探究单杆安装自动化开关对普通混凝土杆强度的影响

探究单杆安装自动化开关对普通混凝土杆强度的影响

郑勤勤

浙江中电工程设计有限公司广东分公司510000

摘要：在国内电力系统中，10kV及以下的配电系统应用较为广泛，其电力线路的设计和系统的完善直接影响人们的日常生活。对配网一次系统进行自动化改造，各供电分区架空线路实现电压电流型馈线自动化，分段、联络开关选用柱上自动化负荷开关成套设备，电压电流型馈线自动化和三遥功能，重要分支线开关选用柱上自动化断路器成套设备，配置三遥功能，可有效提高供电可靠性，提升配网自动化系统实用化、智能化水平，有效支撑各条线路用电业务的管理。本文通过实际工例，从10kV架空线路安装自动化成套设备的设计原则入手，分析选用普通混凝土杆，采用单杆安装方式存在的问题，并提出了具体的完善策略以供参考。

关键词：10kV配网自动化单杆安装自动化开关混凝土杆强度验算

引言

随着生产发展和人民生活水平的提高，对供电质量的可靠性提出了越来越高的要求，但是配网自动化的规划和建设比较滞后。大部分10kV配网线路未配置具有配电自动化功能的开关和配电自动化终端，无法实现故障的迅速准确定位和迅速隔离故障区段，快速恢复非故障区域供电的功能目标。

目前我国大部分城乡架空线路现状，仍沿用以前的普通型开关，若通过对现有10kV线路进行自动化改造，配置安装可实现自动化功能的柱上开关，并配置配电自动化终端，实现线路馈线自动化功能。可满足电网自动化系统、管理信息系统等业务所需的信息传输需要。实施馈线自动化改造后，能实现故障快速准确定位，迅速隔离故障区段，恢复非故障区域供电，有效提高供电可靠性、用户服务质量、管理效益及设备的利用率。

一、单杆安装自动化开关工程实例分析

潮州潮安供电局2018年第一批项目：庵埠供电所10kV骊塘线、龙桥I线等线路负荷平衡及自动化改造工程在10kV龙桥I线#18杆位置，采用单杆普通混凝土杆安装自动化开关成套设备一套，用作10kV龙桥I线潘龙六支线自动化分支开关。

经设计人员现场实地勘察，工程现场情况如下：

1、10kV龙桥I线#18杆为直线分支杆型，位于庵埠镇龙桥路潘龙路口，为10kV架空线路。潘龙六支线共8台配变2600kVA无自动化分支开关，无法实现故障的迅速准确定位和迅速隔离故障区段，快速恢复非故障区域供电的功能。本工程需在10kV龙桥I线#18杆位置安装分支用断路器自动化成套设备一套，原方案利旧#18杆，采用单杆方式安装。

2、本批项目的工况及计算条件如下：

1）本项目气象条件为南网C类气象区，最高气温40OC、项目所在地庵埠镇为沿海20km范围，最大风速40m/s、无覆冰。项目所处地形为城镇（平地）。

2）10kV龙桥I线潘龙六支线导线型号为钢芯铝绞线JL/G1A-70mm²/10mm²10kV龙桥I线#18杆为Φ190x15m*K普通混凝土电杆、水平档距70m、直线分支杆型，单回三角排列，开关安装于支线侧。

3）JL/G1A-70mm²/10mm²导线计算拉断力23.39kN、导线外径11.4mm、导线单重275.2kg/km、本工程所取安全系数K＝6；线路所安装自动化断路器单重1.47kN、双侧PT合重1.76kN、隔离开关与避雷器、横担合重2.05kN。开关设备安装离地高度为3.5米，断路器底座支架离电杆中心位置为0.8m，Φ190x15m*K普通混凝土电杆开裂检验弯矩值为49kN.m，本工程电杆埋深2.5m，导线1离电杆埋深三分之一处距离13.2m，导线2和导线3离电杆埋深三分之一处距离12.4m。本次验算对象为10kV龙桥I线#18杆所受综合荷载弯矩值。

3、计算结果如下

10kV龙桥I线#18杆

（1）10kV龙桥I线#18杆主干线导线1风荷载：

根据Wx=αµzµscβc（D+d）LpWoBsin2θ

式中：Wx－-垂直于导线1风荷载（kN）

α-风压不均匀系数α＝0.7（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范表10.1.18－1本工程最大风速40m/s＞31.5m/s，且水平档距小于100米，因此计算杆荷所受荷载时系数取0.7）

µz-风压高度变化系数µz＝1.14（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范表10.1.22乡镇地面粗糙度为B类离地高度小于15m因此µz取1.14）

µsc－导线的体形系数µsc＝1.2（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范线径小于17mm取1.2）

βc－风荷载调整系数βc＝1（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范10kV线路取1.0）

D－导线外径D＝11.4（mm）

d－覆冰d＝0（mm）

Lp－水平档距Lp＝70（m）

B－覆冰时风荷载增大系数（本工程无覆冰取1）

Wo－基准风压标准值Wo＝（40*40）/1600＝1.0（kN/㎡）

θ-风向与导线之间的夹角θ＝900（垂直于导线取900）

经计算：导线1风荷载Wx1＝0.76（kN）

（2）、同理计算得出：导线2风荷载Wx2＝0.76（kN）

（3）、导线3风荷载Wx3＝0.76（kN）

（4）、电杆风荷载：Ws=βzμsµzBAsWo

式中：Ws－电杆风荷载（kN）

βz－杆塔风荷载调整系数βz＝1（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范表10.1.20杆塔全高小于20m取1.0）

μs－构件体形系数µs＝0.6（构件圆形截面取0.6）

µz－风压高度变化系数µz＝1.14（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范表10.1.22乡镇地面粗糙度为B类离地高度小于15m因此µz取1.14）

B－覆冰时风荷载增大系数（本工程无覆冰取1）

As－电杆迎风投影面积As＝3.43（㎡）

Wo－基准风压标准值Wo＝（40*40）/1600＝1.0（kN/㎡）

经计算：电杆风荷载Ws=1.43（kN）

（5）、开关设备、横担及金具重力值G＝G1+G2+G3

式中：G1－自动化断路器单重1.47（kN）

G2－双侧PT合重1.76（kN）

G3－隔离开关与避雷器、横担合重2.05（kN）

经计算：开关设备、横担及金具重力值G＝5.28（kN）

（6）、导线1张力：根据Fd=2*Fmax/K*sin（θ/2）

式中：Fd－导线夹角张力（kN)

Fmax－导线拉断力Fmax＝23.39（kN)

K－导线安全系数K＝6（本工程取安全系数K＝6）

θ-耐张杆导线的夹角θ＝600（本工程#18杆为直线分支杆，其分支线张力按终端杆型，计算合力时取转角600）

经计算：导线1张力Fd1＝3.9（kN）

（7）、同理计算得出：导线2张力Fd2＝3.9（kN）

（8）、导线3张力Fd3＝3.9（kN）

（9）、开关设备、横担及金具风荷载：f＝βzμsμzABWo

式中：f－开关设备、横担及金具风荷载（kN）

βz－构件风荷载调整系数βz＝1（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范开关安装高度3.5m全高小于20m取1.0）

μs－风荷载体形系数µs＝1.3（构件矩形截面取1.3）

μz－风压高度变化系数μz＝1.0（根据GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范表10.1.22乡镇地面粗糙度为B类开关安装高度3.5m小于5m取1.0）

A－设备、横担与金具迎风投影总面积A＝0.41（㎡）

B－覆冰时风荷载增大系数（本工程无覆冰取1）

Wo－基准风压标准值Wo＝（40*40）/1600＝1.0（kN/㎡）

经计算：开关设备、横担与金具风荷载f=0.53（kN）

根据以上计算结果，10kV龙桥I线#18杆根部弯矩值如下：

a.导线1风荷载弯矩值Mx1=Wx1*h1=0.76kN*13.2m=10.03（kN.m）

b.导线2风荷载弯矩值Mx2=Wx2*h2=0.76kN*12.4m=9.42（kN.m）

c.导线3风荷载弯矩值Mx3=Wx2*h3=0.76kN*12.4m=9.42（kN.m）

d.电杆风荷载弯矩值Mx4=Wx4*h4=1.43kN*6.19m＝8.85（kN.m）

e.开关设备、横担及金具自重弯矩值Mx5=G*h5=5.28kN*0.8m＝4.2（kN.m）

f.开关设备、横担及金具风荷载弯矩值Mx6=f*h6=0.53kN*4.3m＝2.28（kN.m）

g.导线1张力弯矩值Mx7=Fd1*h7=3.9kN*13.2m=51.48（kN.m）

h.导线2张力弯矩值Mx8=Fd2*h8=3.9kN*12.4m=48.36（kN.m）

i.导线3张力弯矩值Mx9=Fd3*h9=3.9kN*12.4m=48.36（kN.m）

综合上述计算结果，10kV龙桥I线#18杆所受综合荷载弯矩值Mx＝a+b+c+d+e+f+g+h+i=Mx1+Mx2+Mx3+Mx4+Mx5+Mx6+Mx7+Mx8+Mx9=10.03+9.42+9.42+8.85+4.2+2.28+51.48+48.36+48.36=192.4（kN.m）

Φ190x15m*K电杆开裂检验弯矩为49kN.m，其承载力检验弯矩值为开裂检验弯矩值的2倍（2*49kN.m＝98kN.m），10kV龙桥I线#18杆所受综合荷载弯矩值Mx＝192.4（kN.m）>98kN.m。由此可知，该杆不能承受新装自动化断路器的综合荷载，不能单杆安装自动化开关。

二、解决措施

通过上述电杆强度的验算，原电杆不能用作单杆安装自动化开关。本项目经实地勘察，最终确定解决措施为采用双杆安装自动化开关方式，在10kV龙桥I线#18杆旁，新增Φ190x12m*K型副杆一根，能满足杆塔强度要求。项目实施后，跳线与设备的安全距离更充足，线路安装更流畅，运维操作亦更方便，有效地解决了原方案存在的安全隐患问题。

三、结论

目前，我国许多城乡配网线路10kV开关安装仍采用单杆方式，施工力求方便、简单，却不考虑电杆的机械强度是否满足安全要求。设计人员不根据工程实况进行校验，仅凭经验套用图纸，造成工程施工后，存在一定的安全隐患。南方电网公司已全面要求按照《南方电网公司10kV和35kV标准设计V2.0应用手册》，所有柱上自动化开关安装均采用双杆安装或铁塔安装方式，有效地提高了线路运行的安全可靠性。

参考文献

[1]《配网自动化规划设计技术导则》

[2]《GB50545-2010110kV-750kV架空输电线路设计规范》

[3]《南方电网公司10kV和35kV标准设计V2.0应用手册》