基于鲁基风电35kV线路工程的20mm重冰区铁塔不平衡张力研究

基于鲁基风电35kV线路工程的20mm重冰区铁塔不平衡张力研究

丁俊杰

四川电力设计咨询有限责任公司   四川 成都 610000

摘要：2016年-2018年西昌鲁基风电场35kV线路发生连续倒塔事故，造成了重大的经济损失。《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440-2009）只针对110~750kV输电线路给出了20mm重冰区铁塔不平衡张力推荐取值，不能完全适用于35kV集电线路，因此，本文基于西昌鲁基风电场35kV线路工程情况，通过计算得到20mm重冰区集电线路不平衡张力的推荐取值，抑制倒塔事故的发生。

关键词：20mm重冰区；35kV；不平衡张力；鲁基风电集电线路

0、引言

目前现行重冰区规范《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440-2009）中只针对110~750kV输电线路给出了20mm重冰区不平衡张力推荐取值，而35kV集电线路相比于110~750kV输电线路具有导线截面更小、串长更短、平均档距更小的特点，因此，现行重冰区规范并不能完全适用于35kV集电线路。当不均匀覆冰产生的不平衡张力超过杆塔承载极限时会发生杆塔塔材变形，严重情况下甚至发生倒塔事故，造成大量的经济损失，威胁集电线路的安全稳定运行。

综上所述，本节有必要针对重冰区集电线路的特点，基于鲁基风电集电线路工程的工况，通过计算得到20mm重冰区集电线路铁塔不平衡张力的推荐取值，抑制倒塔事故的发生。

1、输入数据

本次研究以鲁基风电集电线路工程作为研究对象，因此将工程中相关工程概况作为研究的输入数据。

根据样本工程气象条件以及本次研究的重冰区覆冰厚度，气象条件组合如下表所示：

表1-1                       气象条件组合表

根据样本工程所采用的导地线型号，本文针对纵向不平衡张力研究采用的导线型号为JLHA1/G1A-240/40钢芯铝合金绞线，地线型号为OPGW-24B1-90光缆。

导线悬垂串型采用单联70kN悬垂串。地线悬垂串型采用单联70kN光缆悬垂串。

2、不均匀覆冰不平衡张力计算模型

对于不均匀覆冰不平衡张力计算，本节采用《电力工程高压送电线路设计手册》中的计算模型：假定在耐张段内有几个连续档，架线后无冰、无风，架线气温为tm，导线初伸长尚未放出架线应力为σm时，各直线杆塔上悬垂绝缘子串均处于中垂位置，各档导线水平应力均为σm。当出现不均匀覆冰时，各档导线的应力不一，直线杆塔导线悬挂点发生偏移，档距发生变化，相应的前后侧悬点应力大小不一，因此直线塔前后侧出现不平衡张力差，如图2-1所示。

图2-1  连续档不平衡张力示意图

根据《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440-2009）的相关内容，产生不平衡张力的不均匀冰荷载情况按未断线、-5℃、有不均匀冰、同时风速10m/s计算。针对110~750kV，规范给出了不平衡张力覆冰率推荐取值，如表2-1所示。在以往工程中，通常将35kV集电线路归类为三类线路进行计算。因此，在本文计算中，同样将集电线路归纳为三类电力线路进行取值计算。

表2-1              不平衡张力覆冰率计算条件表

注：三类：220kV及110kV；二类：330kV、重要220kV；一类：750kV、500kV、重要330kV

3、直线塔不平衡张力取值分析

（1）工程实际数据计算

根据上述模型和输入参数，对鲁基集电线路非孤立档直线塔导线和地线不平衡张力进行计算，得到20mm覆冰不平衡度的计算结果，如下表所示。

表3-1   20mm冰区不平衡度

（2）数据分析

根据数据分析，对于20mm冰区风电场集电线路：

1）直线塔不平衡张力大小受串长影响很大，而地线串长远小于导线串长，因此，地线不平衡度均大于导线不平衡度；

2）直线塔导线不平衡度经计算统计均小于32%，地线不平衡度均小于40%；

3）直线塔不平衡度受耐张段内连续档档数影响，档数越多，不平衡度越大；

4）重冰区耐张段长度与直线塔不平衡度大小有一定关系，通常重冰区耐张段越长，耐张段内直线塔不平衡度越大，因此，控制耐张段长度从一定程度上可以减小直线塔不平衡度；

5）重冰区档距与直线塔不平衡度大小也有关系，通常档距越大，耐张段内直线塔不平衡度越大，因此，控制档距能有效减小直线塔不平衡度。

（3）取值分析

1）根据实际工程计算结果，20mm冰区直线塔导线不平衡度均小于32%，地线不平衡度均小于40%。

2）与110kV对比计算分析，20mm冰区35kV较110kV直线塔导线不平衡度增大约3.5，地线不平衡度基本相同。

结合《重覆冰架空输电线路设计技术规程》推荐取值，并综合考虑35kV比110kV不平衡张力增大值和实际工程不平衡张力计算结果，最终35kV重冰区直线塔不平衡张力建议取值见下表。

表3-2直线塔不平衡张力取值表

4、耐张塔不平衡张力取值分析

（1）工程实际数据计算

选取鲁基风电集电线路工程中典型的耐张塔塔位进行耐张塔不平衡张力取值计算，计算结果如下表所示。

表4-1  20mm冰区耐张塔不平衡度

（2）数据分析

根据数据分析，对于20mm冰区风电场集电线路：

1、耐张塔导线不平衡度经计算统计均小于52%，地线不平衡度均小于55%；

2、耐张塔不平衡度受耐张段代表档距影响，代表档距越大，不平衡度一般越大，因此，重冰区控制档距能在一定程度减小耐张塔不平衡度；

3、耐张塔不平衡度同样受前后侧耐张段代表档距差值大小影响，代表档距差值越大，不平衡度一般越大，因此，重冰区集电线路应尽量让档距分配均匀，避免出现档距相差很大的大小档。

（3）取值分析

35kV耐张塔不平衡度计算结果均大于规范取值，在实际工程中建议按推荐覆冰率进行校核，而耐张塔不平衡张力取值较《重覆冰架空输电线路设计技术规程》不再增加。

表4-2耐张塔不平衡张力取值表

5、结语

本文基于鲁基风电35kV集电线路工程数据，对20mm重冰区实际情况下直线塔和耐张塔的不均匀覆冰工况的不平衡张力进行计算，与《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中110kV线路推荐取值进行对比分析，提出了35kV线路20mm工况下直线塔和耐张塔的不平衡张力推荐取值。

参考资料：

（1）刘和云．架空导线覆冰与脱冰机理研究[D]．武汉：华中科技大学，2001

（2）赵煜哲，李黎，邓威．输电线路脱冰动力响应数值仿真[J]．水电能源科学，2013，31(9)：205-209

（3）孟遂民,孔伟.架空输电线路设计[M].北京:中国电力出版社,2007

（4）《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440-2009）

（5）《66kV及以下架空电力线路设计规范》(GB50061-2010)