引言

近年來,由于臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻發(fā),沿海強(qiáng)風(fēng)區(qū)域的輸電線路發(fā)生了多次倒塔事故,對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性造成較大影響。為提高輸電線路抗臺(tái)風(fēng)能力,需對(duì)不滿足最新防風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的線路進(jìn)行改造。目前防風(fēng)改造有重建桿塔、加固鐵塔、更換導(dǎo)線等方式,當(dāng)線路位于不具備重新立塔條件的敏感區(qū)域,或線路桿塔(如水泥桿、鋼管桿)無法進(jìn)行有效加固時(shí),采用更換小線徑導(dǎo)線的防風(fēng)改造措施更為經(jīng)濟(jì)和可行。本文對(duì)沿海強(qiáng)風(fēng)區(qū)域的防風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析,提出更換小線徑耐熱導(dǎo)線進(jìn)行防風(fēng)改造的辦法,并針對(duì)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)校核的事項(xiàng)進(jìn)行解析。

1沿海強(qiáng)風(fēng)區(qū)域線路防風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

沿海強(qiáng)風(fēng)區(qū)域已建輸電線路分別執(zhí)行1979年、1990年、1999年和2010年國(guó)家頒布的架空線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)行的GB50545一2010《110kV~750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》風(fēng)速設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最高。為提高輸電線路抗臺(tái)風(fēng)能力,南方電網(wǎng)公司制定了高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的防風(fēng)技術(shù)規(guī)范,文獻(xiàn)[1]中要求,"計(jì)算導(dǎo)、地線大風(fēng)工況水平荷載時(shí),沿海Ⅰ、Ⅱ類風(fēng)區(qū)的110kV、220kV輸電線路風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)8c應(yīng)取1.3",同時(shí)針對(duì)廣東沿海臺(tái)風(fēng)多發(fā)的情況,提出了已建輸電線路改造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2耐熱導(dǎo)線介紹

耐熱導(dǎo)線具有耐熱性能強(qiáng),輸送容量大,機(jī)械荷載小等特點(diǎn),其連續(xù)運(yùn)行溫度可達(dá)到150℃以上,載流量較同截面的鋼芯鋁絞線更大。此外,耐熱導(dǎo)線一般采用低膨脹系數(shù)的鋼芯,可有效消除耐熱導(dǎo)線高溫運(yùn)行后弧垂增加的問題,因此采用耐熱導(dǎo)線設(shè)計(jì)時(shí),不需整體增加桿塔高度。目前,耐熱導(dǎo)線一般應(yīng)用于電網(wǎng)增容改造、變電站母線及大跨越線路,在防風(fēng)改造中的應(yīng)用較少。

3耐熱導(dǎo)線應(yīng)用解析

采用耐熱導(dǎo)線對(duì)已建線路進(jìn)行防風(fēng)改造,關(guān)鍵是在滿足防風(fēng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下,計(jì)算確定耐熱導(dǎo)線的外徑。依據(jù)外徑計(jì)算結(jié)果對(duì)耐熱導(dǎo)線進(jìn)行選型,若滿足線路輸送容量要求,進(jìn)而再對(duì)線路的定位弧垂進(jìn)行校核,最終確定更換耐熱導(dǎo)線的改造方案。

3.1耐熱導(dǎo)線外徑計(jì)算

依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家規(guī)程要求,導(dǎo)線的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值,應(yīng)按下式計(jì)算:

式中,Wx為導(dǎo)線水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN):Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2):α為風(fēng)壓不均勻系數(shù):μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù):μsc為導(dǎo)線體型系數(shù):p為導(dǎo)線外徑(m):Lp為桿塔的水平檔距(m):B為覆冰時(shí)風(fēng)荷載增大系數(shù):sin9為風(fēng)向與導(dǎo)線的夾角(9):V為基準(zhǔn)高度為10m的風(fēng)速(m/s)。

結(jié)合式(1)和式(2),采用更換耐熱導(dǎo)線進(jìn)行防風(fēng)改造時(shí),耐熱導(dǎo)線的外徑應(yīng)按下式計(jì)算:

式中,p耐為耐熱導(dǎo)線外徑:p原為原導(dǎo)線外徑:Lh為已建桿塔設(shè)計(jì)水平檔距:Lmax為已建線路桿塔使用的最大水平檔距:Va為已建線路原設(shè)計(jì)風(fēng)速:Vb為防風(fēng)改造要求達(dá)到的設(shè)計(jì)風(fēng)速:8c為導(dǎo)線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù),取為1.3。

3.2耐熱導(dǎo)線校核

根據(jù)式(3)的計(jì)算結(jié)果可確定耐熱導(dǎo)線的最大截面,在環(huán)境溫度為40℃,太陽輻射功率為1000w/m2,風(fēng)速為0.5m/s的條件下,計(jì)算耐熱導(dǎo)線的載流量是否滿足輸送容量要求,若滿足要求再進(jìn)一步對(duì)導(dǎo)線的定位弧垂進(jìn)行校核。

校核導(dǎo)線定位弧垂的關(guān)鍵在于計(jì)算耐熱導(dǎo)線輸送正常潮流時(shí)達(dá)到的導(dǎo)線溫度,將該溫度下的弧垂作為更換導(dǎo)線后的定位弧垂,與原導(dǎo)線的定位弧垂進(jìn)行對(duì)比,若比原定位弧垂較大,則需要校核線路與沿線交叉跨越物的距離,或在不超過線路桿塔使用條件下調(diào)整導(dǎo)線的安全系數(shù),使導(dǎo)線的定位弧垂與線路原設(shè)計(jì)情況相當(dāng)。此外,當(dāng)線路與鐵路、高速公路及一級(jí)公路交叉時(shí),需計(jì)算在極限輸送容量下耐熱導(dǎo)線達(dá)到的溫度,以該溫度下的導(dǎo)線弧垂校核交叉距離。

4工程實(shí)踐

以某220kV線路為例,極限輸送容量為443MVA,正常潮流下輸送容量為280MVA,設(shè)計(jì)風(fēng)速為32.8m/s,導(dǎo)線采用2×LGJ-300/40鋼芯鋁絞線,線徑為23.94mm,全線按鋼管桿架設(shè),桿塔設(shè)計(jì)水平檔距為350m,桿塔使用的最大水平檔距為275m,導(dǎo)線設(shè)計(jì)安全系數(shù)為4.5。更換該線路的導(dǎo)線,以達(dá)到38.1m/s設(shè)計(jì)風(fēng)速的防風(fēng)要求。根據(jù)式(3)可得:

根據(jù)耐熱導(dǎo)線外徑計(jì)算結(jié)果,擬更換為JNRLH1x/LB20A-185/30鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線,與原導(dǎo)線的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

根據(jù)計(jì)算,JNRLH1x/LB20A-185/30鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線在導(dǎo)線表面溫度達(dá)到70℃、100℃時(shí)載流量分別為383A、602A,滿足正常潮流和極限輸送容量的要求。將導(dǎo)線表面溫度為70℃時(shí)的弧垂作為線路的定位弧垂,耐熱導(dǎo)線安全系數(shù)為3.0,在代表檔距分別為150m、200m、250m、300m時(shí)與原線路定位弧垂的對(duì)比情況如表2所示。

通過表2的對(duì)比可判斷更換導(dǎo)線后定位弧垂較原來偏小,即線路與交叉跨越物的距離滿足原設(shè)計(jì)條件。因此,采用JNRLH1x/LB20A-185/30鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線進(jìn)行導(dǎo)線更換符合防風(fēng)改造要求。

5結(jié)語

(1)采用耐熱導(dǎo)線進(jìn)行防風(fēng)改造,最關(guān)鍵的是計(jì)算確定耐熱導(dǎo)線的外徑,再對(duì)耐熱導(dǎo)線進(jìn)行選型:

(2)在確定耐熱導(dǎo)線的型號(hào)后,應(yīng)對(duì)導(dǎo)線的輸送容量、定位弧垂進(jìn)行校核,以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。