孤立档控制工况确定方法

孤立档控制工况确定方法合肥*大海摘要：进线孤立档计算是一个很繁杂的工作，而其中导线容许张力和控制工况筛选计算更加费解，不少初学者希望看到一篇白话题的文章，以深入浅出的语言把孤立档计算的思路、概念说说明白。

本文就是顺应这一“民意”而作，希望能助你一臂之力。

关键词：孤立档，进线孤立档，上限容许张力，下限容许张力，容许间隙，状态方程，F 系数，控制工况，弧垂表，过牵引。

进线孤立档可以看成是由导线、门形架、终端塔三个主要元件组成的“系统”，这个系统的典型断面如图1。

进线孤立档计算的主要任务是“在保证线路元件的强度安全性符合规范，各跨越间隙、接近距离也符合规范的前提下，计算各工况导线的张力、弧垂；编制施工、运行所需要的特性曲线、弧垂表。

”图1、进线孤立档断面图为便于理解，本文结合文献1第五章中的计算示例进行阐述。

其中简支梁计算部分，比如X C A M B Q ,,的含义和计算，文献已有详细讲解，本文不作介绍。

进线孤立档的特殊之处在于：（1）进线孤立档是由一个档距构成的耐张段，它的“代表档距”就是它的“几何档距”,所以在控制工况筛选时,无需考虑“临界档距”；（2）进线孤立档档距很短，在进行张力、弧垂计算时，不能忽略耐张串荷载，这样，就在档距两端存在着不同于导线集度的耐张串均布荷载。

耐张串不能忽略，给孤立档计算添加了不少内容：---因为档距中有不同集度的均布荷载，在计算方法上，要采用简支梁计算法； ---因为紧线时，仅锚线塔侧有耐张串，紧线塔侧无耐张串，所以，《紧线弧垂表》必须按一端无耐张串计算，而《竣工弧垂表》应该按两端有耐张串计算。

换句话说，《紧线弧垂表》与《竣工弧垂表》要分别计算、分别出版，不能像一般架空线那样，一个《安装曲线》，既可以用于紧线看弧垂，也可以用于竣工看弧垂。

---因进线孤立档两端耐张串在长度、重力等方面相差很大，所以左端无耐张串的《左紧线弧垂表》与右端无耐张串的《右紧线弧垂表》也要要分别计算； （3）进线孤立档经常会带有引下线、上人检修等“集中荷载”，进行张力、弧垂计算时，状态方程中的有关参数，也需要采用“简支梁计算法”计算；（4）进线孤立档档距很短，在“挂线工序”出现的过牵引张力不能忽略。

所以：---为计算过牵引张力而解状态方程时，1、2状态线长不再是同一个尺寸，需要引入“线长负增量=容许过牵引长度=-ΔS”；---因为施工气温越低，过牵引张力越大，我们可以计算出一个临界气温，在此在此气温以下，过牵引张力就会超标。

为此，需要单独计算并出版《过牵引张力弧垂表》，用以监督安全施工气温；（5）进线孤立档导线，是在一个很狭小的空间里穿越，一方面导线不能拉得太紧，防止张力太大拉坏线路元件；另一方面，导线也不能放得太松,防止跨越间隙不达标。

这种“张力、间隙双达标”的要求，造成状态方程控制工况筛选方法，与一般线路大不相同。

本文分为四大部分:1.设计条件,2.容许张力,3.状态方程与控制工况,4.设计成果。

1. 六组设计条件及其参数的确定方法孤立档计算的第一步就是要准备好所必须的参数，即设计条件。

已知哪些参数才能完成孤立档计算呢？本文把必须的已知参数，按照文献给出的数据，分成六组，以表格形式列出。

只要正确填写这些表格，就完成了设计条件的设置。

1.1计算工况常言道,要把权利关在政策的笼子里,说的是要在关键领域，管住关键事项,确保安全。

孤立档中的关键指标有两个：张力和弧垂。

张力过大危及线路元件的机械强度安全，弧垂过大危及间隙的电气强度安全。

表1.1中的低温、大风、覆冰、过牵引、安装a就是容易出现大张力的关键工况，高温、校验、外过、内过、安装b就是容易出现大弧垂造成间隙不达标的关键工况，而年平防振也属于“张力控制”的范畴。

所以孤立档一般设置这11个计算工况，也可谓之“笼子工况”。

11种“笼子工况”的张力、弧垂曲线，就是常说的“特性曲线”。

笼子工况又分为“长期荷载工况”和“短时荷载工况”如表1.1：表1.1 计算工况及其气象条件表1.1中，“安装a” 属大张力工况,气温取-15℃；“安装b” 属“大弧垂工况”,气温取15℃。

“过牵引”工况气温可按“可能的最低施工气温”确定。

引下线作为集中荷载，根据其长度单独计算其各工况荷载。

上人附加荷载(人重+工具重)不随工况变动,其大小以“按表取值”的方法确定，参见下表：1.2容许间隙进线孤立档中的跨越间隙、钻越间隙、接近距离的容许值取决于线路电压，应按规定查表取值。

比如进线档导线跨越旁路母线的容许跨越间隙，可按变电设计手册表10-1中的B1尺寸执行，本例220KV为2.55米。

1.3 导线参数进线档导线应采用与终端塔线路侧相同导线,或采用同截面轻型导线。

进线档导线的设计安全系数应与主线路相同（实际安全系数可能相差很大）。

表1.3 导线参数1.4孤立档参数表1.4 孤立档参数，是孤立档计算中需要的一些特殊参数 表1.5 孤立档参数1.5 耐张串参数表1.4 耐张串参数1.6 断面尺寸图1.6列示的断面尺寸，也是进行孤立档计算的基础数据：图1.6、进线孤立档断面尺寸图孤立档计算时所需设计条件主要是这六个方面。

下一节我们将用较大篇幅介绍导线上下限容许张力如何确定，为控制工况筛选作准备。

2. 导线容许张力的确定非孤立档架空线设计是“以导线为中心”，首先确定导线设计安全系数（比如2.5），以此计算出导线最大使用张力，其它元件（杆塔、绝缘子、金具…）的强度，均根据导线最大使用张力进行计算。

孤立档则不然，因为档距中还有比导线更脆弱的元件（比如门形架），所以导线容许张力要按照“最脆弱元件”确定。

即每相导线容许上限张力Ta，按照不拉坏门形架，不拉坏终端塔，不拉坏导线，这样“三个不拉坏”确定。

此外,为保证导地线在各跨越点、钻越点、接近点的电气间隙不小于规定值，我们要根据间隙容许尺寸，计算出保间隙需要的容许弧垂，再根据容许弧垂，计算出各工况容许松弛的张力，简称下限张力Tb。

对于非孤立档，确定了上限张力，就可以据以计算控制工况，解状态方程，计算出各工况运行张力T。

运行张力不超过上限张力，即可判定张力达标；对于孤立档，不但要求运行张力不大于上限张力，而且要求其不小于下限张力，以保证间隙不小于容许间隙，用公式表达就是要满足Ta≥T≥Tb这种“双达标”要求。

2.1 上限容许张力Ta的确定2.1.1 确保不拉坏门形架的导线容许张力Ta1从设计条件表1.4可以查出，门形架每相长期容许拉力为6867 N，短时容许拉力为11770 N；只要保证导线在表1.1各种长期运行工况下，每相水平拉力不超过6867N，短时运行工况不超过11770 N，即可满足该要求；表2.1.1不拉坏门形架的容许拉力Ta12.1.2 确保不拉坏终端塔的导线容许张力Ta2终端塔一侧是进线档,另一侧是主线路。

因为进线档导线非常松弛，所以终端塔两侧导线张力差很大，但是，这种张力差属于终端塔承载力设计考虑范围。

进线档对终端塔构成危险的是紧线时的过牵引张力。

这种情况相当于“一相断线”。

因为规范明确规定了耐张塔应该能够承受的断线张力，所以我们只需要把过牵引张力控制在一相断线张力以下，即可确保“不拉坏杆塔”。

用公式表达为： ()2.1.2....*00202MAX T K T T 张力终端塔线路侧最大使用张力终端塔所能承受的断线过牵引张力≤≤若线路侧导线与进线档导线相同，则终端塔能够承受的断线张力为：若线路侧导线与进线档不相同，则计算断线张力时应采用线路侧导线计算拉断力。

以上公式中的断线张力系数K0取值举例见表3.3.3：这样，不拉坏终端塔的容许拉力Ta2如下表：表2.1.2不拉坏终端塔的容许拉力Ta22.1.3确保不拉坏导线自身的导线容许张力Ta31）导线长期容许张力，就是“最大使用张力Tmax”，是以最低点设计安全系数不小于2.5规定的，比如，GB 50545-2010规定如下：本例计算结果为：()()()()；计算拉断力额定拉断力；保证拉断力拉断力式中======b b P MAX T T N T T T P 2 (321375).284570*95.05.2*95.05.2 2）导线短时容许张力是以最低点设计安全系数不小于2.0规定的，比如 GB 50233-2005第7.5.5条规定如以下条款。

本例计算结果为：()()3 (401710).284570*95.00.2*95.00.20.2N T T T b P ====在进线档，一般门形架容许张力小于0.2T ，在筛选上限张力时，0.2T 会被排除。

3）导线防振容许张力是其“年平张力Tnp”,其数值是规范5.0.13规定的，若年平设计安全系数为4.0，计算结果为： ()N T T T b P NP 200850.484570*95.00.4*95.00.4====若终端塔为钢管杆,上述设计安全系数应按钢管杆时的取值确定。

这样，不拉坏导线的容许拉力Ta3如下表：表2.1.3 不拉坏导线本身的容许拉力Ta32.1.4 导线上限容许张力采用值Ta 的确定。

把三个元件的容许张力归纳在一张表上，取其最小值就是导线上限张力采用值：表2.1.4 导线上限容许张力采用值Ta2.1.5 把上限采用张力落实到各计算工况 表2.1.5 各工况应采用的上限张力表中上限弧垂，是把上限张力代入以下公式计算出来的档距中最大弧垂:amm A m T M X Q f ∑-≥*，可以看出，因各工况m m A M X Q ∑,,不同，上限张力相同的工况，其最大弧垂并不相同。

为了让读者对上限张力、上限弧垂有一个直观概念，图示如下：图2.1.5 上限张力及其对应的多条上限弧垂示意图：2.2 导线下限容许张力Tb的确定如图2.2所示，导线跨越A、B、C三相旁路母线时，会形成三个跨越间隙AD,BE,CF，导线张力越小，弧垂越大，跨越间隙就越小；张力越大，弧垂越小，间隙就越大。

所谓下限张力，就是确保各间隙均不小于容许间隙所需的张力Tb。

那么，下限张力是怎么计算出来呢？步骤如下：2.2.1 根据断面尺寸，计算出保间隙达标，需要的三个跨越弧垂fa,fb,fc；如图2.2.1，设A 相旁母高程为Ha，其铅垂线与挂点连线交点为A1，高程为Ha1；B 相旁母高程为Hb，其铅垂线与挂点连线交点为B1，高程为Hb1；C 相旁母高程为Hc，其铅垂线与挂点连线交点为C1，高程为Hc1；那么根据以下公式，就可以计算出确保A,B,C 三处间隙不小于2.55米的三个跨越点需要的弧垂。

注意，这“需要的弧垂”只与断面尺寸有关，与工况无关。

米。

米，各工况都是需要的弧垂，间隙米。

米，各工况都是需要的弧垂，间隙米。

米，各工况都是需要的弧垂，间隙79.379.355.298.298.255.217.217.255.211b 1=--≤=--≤=--≤C C c B B A A a H H f C H H f B H H f A图2.2.1、保间隙达标需要的跨越点弧垂计算图2.2.2 对于每种工况，把三个跨越弧垂代入张力-弧垂公式，计算出三个间隙达标需要的水平张力Ta,Tb,Tc：把弧垂fa=2.17米,fb=2.98米,fc=3.79米，代入以下公式，即可计算出与对应的三个水平张力，取其最大值，就是下限张力Tb,如表2.2.2。