。

再根据计算结果对验算杆塔水平荷载进行对比，来验算杆塔是否满足设计要求。

五、结论
根据以上计算可知，对于一个具体的孤立档，尽管需要计算的工况较多，如运行情况、施工架线观测弧垂情况和竣工验收情况等，但是对于孤立档而言有效控制情况只能为安装过牵引工况，计算施工架线观测和竣工验收等目的，是为了保证孤立档在运行及最大运行工况时杆塔受力满足设计要求，因此通过有效的控制条件，我们可计算出其他工况时的应力及弧垂值。

孤立档计算只是针对特定档距，若每种工况均考虑的情况下势必会造成工作量大增，因此本文介绍的孤立档确定的控制条件的方法比较可行，有一定的实用价值。

参考文献：
[1]《电力工程高压送电线路设计手册》第二版，中国电力出版社，1999年
[2]《架空送电线路的电线力学计算》第二版，中国电力出版社，2003年
[3]《架空电力线路计算》，中国水利水电出版社，2014年
[4]《架空输电线路设计》，中国电力出版社，2014年。