220kV垂直排列双分裂导线粘连的分析与研究

姚耀明
(浙江省电力设计院 , 浙江 杭州 310014)
摘要 : 通过对 220 kV 垂直排列双分裂导线粘连问题产生机理的分析与研究 , 对新建双分裂导线线路
合理选择间距提出建议 , 并对老线路改造提出建设性意见 。
关键词 : 双分裂导线 ; 垂直排列 ; 粘连 ; 分裂间距
中图分类号 : TM751
185 MW 时 , 每 相 电 流 约 540 A( 功 率 因 数
0. 9) , 即每根子导线上的电流约 270 A。而当
2 ×300 导线每回线路加大输送容量到 350 MW
时 , 每相电流约 1 020 A(功率因数 0. 9) , 即每
根子导线上的电流约 510 A ; 假如此时 S 仍保
0. 018 4 0. 017 1 0. 001 3
0. 023 0 0. 020 7 0. 002 2
0. 15
1 导线粘连的基本分析
我们知道两根导线平行时 , 由于同相电流
作用所产生的电磁吸引力如式 ( 1) 。
P = 20. 4 ×10 - 8 ×I2/ S
( 1)
式中 P ———导线间的吸引力 , N/ m;
I ———每根子导线上的电流(有效值) , A ;
S ———两根子导线中心线间距离 , m。
当 2 ×300 导线每回线路经济输送容量为
线张力起着重要作用 , 上导线因荷载增大而
增加弧垂时 , 导线张力阻止弧垂加大 , 而下
导线张力则阻止弧垂减少 。在导线吸引力和
张力的相互作用下 , 可能使导线间距稳定在
某一定值 。该值是否会使 2 根导线相互粘连
需进行具体计算 。
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引力相差 180°, 而精确计算电荷产生的排斥 力比较繁杂 , 且实际工程中排斥力小于电磁 吸引力 , 而且地面高低不平引起导线上电荷 分布不匀 , 各相电荷分布也不均匀 , 考虑到 地线对导线电荷影响甚微 , 故可用无地线的 简单正序电容求电荷 。
一般电容计算都是考虑导线的平均值 , 以普通双回路塔为例 , 导线平均高度 18 m , 其电容 C = 7. 93 ×10 - 12 F/ m ; 导线间距 S = 0. 4 m 时 , 其静电斥力 FC = 0. 0 114 N/ m。
现将 2 ×LGJ - 300/ 25 导线的电磁吸力与 静电斥力以及两者之差 F 列表见表 1。
从表 1 可以看出 , 分裂间距 0. 4 m 的线 路输送容量在 100～110 MW 左右时 , 相电流 约为 300 A( 即子导线电流约为 150 A) , 其对 应的电磁吸力与静电斥力基本相互抵消 。
浙江电力
2006 年第 6 期
ZHEJ IANG ELECTRIC POWER
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经验交流
220 kV 垂直排列双分裂导线粘连的分析与研究
Analysis on Conglutination Phenomena of Subconductors at Vertical Arrangement of 220 kV Transmission-line
图 3 上下导线线夹前后移动示意图
考虑悬垂线夹对导线粘连的影响 , 为简 化理论计算做如下设定 :
( 1) 线路位于平地 , 各档距 、塔高相等 , 初始时导线绝缘子串处于垂直状态 。
( 2) 隔档上下导线相互接近或分开 , 分开 档的上下导线电磁力忽略不计 。
做上述简化后 , 计及线夹偏移 , 分裂导 线的临界间距如表 2 , 曲线见图 4 。计算出线 夹偏移引起弧垂变化 , 会使临界间距增加不 少 。从档距看 , 以 700 m 档距增加最大 , 增大 值约为线夹不动时的 2/ 3 左右 。
持 0. 4 m 不变 , 其电磁吸引力仅为 0. 132 7 N/
m , 只是 LGJ - 300/ 25 导线自重 ( 10. 375 4 N/
m) 的 1. 3 % , 似乎不会将 2 根子导线吸在一
起 。但 2 根子导线在垂直排列情况下 , 会受
到轻微的吸引力作用 , 上下导线之间的距离
将有所缩短 , 又进一步增加吸引力 。这时导
=
S
+ 2 ×d f
=
20. 4 ×10 - 8 ×I2 dP
+ 2 ×M ×d P
( 2)
M=
L2 8 T-
PL2 8 T2
K
K= 2 bP/ ( 3 T 2 + 2 a T) a = P2 AEL 2/ 24 T 2 - T
b = AEL 2/ 24 式中 T ———导线初始张力 , N;
A ———导线截面积 , mm2; E ———导线弹性模量 , N/ mm2; P ———导线初始荷载 , N/ m; f ———导线弧垂 , m; L ———档距 , m; S ———变化后间距 , m; S 0 ———初始间距 , m。 式 ( 2) 的含义如下 : 导线间距如 最 初 是 S0, 当有电流吸引力时 , 导线因吸力而相互 靠近 , 靠近后吸力又将增强 , 直到因上导线 张力的增加和下导线张力的减小而不再相互
研究图 1 曲线可以发现 , 间距缩小值 (ΔS = S 0 - S) 是导线的电磁吸力和张力平衡
图 1 导线间距与电磁引力关系图 ( I = 500 A , L = 400 m)
后弧垂的改变值 。假如导线初始间距为 S 01 , 在吸力 P 作用下缩小到 S1, 此时是平衡的 。 但在某种外力干扰下继续缩小到 S 1’ , 则此时 电磁吸力增大到 P2, 它可使间距缩小值增至 ΔS 2 = S 02 - S 2。但 ( S 01 - S 1’ ) > ΔS 2 , 因此导 线间距将由 S 1’ 增加到 ( S 01 - ΔS 2) , 于是导线 的间距在干扰后将逐渐增大 , 直到恢复到 S1 才稳定下来 。所以图 1 中 POC 左侧为稳定区 。
靠近时 , 间距就在 S 值收敛 。 根据式 ( 2) 及 ( 1) , 按 2 ×LGJ - 300/ 25 导
线 , 每相电流 1 000 A , 档距 400 m 计算的曲 线如图 1 所示 。
从图 1 可以看出 , 当导线初始间距为 0. 4 m 时 , 在每根子导线电流为 500 A 的电磁引力 下 , 间距收敛到 0. 34 m。此时电磁引力 P 为 0. 15 N/ m , 约为导线自重的 1. 45 % 。 S 0 曲线 有最低值 , 其值 S 0C = 0. 285 m , 相应的 POC = 0. 352 N/ m , 约为导线自重的 3. 4 % 。而在 S 0 曲线最低值时 , S 曲线还在继续下降 , 这就 表明 , 在电磁吸力作用下 , 分裂导线的垂直 间距有稳定区和不稳定区两个部分 。
式中
q ———单根导线上单位长度电荷 , C/ m; E ———分裂相中一导线对另一导线的电
场 , V/ m ; S ———分裂间距 , m; ε———空气介电常数 ; 2πε= 1/ ( 18 ×10 9) , F/ m ;
q = CV/ 2 式中 C ———电容 , F ;
V ———相对地电压 , V(有效值) 。 电荷产生的排斥力并不与电流产生的吸
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为减少理论计算工作的复杂性 , 计算中
假定线路处于平地 , 各塔等高 , 在上下导线
弧垂变动后 , 2 根子导线间距各处相等且等于
档中间距 。这一假定从工程计算角度衡量是
足够准确的 。
导线在气温不变时 , 荷载变化使弧垂发
生变化如式 ( 2) 所示 。
S0=
S
+ dS
根据公式计算出 2 ×LGJ - 300/ 25 在子导 线电流 200～500 A 时导线临界间距 , 绘制成 曲线见图 2。
2 静电排斥力的影响
Fra Baidu bibliotek
分裂导线在相互接近时 , 还受到导线上
电荷排斥力的影响 。单位长度导线的静电排
斥力如 ( 3) 式 。
FC = qE = q2/ ( 2πεS)
( 3)
文献标识码 : B
文章编号 : 1007 - 1881 ( 2006) 04 - 0049 - 04
随着浙江地区经济的高速发展 , 全社会用 电量急剧增加 , 在线路通道日益紧张的情况 下 , 电网对线路输送容量的要求不断提高 , 因 此在 220 kV 新建和技改项目大量采用了单相 双分裂导线 。省内最早投入运行的 220 kV 双 分裂导线是北仑电厂 ———江南线 , 投运于 1994 年 10 月 , 导线型号为 2 ×LGJ - 300/ 25。据不 完全统计 , 截止 2004 年底 , 省内 220 kV 电网 共有双分裂导线线路 107 条 , 线路总长度 2 004 km。
S间距/ m
电磁吸力/ N ·m - 1 静电斥力/ N ·m - 1
F/ N ·m - 1
0. 40
0. 011 5 0. 011 4 0. 000 1
表 1 相电流为 300 A 时导线磁电力
0. 35
0. 30
0. 25
0. 20
0. 013 1 0. 012 8 0. 000 3
0. 015 3 0. 014 6 0. 000 7
多年来垂直排列的分裂导线运行一直良 好 。由于 220 kV 线路输送容量一般不超过 250 MW( 即 每 相 电 流 约 730 A) , 所 以 未 发 生 粘 连 , 而 220 kV 白梅送电线路作为水电站调峰 送出 , 1985 年强送负荷达到 370 MW(即每相电 流约 1 080 A) 时 , 上下子导线发生了粘连 。近 年来尤其是 2002 年以来 , 在夏季高温期间 , 随着用电负荷的增加 , 线路输送容量大幅攀 升 , 省内先后有 14 条线路不同程度的出现了 分裂导线粘连现象 。
综上所述 , 在稳定区 , 导线在电磁力作 用下 , 间距 S0 缩小收敛至 S; 而在非稳定 区 , 导线因电磁力不断增长而使间距逐渐缩 小直至粘连 。
因此 , 若在 S 0 曲线上求得最小值 S 0C , 则 此值 S 0C 就是在子导线电流 I 时导线粘连的临 界间距 。子导线垂直分裂间距如大于 S 0C , 则 导线不会出现粘连现象 。
3 悬垂线夹对粘连的影响
分裂导线改为垂直排列后 , 分裂导线的 悬垂线夹结构也作了改动 , 线夹活动范围扩 大 , 以减小线夹本身的受力和减轻对线夹活 动的限制 , 但这也增加了导线粘连的机会 。 上述计算是基于档距两端导线悬挂点是固定 不动的假设 , 而实际上导线悬垂线夹在不平 衡张力作用下会有所移动 , 而且会加快导线 粘连的进程 。尤其是目前普遍使用的上下子 导线分挂的分裂线夹 , 在绝缘子串不动的情 况下 , 两线夹将各自向相反方向移动 , 如图 3 所示 。
常规 2 ×LGJ - 300/ 25 分裂导线间距为 400 mm , 如有 100 mm 负误差 , 则当每相电流达 700 A , 即相当于输送容量 240～250 MW 时 , 上下子导线就有可能粘连 。不考虑导线间距 的施工误差 , 则当每相电流达 950 A , 即相当 于输送容量 325～345 MW 时 , 上下子导线将 会粘连 。由此可见 , 输送容量增大容易发生
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图 2 2 ×LGJ - 300/ 25 导线临界间距与档距关系图
如果导线初始间距为 S 03 , 在吸力 P 作用 下缩小到 S 3 , 在外力干扰下继续缩小到 S 3’ , 则此时电磁吸力增大到 P4, 其相应间距缩小 值增至 ΔS 4 = S 04 - S 4。且 ( S 03 - S 3’ ) < ΔS 4 , 因 此 导 线 间 距 将 继 续 减 小 , 由 S 3’ 缩 小 到 ( S 03 - ΔS 4) , 一直到两根子导线相互靠近粘连 为止 。因此图 1 中 POC 右侧为非稳定区 。