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输电线路设计—导线风偏计算及校验


输电线路设计
导线风偏计算及校验

张鸣
2011年7月29日

? ? ? ? ? ?

1、概述 2、风偏计算基本参数 3、档距中导线风偏 4、直线塔悬垂绝缘子串风偏 5、风偏校验方法

6、摇摆角太大时解决方法

一、概 述
架空输电线路长期

运行在野外,受自然界气 候变化的影响。风是自然界影响线路的主要现象 之一。大风引起的导线风偏对地或对杆塔塔头构 件放电是线路故障的主要形式。 下面介绍导线风偏对地或交叉跨越计算和 绝缘子串风偏计算。

二、风偏计算基本参数
(1)比载 (N/m.mm2)

比载是电线单位长度、单位截面上的荷载
自重比载 冰重比载 自重冰重综合比载 风比载 覆冰后风比载 自重风重综合比载 覆冰、风综合比载 g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7

二、风偏计算基本参数
比载以荷载方向分类

分为垂直比载、水平比载、综合比载。

水平比载
垂直比载有 g1、g2、g3

θ
垂直比载
载 比 合 综

水平比载有 g4、g5 综合比载有 g6、g7

二、风偏计算基本参数
自重比载g1计算

W0 ? g g1 ? S
式中:g1 电线自重比载(N/m.mm2) W0 电线自重 (N/m)

g 重力加速度 g = 9.80665
S 电线截面(mm2)

二、风偏计算基本参数
冰重比载g2计算

b ? ?b ? d ? g 2 ? 0.9 ? ? ?g S

式中:g2 电线覆冰的冰重比载(N/m.mm2) b 覆冰厚度 (mm)

g 重力加速度 g = 9.80665
S 电线截面(mm2) d 电线外径 (mm)

二、风偏计算基本参数
电线覆冰垂直综合比载g3计算

g3 ? g1 ? g 2
式中: g1 电线自重比载(N/m.mm2) g2 电线覆冰的冰重比载(N/m.mm2)

二、风偏计算基本参数
风比载g4计算

? ? K ?V 2 ? d g4 ? ? g ?10?3 16? S
式中: g4 电线上风比载(N/m.mm2) V 大风风速 (m/s) S 电线截面(mm2) d 电线外径 (mm) g 重力加速度 g = 9.80665 α 风压不均匀系数 K 电线体型系数 d<17mm d≧17mm K=1.2 K=1.1

二、风偏计算基本参数
覆冰后风比载g5计算

g5 ?
式中:

? ? K ?V 2 ? ?d ? 2b ?
16 ? S

? g ?10?3

g4 电线上风比载(N/m.mm2)

g 重力加速度 g = 9.80665

V 大风风速 (m/s)
S 电线截面(mm2) d 电线外径 (mm)

α 风压不均匀系数
K b 电线体型系数 覆冰厚度 (mm)

二、风偏计算基本参数
风压不均匀系数α取值
基准风速m/s 计算杆塔荷载α 计算风偏用α ≤20 1.0 1.0 20≤V<27 0.85 0.75 27≤V<31.5 0.75 0.61 ≥31.5 0.70 0.61

水平档距 m 校验杆塔间隙用α

≤200 0.80

250 0.74

300 0.70

350 0.67

400 0.65

450 0.63

500 0.62

≥550 0.61

二、风偏计算基本参数
风电线综合比载g6计算

g6 ? g 1 ? g 4
2

2

式中: g1 电线自重比载(N/m.mm2) g4 电线的风比载(N/m.mm2)

二、风偏计算基本参数
冰、风、电线综合比载g7计算

g7 ? g ? g
2 3

2 5

式中: g3 覆冰、电线垂直比载(N/m.mm2) g5 覆冰后电线上的风比载(N/m.mm2)

二、风偏计算基本参数
P 单位荷重 (N/m) 单位荷重是电线单位长度上的荷载,单位荷重为 应力与电线截面的乘积。 自重 冰重 自重冰重综合 风 覆冰后风 自重风重 覆冰、风 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

p ? g ?S

二、风偏计算基本参数
(2)应力 (N/mm2) 应力σ 是电线单位截面上所受的力 电线张力T是应力与截面的乘积

T ?? ?S

σ

二、风偏计算基本参数
不同的气象条件下,导线有不同的应力。

在线路档距中,电线弧垂上各点的应力是
不相同的,施工图设计应力表是指电线弧垂最 低点单位截面所受的力。

二、风偏计算基本参数
获得导线应力方法:
1、查施工图设计中的应力表。
2、采用状态方程式计算。

3、根据施工图图纸中的导地线放线K值
表进行换算。

二、风偏计算基本参数
g ?l ? E g ?l ? E ?m ? ?? ? ? ? ? E ? ?tm ? t ? 2 2 24? ? m 24? ?
2 m 2 2 2

式中:

σ m、gm、tm σ 、 g、 t α
E

已知条件的应力、比载、温度

待求条件的应力、比载、温度
线膨胀系数 弹性模量(N/mm2) 代表档距(m)

l

三、档距中导线风偏

二、风偏计算基本参数
利用施工图图纸中的放线K值表中数值反算相应温度下的 导线应力。

由于施工图中放线K值表中的数值是降温后对应温度的数
值,因此表中的温度减去K值表降温的度数,才是所求应力对 应的实际温度。

g1 ?? 2? K

式中:

?
K

电线应力 (N/mm2) K值(x10-4)

g1 电线自重比载(N/m.mm2)

三、档距中导线风偏
档距中央的弧

θ

垂(最大)计
算:
β

三、档距中导线风偏
电线风偏角计算:

g4 ? ? tg g1
?1

式中: β 电线风偏角(度) g1 电线自重比载(N/mm2) g4 风比载(N/mm2)

风偏是 导线弧垂 以档距两侧导线悬挂点连线为轴旋转。

三、档距中导线风偏
电线上档距中央的弧垂(最大)计算:
式中:f 电线任意一点弧垂(m)

g6 ? L f ? 8 ? ? ? cos ?
2

g1 电线自重比载(N/mm2) b L h 电线应力 (N/mm2) 档距(m) 电线悬挂点高差(m)

g1 电线自重比载(N/mm2)

β 高差角

?=tg

?1

h L

三、档距中导线风偏
导线风偏计算中任一点对地弧垂计算:
式中:

f 电线任意一点弧垂(m)

g 6 ? l1 ? l2 f ? 2 ? ? ? cos ?

g6 电线综合比载(N/mm2) b 电线应力 (N/mm2) g1 电线自重比载(N/mm2)

l1、l2 距两侧杆塔的距离(m) h 电线悬挂点高差(m) β 高差角

四、直线塔悬垂绝缘子串风偏
绝缘子串风偏计算:

? ? tg ?1

p? ? ? S ? g 4 ? lh ? 2 ? T ? sin 2 2 W? ? S ? g1 ? lv ? WJ 2
Lh 水平档距(m)
Lv 垂直档距(m) β T 线路转角度数(度) 相导线张力(N)

式中:Pλ 绝缘子串风压(N)
Wλ 绝缘子串重量(N) S 电线截面 (mm2) g1 电线自重比载(N/mm2) g4 电线风压比载(N/mm2)

WJ 重锤重量(N)

四、直线塔悬垂绝缘子串风偏
绝缘子串风压计算:

0.03? n ?V 2 P? ? ? 9.80665 16

式中:Pλ 绝缘子串风压(N)
V n 风速(m/s) 绝缘子片数 单联串金具算1片, 双联串算2片。

四、直线塔悬垂绝缘子串风偏
垂直档距计算:

? h2 ? lv ? lh ? ? ? ? l ? l ? ? g1 ? 1 2 ?
式中: Lv 垂直档距(m)
σ 电线应力 (N/mm2) h1、h2 l1、l2

? ? ? h1

Lh 水平档距(m)
g1 电线自重比载(N/mm2)

计算杆塔两侧导线悬挂点高差(m) 计算杆塔两侧档距(m)

绝缘子串极限摇摆间隙圆图绘制需考虑的因素: 1、角钢及脚钉宽度一般取150mm。

2、线夹出口处的弧垂(瓶口弧垂)与塔身宽度和计算塔
两侧杆塔相 对位置有关。

3、电气间隙应根据海拔高度进行修正。

五、风偏校验方法
在外过电压、内过电压及正

常工作电压情况下,分别求
出绝缘子串的风偏角θ 1 、 θ 2、 θ 3,然后绘出间隙 圆,如右图所示,由图中的 间隙距离e1、e2、e3,即可

得知各种情况下的空气间隙
是否满足规程要求。

五、风偏校验方法
为便于设计验算,可

采用反推法,先利用
已知参数,反算出直 线杆塔的允许高差 [h] , 再 在 定 位 中 进 行控制。

五、风偏校验方法
也可以利用上述公式算出各种条件下水平

档距与垂直档距的关系,画出摇摆角临界
曲线,若定位图上某杆塔的垂直档距和水 平档距落在临界曲线以上,说明摇摆角在 安全范围以内,反之则说明该杆塔摇摆角 太在,存在安

全风险。

六、摇摆角太大时解决方法

1、调整杆塔位置;

2、加高杆塔或更换塔型;
3、加重锤(该方法慎用); 4、降低导线应力; 5、采用其他绝缘子固定方式,如“V” 型。


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