[六防]架空输电线路防过荷载、冰闪及倒塔断线等冰害隐患排查

输配电线路2018-12-05 12:04:42

1. 防过荷载

1.1防过荷载隐患排查

1)根据电网冰区分布图,结合线路设计气象条件,排查出线路冰害严重区段。

(2)收集绝缘子和金具参数(如下表),对绝缘子和金具强度进行核算,排查校核结果不满足要求的绝缘子和金具。

表  绝缘子机械电气特性

表  绝缘子和金具机械强度的最低安全系数

(3)排查绝缘子串型等是否满足覆冰过载要求;金具种类的选用应考虑整串受力合理。

(4)收集线路技术参数,如杆塔适用的地形特点,海拔高度,设计风速,导地线参数,杆塔呼称高度,水平档距、垂直档距等,对杆塔进行冰荷载核算,排查出不满足要求的杆塔。

(5)通过对杆塔荷载在新气象条件的荷载与杆塔设计时的荷载大小比较,对杆塔构承载能力极限状态(该计算是用来核算结构或构件在各种不同荷载作用下会不会发生破坏。它包括强度、稳定与承载重复荷载时的疲劳计算)和结构正常使用极限状态(该计算是用来核算结构或构件是否满足正常使用情况下的各项规定的限值,比如变形、裂缝等)进行校核。目前杆塔校核通过软件计算。

(6)检查杆塔塔材有无缺失或变形、杆塔基础有无损伤或下沉、螺栓有无缺失或松动、拉线有无损伤或松弛等。

(7)检查导地线悬垂串有无偏移,导地线悬垂线夹有无滑动,导地线有无断股,金具有无开裂变形。


1.2防过荷载校核方法

1.2.1 悬垂串的强度校核

1)安全系数:不应小于防过荷载隐患排查中表所列数值。瓷质盘形绝缘子尚应满足正常运行情况、常年荷载状态下安全系数不小于4.5,常年荷载是指年平均气温下绝缘子所受的荷载。

2)允许荷载:在常年、断线、断联情况下,绝缘子的相应最大允许使用荷载[TJ],可按下式计算:

[TJ]=TJ/K

式中:

TJ-绝缘子的额定机电破坏负荷(kN);

K-绝缘子的机械强度安全系数。

采取双联和多联解决。所需绝缘子的联数可根据其所受最大荷载确定,即:

N≥G/[TJ]

式中:

G-绝缘子承受的最大荷载(kN)。

双联及以上的多联绝缘子串应验算断一联后的机械强度。

在重要跨越处:如铁路、高等级公路和高速公路、通航河流以及人口密集地区,悬垂串宜采用独立挂点的双联悬垂绝缘子串结构。

在山区线路中,由于地势起伏高差大,垂直档距往往大于水平档距较多,会出现垂直荷载超过绝缘子串允许荷载的情况,必须对绝缘子串所受荷载进行校核。当最大弧垂发生在最大垂直比载时,悬垂串允许机电荷载相应的垂直档距为


式中:

Q-金具覆冰后总重量;

A-架空线的截面积;

γ3-架空线的覆冰无风比载;

WJ—绝缘子的允许机电荷载;

GJ-单片绝缘子覆冰后的重量。

只要杆塔垂直档距不大于上式的计算值,悬垂串的机电强度就能满足要求。


1.2.2 耐张绝缘子串强度校核

架空线悬挂点的最大张力不应大于耐张绝缘子串的允许荷载,否则需要增加耐张串联数或改用较大吨位的绝缘子,或者放松该耐张段的架空线以降低张力。耐张串的几种组装方式见下图。 

图  耐张串的几种组装方式


1.2.3 悬垂线夹的强度校核

悬垂线夹在线路正常运行情况下,主要承受由导线的垂直载荷和水平载荷组成的总载荷。悬垂线夹应在导线最大载荷情况下满足一定的安全系数K:

K=Tb/T≥2.5    

式中:

T—导线最大荷载(kN);

Tb-悬垂线夹的破坏载荷(kN)。



2. 防冰闪跳闸

2.1防冰闪跳闸隐患排查

冰闪是指冬季导线绝缘子串上覆冰桥接造成的冰闪跳闸。绝缘子覆冰闪络电压与覆冰量、覆冰水电导率、绝缘子长度、覆冰前绝缘子的污染程度等因素有明显关系。

(1)通过调查历年冰闪跳闸记录结合冰区分布图,分析输电线路覆冰严重,易发生冰闪跳闸的区段,从地形、冰厚、绝缘配置、周边是否有污染源进行排查,筛选出覆冰重、绝缘配置低、污秽重、塔位处于冬季主导风迎风面的杆塔。

(2)校核每基杆塔的绝缘子片数是否小于覆冰耐压所需最小片数,如小于则该基杆塔存在冰闪隐患,需采取防冰闪措施。


2.2防冰闪跳闸校核方法

1)安全系数:不应小于防过荷载隐患排查表中所列数值。瓷质盘形绝缘子尚应满足正常运行情况、常年荷载状态下安全系数不小于4.5,常年荷载是指年平均气温下绝缘子所受的荷载。

有研究表明当覆冰水电导率为80μS/cm时,覆冰前洁净的IEEE标准绝缘子(等同于XP—70)覆冰(密度为0.87g/cm3)后的最大耐受强度为70kV/m;当覆冰水电导率超过120μS/cm,达到200μS/cm甚至更高,并且在覆冰前绝缘子表面已经有污秽物存在,其耐受强度可能低于70kV/m,最低耐受强度只有57kV/m。

因此,对于覆冰清洁地区覆冰耐压水平可取70kV/m,对于覆冰污秽地区覆冰耐压水平可取65kV/m,对于严重污秽覆冰地区覆冰耐压水平可能降到57kV/m。

根据下列的覆冰耐压公式可以求得悬垂I串绝缘子的最小片数,悬垂V串按覆冰闪络电压高于悬垂I串5%进行校核。

式中:

N-绝缘子的片数;

U-线路标称电压,kV;

λ-覆冰耐压水平,kV/m;

h-绝缘子的结构高度,mm。



3. 防舞动跳闸及倒塔断线

3.1防舞动跳闸及倒塔断线隐患排查

1)根据电网舞区分布图,结合线路设计气象条件,排查出线路舞动区段。

(2)收集线路技术参数,包括直线杆塔型式和导线参数等,计算导线覆冰弧垂,绘制导线舞动运动轨迹椭圆图,量出导地线或导线间的间隙距离。导地线间隙不小于工频电压最小相对地间隙,导线间的间隙不小于工频电压最小相对地间隙(如下表)的1.05
倍,排查不满足要求的塔位。

110kV~500kV最小相对地间隙(m)

(3)结合线路运行经验,重点对以下情况进行排查:

1)线路路径走向与主导风向交叉角大于45度,地形开阔,以往覆冰较严重的地区。

2)检查双回路垂直排列的线路和紧凑型线路发生舞动后导线间的间隙距离是否满足要求。

3)检查曾经发生过舞动区域附近的线路杆塔部件和金具是否发生损坏,比如间隔棒夹头、螺栓是否松动脱落,球头碗头是否磨损。

4)排查易舞区是否采取防舞措施,已采取措施的有没有达到预期的效果。


3.2防舞动跳闸及倒塔断线校核方法

导线舞动的运动轨迹为椭圆形,椭圆形长轴与垂线成一定的夹角。根据苏联和美国的观测数据和研究成果,椭圆形长轴等于舞动幅值,随着档距增大舞动幅值递减,椭圆形短轴取长轴的0.4倍,椭圆形夹角为导线风偏角的一半取。导线舞动的相关参数如下图所示。

图  导线舞动运动轨迹椭圆图

从导线舞动运动轨迹椭圆图形,本工程舞动间隙计算如下:

椭圆形长轴:A=0.2fm(m)fm为覆冰舞动导线弧垂,冰厚为5mm,气温为-5º,风速为10m/s;椭圆形短轴:B=0.4A(m);椭圆形夹角:φ=;舞动垂直距离:H=0.8Acosφ(m)

根据国内外设计实践和设计经验,对于覆冰舞动情况,相对地间隙按照工频电压间隙取值,相对相间隙按照工频电压相对地间隙的1.05倍取值,能够保证线路安全运行。由于覆冰形状、尺寸、风速的差异,通常导线和地线不会同时舞动,导线和导线采取相同的舞动参数,因此,可以按照导线舞动地线不动的情况验算相对地距离,按照下导线舞动上导线不动的情况验算相对相距离。通常采用作图法测出导地线或导线间的距离。



4. 防脱冰跳跃跳闸及倒塔断线

4.1防脱冰跳跃跳闸及倒塔断线隐患排查

搜集线路历年的脱冰跳跃事故记录,分析总结线路易发生脱冰跳跃区段的特点和规律。着重从线路路径和冬季主导风夹角、杆塔位是否位于迎风面、杆塔是否处于微气象区等方面进行重点排查。

(1)线路路径与冬季主导风夹角大于45度。

(2)山区线路覆冰较重且存在大档距、大高差、大小档情况的塔位。

(3)收集线路技术参数,包括直线杆塔型式和导线参数等。计算导线脱冰后导地线、导线间的电气间隙距离不满足要求的塔位。计算方法详见4.4.2。

(4)检查杆塔塔材有无缺失或变形、杆塔基础有无损伤或下沉、螺栓有无缺失或松动、拉线有无损伤或松弛等。

(5)检查导地线悬垂串有无偏移,导地线悬垂线夹有无滑动,导地线有无断股,金具有无开裂变形。


4.2防脱冰跳跃跳闸及倒塔断线校核方法

根据2008年冰灾事故调查分析,线路在大档距、大小档、大高差的情况下发生脱冰跳跃时最容易产生不平衡张力而引起倒塔断线。根据运行经验和模拟计算结果,主要对以下三种情况进行脱冰跳跃纵向不平衡张力的校核,对纵向不平衡张力较大的杆塔进行补强。

(1)相邻杆塔地面高差大于50米。

(2)杆塔两侧档距相差2.5倍以上。

(3)档距大于500米。

计算导线脱冰跳跃后的电气间隙时,对于单导线通常按照导线脱冰100%进行脱冰跳跃校验。对于分裂导线,轻冰区线路通常按照导线脱冰50%,中重冰区线路通常按照导线脱冰50%~70%进行脱冰跳跃校验。在杆塔强度计算时,为了得到脱冰跳跃最大不平衡张力,通常按照导线脱冰100%计算。

为了校验脱冰跳跃动态接近距离,导线脱冰跳跃高度计算可以采用前苏联经验公式(下式),当档距小于1000m时计算方法如下所示。

Hc=m△f(2-L/1000)  (m)

根据湖南院与武高所合作进行脱冰跳跃的试验结果,m取值如下:

当脱冰率为设计覆冰的50%时,m=1.35×0.5,取0.7

当脱冰率为设计覆冰的60%时,m=1.35×0.6,取0.8

当脱冰率为设计覆冰的70%时,m=1.35×0.7,取0.9

当脱冰率大于设计覆冰70%时,m取1.0

当Hc小于Δf时则:

  Hc=f(2.25-L/1000)  (m)

式中Hc为导线脱冰跳跃高度(以脱冰前弧垂最低点为基准),m为局部脱冰系数取0.5~0.9,f为脱冰前后导线弧垂差(m),L为脱冰档档距(m)。连续挡导线弧垂计算如下:

在发生脱冰跳跃时,各档的导线应力各不相同,引起悬垂绝缘子串扁移,对杆塔产生不平衡张力,导线应力采用迭代计算方法。


式中:

σiσi+1——悬垂绝缘子串两侧的电线水平应力(MPa);

γiγi+1——悬垂绝缘子串两侧的电线比载(N/m.mm2)

lili+1——杆塔两侧的档距(m)

hihi+1——杆塔两侧的电线悬挂点高差(m)

βiβi+1——杆塔两侧的电线悬挂点高差角(°)

λiλi+1——悬垂绝缘子串的长度(m)

Gi——悬垂绝缘子串的重量(N)

S——电线的总截面(mm2)


来源:国网六防手册

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