输电导线邻档断线时交叉跨越限距的校验

在输电线路设计时，对重要交叉跨越如铁路、一级和二级公路、一级和二级通信线等、除在最大弧垂时必须满足交叉跨越距离的要求外，在交叉跨越档的相邻发生断线事故、交叉跨越档导线产生应力衰减、弧垂增大后、导线和被交叉跨越物之间仍需满足一定的交叉跨越距离要求。所以，对重要交叉跨越则需进行邻档断线时交叉跨越距离的校验。 一、断线张力的概念 　　引起断线的原因是多样的，诸如：输电线路的导线（避雷线）由于机械损伤 、外力破坏、雷击、振动、严重覆冰或大风等，都可能会引起断线事故。通常断线发生的可能发生的范围是：以断一根导线情况为最多，且大都发生在电压等级低，导线截面小的线路上，一般220KV以上，S≥200的线路上则很少发生。断线发生后，首先会造成停电损失，但在线路设计中我们主要关心在力学方面造成什么影响。
　　一般断线后，对于采用固定横担、固定线夹和悬垂绝缘子串的线路，断线档两侧的直线杆塔将受到不平衡张力的作用，这时悬垂绝缘子串甚至杆塔头部将沿顺线路方向偏斜，如图（1）所示。
　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　图1 线路断线后的情况
　　此时由于杆塔及绝缘子串的偏斜，使导线悬挂点发生了位移δ_i，δ_i的大小是随着杆塔离开断线点的距离的增加逐渐减小的，由于每基杆塔上悬挂点位移值δ_i不相等，所以各档档距也发生了变化，紧靠断线档第一档档距改变量ΔL₁＝δ₁－δ₂，第二档ΔL₂＝δ₂－δ₃，即第i档档距改变量ΔL_i＝δ_i－δ_i+1，且ΔL_i≥0，由此可知，悬垂绝缘子串偏斜的结果使各档导线的档距缩小，从而使档中导线松弛，张力衰减，弧垂增大。
　　一个耐张段中某档断线后，对未断线的剩余各档导线常称为剩余档，断线档至耐张杆塔间未断线的档数就称剩余档数。
　　断线张力就是指导线发生断线，剩余各档导线张力衰减后的剩余张力。断线后，由于各档档距改变量是不相等的，所以各剩余档中的断线张力也是不相等的，从图1中可见其变化规律及特点。
　　紧靠断线档第一档的档距改变量增大，张力衰减最多，断线张力最小，以后各档档距改变量逐渐减小，断线张力逐档增大。由于各档断线张力不相等，各直线杆塔上就存在顺线方向的不平衡张力。因为断线档导线张力为零，所以紧靠断线档第一基直线杆塔上的不平衡张力最大，其值等于第一档的断线张力。所以，在工程中除特别指明外，直线杆塔的断线张力均指相邻断线档第一档的导线张力。
　　通过力学分析得知，断线张力的大小与断线后的剩余档数多少有关，剩余档数多，支持不平衡张力的杆塔多，各杆塔分配的不平衡张力值就小，各档张力衰减的慢，断线张力相对地就较大；反之，剩余档数少，断线张力小。因此，断线后剩余一档时，悬垂绝缘子串偏斜所引起的悬点偏移全部促使导线松弛而弧垂增大，导线张力大大衰减，断线张力很小。
　　但是断线后如果剩余档数很多，第五档之后的导线张力衰减很小，故当遇到剩余档数超过五档时，认为断线相邻档的应力几乎没有影响，因此，工程中允许按五档考虑。
　　另外，断线张力的大小还和断线后剩余各档的档距大小有关，对断线张力的大小影响最大的是紧靠断线档的第一、第二档的档距。一般说，档距越大，断线张力越大；档距越小，断线张力越小。
　　综上分析可知，对直线杆塔强度进行校验，需求较大断线张力，此时应选断线档为耐张段两端档，且应选耐张段任意一端断线后，剩余档数相同，所以，需进一步根据断线后剩余档的第一、第二档的档距的大小，来确定断线端。如进行邻档断线交叉跨越距离校验时，因交叉跨越的相邻档有左右两档，所以应选邻档断线后剩余档数少的，这是因该档断线后交叉跨越档弧垂增加较大。 二、通用曲线法计算断线张力　　断线张力的计算目的：一是为计算杆塔强度提供张力数据；二是为校验邻档断线后导线对交叉跨越物的安全距离；三是为进行断线事故分析。根据不同的计算目的和要求，实用中通常采用不同的计算方法。计算杆塔强度时一般按规程规定确定断线张力；在进行断线事故分析时，一般需知道断线后剩余各档的断线张力，这时剩余各档的断线张力可采用图解法求取。
　　在进行邻档断线交叉跨越距离校验时，一般采用通用曲线法计算断线张力。
　　通用曲线是在图解法的原理基础上得出的求取紧靠断线档的第一档的断线张力的方法。从通用曲线上可以查取断线后与断线前导线张力的比值系数α，因该系数小于1.0，故称应力衰减系数。即
　　　 或 　　（1）
　　式中　T₀、σ₀—断线气象条件断线前的导线张力和导线应力，N，Mpa ；
　　　　　T、σ—断线气象条件断线后的导线张力和导线应力，N，Mpa 。
　　于是，根据断线前的导线张力和和衰减系数，即可求取断线后的导线张力（或应力）
　　　T＝αT₀或σ＝ασ₀　　（2）
　　有关具体断线计算可通过后边的举例说明。
　　下图为衰减系数通用曲线：
　　　
　　图中横坐标为,纵坐标为,图中各曲线标示为。其中σ，σ₀分别为断线前后导线的应力；g为比载；_cal称计算档距；λ为绝缘子串长度。计算档距_cal是用于计算断线张力的一个等效档距,由于断线后相邻各档的档距大小不同,因此选定一个等效档距来查衰减系数通用曲线 三、邻档断线交叉跨越距离校验　　当求出了断线后的导线应力，即可求出断线后的导线的弧垂：
　　　
　　　　　（3）
　　式中　f、f_x —断线后档距中点和任意点x的导线的弧垂，m ；
　　　　　f₀、f_0x —断线前档距中点和任意点的x的导线的弧垂，m ；
　　　　　l—交跨档档距，m；
　　　　　_a、_b —弧垂计算点至两侧杆塔中心的水平距离，m 。
　　　　　其它符号的意义同前。
　　所谓邻档断线交叉跨越距离校验，顾名思义就是假定交叉跨越档的相邻断线，交跨越档弧垂增大后，导线与被交叉跨越物的接近距离校验，所以，一旦交跨越点的弧垂计算出后，即可按正常情况交叉跨越距离校验方法进行校验。
　　但在确定交叉跨越档导线应力时需注意下列三点：
　　(1)交叉跨越档的邻档有前后两档，假定哪一档断线应以断线后交叉跨越档所在一侧剩余档数少为原则。
　　(2)计算档距l_cal的选取应使紧靠断线档的第一档（在此即交叉跨越档）占主要分量，一般取l_cal=2/3第一档档距+1/3第二档的档距。
　　(3)邻档断线交叉跨越距离校验的气象条件为15℃，无风。即断线前的导线应力σ₀应取15℃、无风的应力。
　　［例1］ 设某110KV输电线路，导线为LGJ－95／20型，其中某耐张段布置如图2所示：
　　
　　　　　　　　　　　　　　图2　邻档断线交叉跨越距离校验
　　已知15℃、无风气象条件时导线应力为：σ₀＝81.6MPa，自重比载为：g₁＝35.187×10^-3N/m·mm²， 绝缘子串长度λ＝1.73m。试校验邻档断线后导线对通讯线的要求？（H_A＝55m,H_B=40m,H_C=32m）
　　解：
　　　（1）设取断线档为第三档，剩余档数为3 档　
　　　（2）设第三档断线后，其计算档距为：
　　　（3）查取应力衰减系数α，先计算：
　　　　　
　　　　根据断线后剩余档数为3档，确定在的曲线上，根据，查得α＝0.53
　　　（4）交叉跨越点的弧垂为
　　　　　
　　　（5）交叉跨越点导线与通信线的垂直距离为
　　　　　
　　　　因为［d］=3.0m＜d,所以交叉跨越距离符合要求。
　　　同学们应当了解并掌握对这个例题的计算步骤和计算内容。