《架空輸電線路設(shè)計(jì)講座》.ppt

第九章架空線的斷線張力和不平衡張力,架空輸電線路設(shè)計(jì),第一節(jié)概述,1、定義斷線張力：因架空線斷線，斷線檔的相鄰檔架空線所具有的殘余水平張力，稱為架空線的斷線張力。不平衡張力：因氣象條件變化，在直線桿塔上產(chǎn)生的水平張力差，稱為架空線的不平衡張力。2、目的（1）計(jì)算桿塔強(qiáng)度；（2）驗(yàn)算架空線與桿塔的電氣間隙；（3）校驗(yàn)被跨越物間距；（4）檢查轉(zhuǎn)動(dòng)橫擔(dān)或釋放線夾是否能動(dòng)作。,3、產(chǎn)生的原因,不平衡張力：（1）高差懸殊的連續(xù)檔氣象條件變化；（2）不均勻脫覆冰；（3）集中荷載；（4）改建中的檔距變化。,表91斷線事故原因統(tǒng)計(jì)表,斷線：大多發(fā)生于小截面架空線。,4、確定方法（1）設(shè)計(jì)桿塔時(shí)：規(guī)定斷線張力取最大使用張力的百分?jǐn)?shù)作為桿塔校驗(yàn)荷載。（具體桿塔設(shè)計(jì)課程中講述）,（2）計(jì)算電氣間距時(shí)：依據(jù)實(shí)際檔距、高差、桿塔結(jié)構(gòu)和氣象條件，采用公式具體計(jì)算。（重點(diǎn)研究）,第二節(jié)固定橫擔(dān)固定線夾下單導(dǎo)線的斷線張力,1、斷線張力是斷線沖擊過(guò)程穩(wěn)定后的已經(jīng)衰減了的“殘余張力”。2、影響斷線張力大小的因素：（1）絕緣子串越長(zhǎng)，導(dǎo)線就越松弛，張力衰減就越多，殘余張力就越小。（2）直線桿塔產(chǎn)生絕緣子串偏斜方向的撓曲變形，增大了導(dǎo)線的松弛量，殘余張力因而更小。（3）斷線引起的絕緣子串偏斜和桿塔撓曲變形，還使未斷線側(cè)各檔的檔距向減小的方向變化。緊鄰斷線檔的檔距減小得最多，距斷線檔越遠(yuǎn)減小得越少。（4）斷線張力的大小與斷線后剩余的檔數(shù)有關(guān)。一般情況考慮五檔。（5）未斷避雷線的支持力。,一、斷線張力的特點(diǎn),一、斷線張力的有關(guān)方程及其求解1、檔距減小量與應(yīng)力的關(guān)系斷線前氣溫為t，比載，各檔水平應(yīng)力為0，第i檔的檔距為li0，高差角i0。斷線后氣溫、比載不變，第i檔檔距減小了li變?yōu)閘i，水平應(yīng)力變?yōu)閕0，仿公式（819），略去高差變化量的影響，斷線后第i檔的檔距減小量為,（91）,用張力表示為,（92）,斷線后由于架空線張力變小，彈性伸長(zhǎng)量也減小，故斷線后檔內(nèi)懸線長(zhǎng)度要比斷線前縮短一些。斷線后檔距縮小，li取為正。,若斷線后連續(xù)檔剩余k檔，則依式（92）可列出k個(gè)方程，但含有Ti、li（i=1，2.，k）共2k個(gè)待求量，需再列出k個(gè)方程才能求解。,2、懸掛串偏移量與兩側(cè)張力的關(guān)系：設(shè)懸垂串懸掛點(diǎn)處的桿塔撓度系數(shù)為B，可寫出架空線懸掛點(diǎn)偏距i的計(jì)算式為,（93）,利用式（92）、（93）兩組方程，按下面步驟試湊求解：設(shè)已知T1式（92）l1；1=l1；1、T1式（93）T2；T2式（92）l2；2=1+l2；2、T2式（93）T3；Tk式（92）lk；k=k1+lk；k、Tk式（92）Tk+10。利用上述方法試湊求解時(shí)，初值T1（l1）的取值對(duì)計(jì)算的反復(fù)次數(shù)影響很大。殘余張力T1一定小于未斷線前的張力T0=0A。剩余檔數(shù)越多，T1與T0的差值越小，檔距的變化量l1也越小。,二、求解斷線張力的作圖法利用計(jì)算機(jī)采用試湊法求解斷線張力是很方便的。在無(wú)條件應(yīng)用時(shí)，可采用圖解法。具體作法如下：（1）以（l）為橫坐標(biāo)，T（T）為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，如下圖。（2）利用式（92），繪制斷線后各檔檔距變化與張力變化的關(guān)系曲線：T=f（l）（3）利用式（93），繪制斷線后直線桿塔上架空線懸掛點(diǎn)偏移量i與不平衡張力差Ti=TiTi+1的關(guān)系曲線：=f（T）。,（4）圖解法求解步驟假定靠耐張塔一檔的架空線張力為T1，由T1查曲線中相應(yīng)曲線1，得到l1。因1=l1，據(jù)此查曲線中相應(yīng)曲線1，得到T1，計(jì)算出T2=T1T1。由T2查曲線中相應(yīng)曲線2得到l2，算出2=l2+1。由2查曲線中相應(yīng)曲線2，得到T2，算出T3=T2T2。由Ti查曲線中相應(yīng)曲線i得到li，算出i=li+i1。由i查曲線中相應(yīng)曲線i，得到Ti，算出Ti+1=TiTi。如此類推下去，直至算出斷線相鄰檔的Tk，由Tk查曲線中相應(yīng)曲線k，得到lk，算出k=lk+k1，由k查曲線中相應(yīng)曲線k，算出Tk。,三、斷線檔的選擇原則為保證交叉跨越在斷線事故情形下，滿足規(guī)程規(guī)定的跨越限距要求，斷線檔應(yīng)選在跨越檔的相鄰檔，不同檔距分布下的斷線檔選定原則見(jiàn)下表。,如果TkTk，或者說(shuō)k線末端P點(diǎn)未到達(dá)曲線中相應(yīng)曲線k，表明T1設(shè)大了。如果TkTk，或者說(shuō)k線末端P點(diǎn)超過(guò)曲線中相應(yīng)曲線k，表明T1設(shè)小了。,如果Tk=Tk，或者說(shuō)k的線段末端P正好落在曲線中相應(yīng)曲線k上，則假定的T1正確，Tk即為所的斷線張力。否則應(yīng)重新假定T1，重復(fù)上述步驟直至Tk=Tk為止。,表94斷線檔選取原則一覽表,【例91】某35kV架空輸電線路，無(wú)地線。一耐張段內(nèi)共有10檔，檔距基本相等，代表檔距為lr=273m，如圖所示。導(dǎo)線截面積為A=146.73mm2。在檔距l(xiāng)8內(nèi)跨越級(jí)通訊線，通訊線高7m，位于距8號(hào)桿30m處。直線桿塔懸點(diǎn)高13m，撓度系數(shù)B=0.0003m/N。懸垂串長(zhǎng)=0.886m，重233.4N。設(shè)氣溫+15、無(wú)風(fēng)、無(wú)冰時(shí)架空線應(yīng)力為0=75MPa，自重比載1=35.2103MPa/m。試核驗(yàn)鄰檔斷線后的交叉垂直距離。,【解】欲核驗(yàn)跨越間距，應(yīng)選取鄰檔斷線進(jìn)行計(jì)算。因斷線后剩余檔數(shù)越少，張力衰減越嚴(yán)重，松弛弧垂越大，所以取檔距l(xiāng)7為斷線檔。,（1）作T=f（l）曲線：,給出不同的T，可求得相應(yīng)的l，數(shù)據(jù)示于表95中，曲線繪制于圖94中。,(m),（2）作=f（T）曲線因各檔距基本相等，垂直檔距l(xiāng)v等于水平檔距l(xiāng)h，則懸垂點(diǎn)的垂直荷載,將有關(guān)數(shù)值代入式（93），得,給出不同的T，求出相應(yīng)的懸點(diǎn)偏移量，如表96。利用該組數(shù)值作出圖94中的曲線。,（N）,（m）,（3）按照作圖法的步驟，根據(jù)圖94，求得各檔導(dǎo)線的殘余張力、直線桿塔承受的不平衡張力以及懸掛點(diǎn)偏移量，列于表97。,（4）核驗(yàn)交叉垂直距離由于斷線張力T8=4413N，所以斷線應(yīng)力為,跨越點(diǎn)處導(dǎo)線的弧垂為,導(dǎo)線對(duì)級(jí)通訊線的交叉距離為S=1374.265=1.735（m）由規(guī)程知，該電壓等級(jí)的輸電線路，斷線時(shí)對(duì)級(jí)通訊線交叉跨越距離應(yīng)不小于1m，故本例滿足要求。,（MPa）,（m）,第三節(jié)分裂導(dǎo)線的斷線張力,分裂導(dǎo)線一相導(dǎo)線全斷的機(jī)率很小，即使考慮一根次導(dǎo)線斷線，但由于未斷次導(dǎo)線的支持，桿塔上產(chǎn)生的不平衡張力也往往小于線路正常運(yùn)行和施工緊線時(shí)桿塔上出現(xiàn)的最大不平衡張力。,設(shè)有n根次導(dǎo)線，耐張段內(nèi)有連續(xù)m檔，各檔等高等檔距，檔距為l0，斷線前每根次導(dǎo)線的水平張力為T0，懸垂串長(zhǎng)，重GJ，第k檔相導(dǎo)線斷線后尚剩n根次導(dǎo)線。當(dāng)一相內(nèi)有次導(dǎo)線斷裂時(shí)，一般認(rèn)為斷線檔內(nèi)的間隔棒被拉脫或損壞，故不承受張力差，即張力差全部作用在懸掛點(diǎn)上。,斷線后斷線檔的檔距及剩余n根次導(dǎo)線的張力均要增加，其它檔的檔距及張力均減小。設(shè)斷線后第i檔每根次導(dǎo)線的張力Ti，檔距變化量li與每根導(dǎo)線張力Ti的關(guān)系，仍可用式（92）表示。,分裂導(dǎo)線斷線后，剩余次導(dǎo)線的支持力使桿塔的剛度大為增強(qiáng)，因此可以忽略桿塔的撓曲變形。斷線檔的非相鄰檔的懸掛點(diǎn)偏移量i與兩側(cè)每根次導(dǎo)線的張力差Ti的關(guān)系為,（94）,斷線檔兩側(cè)直線桿塔上的懸垂串偏移量k1、k與其兩側(cè)每根次導(dǎo)線的張力Tk、Tk+1的關(guān)系為,（95）,（96）,各檔檔距改變量li與懸點(diǎn)偏移量i的關(guān)系為,根據(jù)上述各公式即可采用試湊法或圖解法求解，方法同上節(jié)。,（97）,第四節(jié)線路正常運(yùn)行中的不平衡張力,直線桿塔承受不平衡張力的幾種情況：（1）耐張段中各檔距長(zhǎng)度、高差相差懸殊，氣象條件變化引起各檔張力不等。（2）耐張段中各檔不均勻覆冰或不同時(shí)脫冰，因各檔比載不同引起張力不等。（3）線路在檢修時(shí)，采取先松下某懸點(diǎn)的導(dǎo)線或后掛某懸點(diǎn)的導(dǎo)線，造成兩檔合為一檔，將引起與相鄰各檔張力不等。（4）耐張段某檔進(jìn)行飛車、絕緣爬梯等作業(yè)，集中荷載引起不平衡張力。（5）在高差很大的山區(qū)，尤其是重冰區(qū)的連續(xù)傾斜檔，山上檔和山下檔的張力不等。,計(jì)算方法：連續(xù)檔的精確計(jì)算,第五節(jié)地線的支持力,斷導(dǎo)線時(shí)，斷線張力使懸垂串偏斜，桿塔撓曲，桿塔頂部地線的懸掛點(diǎn)產(chǎn)生位移，地線在斷線檔被拉緊，起到限制桿塔撓曲的支持作用，此時(shí)的斷線檔的地線張力稱為地線的支持力。地線的支持力與耐張段的長(zhǎng)度、檔距大小及斷線檔的位置有關(guān)。對(duì)柔性直線桿塔（如無(wú)拉線的直線單桿和門型桿），地線的支持力可達(dá)導(dǎo)線斷線張力的4070%，對(duì)桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的影響不可忽略。,一、地線支持力對(duì)桿塔的作用,斷線檔兩側(cè)的直線桿塔上作用有導(dǎo)線的不平衡張力Td和地線的支持力Tb，二力的作用方向相反，如圖（a）所示。,桿塔可視為一端自由、一端固定的懸臂梁，其彎矩圖（b）。曲線1、2分別是地線最大支持力和最小支持力情況下桿塔的彎矩?？梢钥闯?，地線支持力最小時(shí)，桿塔的彎矩在地面處最大，所以計(jì)算桿塔根部受彎和基礎(chǔ)傾覆時(shí)，需用最小的地線支持力。地線支持力最大時(shí)，橫擔(dān)處的彎矩最大，所以計(jì)算橫擔(dān)受彎受扭時(shí)，需用最大的地線支持力。,二、地線支持力的計(jì)算1、假設(shè)（1）忽略非斷線檔直線桿塔上導(dǎo)線不平衡張力引起的桿頂撓度；（2）不考慮導(dǎo)線不平衡張力與地線支持力的相互影響。,（3）耐張段的第n+1檔導(dǎo)線斷線，導(dǎo)線的斷線張力已經(jīng)求得，需確定地線對(duì)n號(hào)桿塔的支持力。,2、桿頂撓度系數(shù)斷線張力和地線支持力作用下的桿頂撓度系數(shù)Bd和Bb，可分別由下二式計(jì)算,（99）,（910）,（m/N）,（m/N）,3、求地線支持力Tb（1）假定地線支持力Tb：n號(hào)桿塔上地線線夾的位移為,（911）,（2）求第n+1檔地線的張力Tn+1若n+1號(hào)桿為耐張桿，則該檔檔距將增加ln+1=n。若n+1號(hào)桿為直線桿，位于耐張段的中部：ln+1=2n。設(shè)斷線前后氣溫相同，地線比載不變，相應(yīng)集度為p，第i檔水平張力分別為T0、Ti，仿式（92）得地線張力與檔距變化量li之間的關(guān)系為,（912）,在確定ln+1后，第n+1檔地線的張力由下式確定,（913）,按上式計(jì)算時(shí)，應(yīng)判別ln+1之正負(fù)。斷線檔的檔距增大，ln+1應(yīng)為正值。,（3）求第n檔地線的張力Tn,Tn應(yīng)為整個(gè)耐張段中地線張力最小的，并小于斷線前的地線張力T0。,（4）第n檔的檔距變化量ln利用公式（912），算得ln（li，i=n、n1、2、1）。li應(yīng)為負(fù)值，因?yàn)榉菙嗑€檔的檔距減小。,（6）第i基桿塔的地線張力差,（915）,該式適用于自第n1基開(kāi)始遞減的桿塔，式中第二項(xiàng)為地線張力差引起的桿頂撓度，對(duì)某些類型的桿塔（如拔梢桿）而言，其值影響甚大。,（8）第i檔地線的張力,（916）,（9）返步驟（4）反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直至0號(hào)耐張桿塔為止，