110kV及以下线路抗冰加固工程的设计实践

110kV及以下线路抗冰加固工程的设计实践

     ,李福华

云南师宗电力服务有限公司

摘要：从这些年南方电网受损情况来看，对架空电力线路损害最大的是覆冰。目前，全国电力行业还没有什么好的抗冰技术或方法，现结合自己设计过的线路，谈谈110kV及以下线路“抗冰加固”设计实践。2008年，我参加了由云南省电网公司组织的“配网复查加固”组，负责完成公司35kV千伏及以下线路覆冰受损复查、重要线路加固方案制定等工作，后来，完成了师宗县受损线路“抗冰加固”设计，为电力架空线路抵御冰冻灾害提供了一定价值的工程设计实践经验。

一、冰灾受损情况

2008年，师宗县冰冻灾害导致电网出现故障跳闸线路265条·次，110千伏杆塔倒塌8基，受损9基，断线9处，导地线损伤16处,绝缘子损伤60处, 金具损伤27处；35千伏杆塔倒塌12基，受损15基，断线19处，导地线损伤14处,绝缘子损伤145处, 金具损伤53处；10千伏倒杆451基，受损532基，断线904处, 绝缘子损伤1326处, 金具损伤484处；0.4/0.22千伏倒杆95基，受损150基，断线351处, 绝缘子损伤376处, 金具损伤157处，公司设施受损直接经济损失约1642万余元。

二、电网冰灾线路受损类型

杆（塔）受损类型：倒杆（塔），导、地线横担变形，杆（塔）扭曲、拉弯，塔头倒塌，砼杆、铁塔倾斜等。导、地线受损类型：导、地线断线，金具球头环脱落，导、地线散股、断股，绝缘子掉串，光纤断线，导线抽股只剩钢芯，拉线拉断等。

三、电网冰灾线路受损原因分析

（一）线路倒杆（塔）、断线原因分析

通过统计，倒杆（塔）多出现在线路转角上、杆（塔）位于在山顶或山腰、风哑口、垂直档距较大的地方。档距差较大，水平荷载和垂直荷载也较大，当杆（塔）前后出现不均匀覆冰或脱冰时，两侧出现不平衡张力，当不平衡张力超过一定值时，杆（塔）被拉偏或拉倒。断线的线路基本上位于山顶或山腰、风哑口，垂直档距较大的地段，由于线路长期受到风吹摇摆，导线产生疲劳，加之断线处的覆冰较大，冰重加导线的自重超过导线抗拉强度，故出现断线，断线后往往伴随倒杆（塔）。

例：110kV大凤线#101－#109杆耐张段长3580m,采用LGJ-185/25导线,原设计通过Ⅰ级云南典型气象区，气象参数为：覆冰厚度b=5mm, 覆冰风速v=10m/s,#101塔型为STJ1-12,垂直档距LV=734m, 水平档距Lh= 336m。导线实际覆冰厚度b=45mm、覆冰风速v=10m/s。

解：导线LGJ-185/25技术参数：外径d=18.9 mm，截面积211.28mm2，单位重量706.1kg/km,拉断力为TP=59420N，导线覆冰厚度b=45mm,覆冰风速v=10m/s。

1、导线覆冰时风荷载为：

风压均匀系数＝1.0     风荷调整系数＝1.0

导线体型系数＝1.2     风压高度变化系数

基本风压

覆冰时导线外径d=18.9+45×2=108.9mm

根据公式Pd=

＝1.0×1.0×1.2×0.93×0.0625×108.9×336×1.0

＝2531（N）

2、导线覆冰时垂直荷载为：

①导线覆冰单位荷载:

Qb=27.73×b×(d+b)×10-3

    =27.73×45×(18.9+45)×10-3

=79.74（N/m）

②导线覆冰时垂直荷载:

Gd=(Qd+Qb)×LV=(706.1×10×10-3+79.74)×734=63712 (N)

3、导线覆冰时荷载为：

G=（N）

   通过计算导线覆冰时荷载G大于导线拉断力为TP ，靠#101杆大号侧的导线被拉断，导致#102，#103号倒塔。

（二）导、地线横担变形原因分析

导、地线横担变形的原因大多出现在老线路上，老线路运行时间长，横担及拉杆受到腐蚀，在垂直档距较大的杆塔上，由于导、地线上覆冰严重，横担上的荷载超过设计荷载，导致导、地线横担被拉弯或拉断。

（三）导线抽股原因分析

据现场调查，抽股出现在档距差较大的直线和耐张杆塔线夹附近。原因是因为两侧档距悬殊大，其不平衡张力较大，当导线覆冰较大时，大档距侧的覆冰重致使绝缘子串向大档距侧偏移，线夹附近的导线平时由于风吹振动，容易产生疲劳，当绝缘子串偏移到极限时，由于大档距侧的张力较大，加之受风吹摇摆，而出现散股、断股现象，断股多后就导致线抽股，只剩钢芯。

（四）绝缘串掉串原因分析

绝缘串掉串所在的杆塔一般都在山顶或山梁位置，原因主要是杆塔两侧档距较大，加上杆塔地理位置较高，杆塔的垂直档距较大，造成绝缘子串由于覆冰垂直荷载较大，导致绝缘子串掉落。

四、电网冰灾线路受损线路加固方案

通过对线路受损原因分析，结合师宗县的地形条件和气象条件，采取以避为主，以抗为辅、分段分策的原则，当线路覆冰超过设计覆冰厚度时，通过杆塔、导线、横担及金具的强度配合，采取“先断金具、再断横担和导线、最后断杆塔”的设计策略。

（一） 35－110kV受损线路加固方案

严重覆冰地段或者覆冰不均衡的耐张段将直线杆改为耐张杆，使耐张段受力均衡；加杆塔或更换塔型，减小档距，减小杆塔承载力，同时也减小了导线的荷载；将T接在主线上的第一档改为孤立档，减小T接线对主线杆塔的拉力，更换导线，增加导线抗拉断力。

如1：110kV大凤线#101－#109杆为一耐张段，加固时在#101－#102之间加了一基ZGU2-18塔；将#102的更换为ZGU2-12塔型，在#102－#103之间加了一基ZGU2-15塔；把#103的ZGU2-27直线塔更换为STJ2-18耐张塔，把原来的一个耐张段分成二个耐张段。

如2：35kV阿文线路，#138－#145杆为耐张段，采用双分裂LGJ-95导线架设，冰灾时在#140－#141杆之间断线，导致#141倒杆，#142杆与#143杆横担变形。加固时在#140－#141杆之间加了一基A2-12型的耐张杆，把原来的一个耐张段分成二个耐张段；将原双分裂LGJ-95导线更换为单线LGJ-150导线；将#142杆与#143杆的上1型横担更换为上2型横担。

（二） 10kV及以下线路加固方案

主干线上的所有支线第一档都更改成孤立档，并设防4根拉线；大跨越档，将导线断下后再加杆塔；垂直档距大的杆塔，更改杆型，增大电杆稍径；严重覆冰地段或微地形、微气候区不设大的耐张段，局部地段设孤立档，易出现极端气候的地方，改线路走向；增大导线型号来增加导线拉断力，同时，根据导线型号来增大拉盘、增粗拉棒与拉线；根据导线型号来确定金具、绝缘子的型号。

如1：重要城镇网架文笔168线路茅草台支线，海拔在1850－1900m左右，原设计气象条件为云南气象分区中的Ⅱ级区，覆冰厚度分别为10 mm，覆冰风速v=10m/s。由于城区线路通道狭窄，加固时：将原来不带钢芯的JKLYJ/Q-35架空绝缘线更换为带钢芯的JKLGYJ/Q-70架空绝缘线，将不能打拉线的终端水泥杆更换为13m加强型型钢塔、在大档距中增加15m水泥杆、将所有Z1杆型更改为Z2杆型等方式来进行加固。

如2：通过重冰区的10kV腊古重要电源送出线，原米车至以且段是90年代修南昆铁路时的专线，采用LGJ-95/20导线，海拔在1750－2300m左右，原设计气象条件采用云南气象分区中的Ⅲ级区，覆冰厚度为20 mm（根据估测，此次该段导线最大覆冰约为40 mm左右），线路走向是就修铁路方便而走，线路位于高山大岭中，加固时：将长的耐张段改短，在大档距中加杆缩短档距, 将垂直档距超过100m的ZC2直线杆改用鸟骨型吊杆，跨越大山沟且又不能加杆的档距，将档距两侧的单杆改为双杆，铁附件采用加强型，局部采用改道等方式进行加固。

如3：跨越南昆铁路的10kV大招Ⅰ回线有2处跨越铁路，一处是新安老寨、另一处在大黑村，原来都是从明槽隧道上直接跨越。加固时：将2处都在铁路两侧用10m型钢塔改为孤立档，用LGJ-70/10的导线更换原LGJ-50/8的导线；将新安老寨处线路改道从铁路天桥上跨越的方式进行加固。

五、结论

（1）电力部门应对持续低温冰冻天气经验还有待提高、掌握极端异常天气信息还不够准确，线路上覆冰已超过设计值，仍然未有相关控制措施或启动相应的“自然灾害应急预案”。

（2）目前，《110-500kV架空送电线路设计技术规程》中确定了110kV线路设计气象条件按15年一遇的重现期考虑，而对于35kV及以下线路设计气象条件按多少年一遇的重现期考虑，相应的线路设计技术规程中都没有规定。今后，不管是哪一个电压等级的线路都应考虑气象设计重现期年限。

（3）线路在勘测设计时，应尽量避开风哑口等微地形、微气候区，必须经过时，应采用孤立档等特殊设计，尽量不采用大跨越和大耐张段。35-110kV线路平地档距宜控制在250m左右，山区跨越山谷等地方，不宜超过600m；10kV及以下线路，平地档距宜控制在50m以内，山区跨越山谷等地方，不宜超过100m。

（4）对于重要线路，尽量不采用双回或多回线架设。

（5）不管是高压还是低压架空线路，应禁止使用铝绞线。

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