架空输电线路导线风偏

发布于：2023-02-23 13:40:23 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：架空输电线路

当输电线路遇到一定的风速时，导线及悬垂绝缘子串受风的影响，风力作用于导线及及悬垂绝缘子串上，垂直于线路方向的风压将使导线及悬垂绝缘子串产生横线路方向的摇摆偏移。架空导线摇摆偏移引起的架空导线与竖直方向所成的角度就是架空导线的风偏角。悬垂绝缘子串摇摆偏移引起的悬垂绝缘子串与竖直方向所成的角度就是悬垂绝缘子串风偏角，悬垂绝缘子串风偏角前面在《悬垂绝缘子串风偏角（摇摆角）新规程计算程序》介绍过，本次计算中直接引用，本次主要针对导线的风偏计算。

在《110kV～750kV架空输电线路设计规范》(GB 50545-2010)及《架空输电线路电气设计规程》（报批稿）都要求，在最大计算风偏情况下，导线与山坡、峭壁、岩石之间的最小净空距离，边导线与规划建筑物之间的最小净空距离，输电线路通过公园、绿化区或防护林带，导线与树木之间的最小净空距离等都要满足其相关规定值的要求。今天主要根据《架空输电线路电气设计规程》（报批稿）导地线风偏及绝缘子串的风偏瑞导线的风偏进行计算介绍。

架空导线任意一点风偏计算公式

架空输电线路的绝缘子串与导线一方面受到自重、冰重的垂直荷载，另外一方面还受到横向水平风压产生的水平荷载，在水平风压的作用下，使原来垂直平面内的绝缘子串与导线向风压方向偏摆，其容易造成运行线路导线相间放电，导线对杆塔(塔身、横担)、边坡、树木、凸出的岩石或其它物体放电，进而导致的线路跳闸的故障。为了保证线路的安全运行，从设计与运行人员都需要掌握风偏的计算方法，降低线路跳闸的故障等事故。导线风偏容易引起的故障主要是基本风时的最大风偏及覆冰时弧垂较大时的风偏，故风偏针对这2种情况进行分析。其风偏示意图如下：

▲图1 绝缘子串及导线风偏受力图

从上图可知，导线任意一点相对于无风时与受到风荷载作用下引起的架空导线与竖直方向的水平偏移既风偏(Dev)，由导线本身受风荷载产生的相对水平偏移( C _D )与绝缘子串本身受水平风荷载及导线水平荷载作用下的绝缘子串产生的水平偏移 (C_λ)之和。既架空导线的风偏为：

Dev = C_D+ C_λ

式中：

Dev — — 架空导线的风偏值，（m）；

C_D— — 导线本身的相对水平偏移值，（m）；

C_λ— — 绝缘子串的水平偏移值，（m）。

从上图，根据几何知识，可以求出架空导线本身的相对水平偏移值及绝缘子串的水平偏移值分别为：

C_{λ = λ·sinφ}

_{C_D =f_X·sinη}

式中：

λ — — 绝缘子串长度(耐张串为水平投影长)，（m）；

f_X— — 风偏平面内任意一点导线的弧垂(综合比载计算弧垂值)，（m）；

φ— — 悬垂或耐张绝缘子串的风偏角，（?）；

η — — 架空导线的风偏角，（?）；。

从上可知，要计算出架空导线的风偏值，需要计算出风偏平面内任意一点导线的弧垂、空导线的风偏角、悬垂或耐张绝缘子串的风偏角及耐张串为水平投影长度，下面将介绍这几个值的计算方法。

绝缘子串风偏角及耐张串投影长度

风偏档前后杆塔可能是悬垂型杆塔，也可能是转角型杆塔，也可能是前后分别为悬垂与转角型杆塔，当为悬垂型杆塔时我们需要计算出悬垂型杆塔的悬垂绝缘子串的风偏角，当为转角型杆塔时需要计算出耐张型杆塔的耐张串的风偏角。悬垂绝缘子串风偏角计算前面我们阐述过，不再重新阐述，具体参考《悬垂绝缘子串风偏角（摇摆角）新规程计算程序》一文。下面介绍耐张绝缘子串的风偏角计算。

耐张绝缘子串受垂直荷载及水平荷载的作用，受耐张绝缘子串自重及导线自重的垂直荷载时耐张绝缘子串向下倾斜，耐张绝缘子串与横担水平面会形成一倾斜角θ；耐张绝缘子串及导线受水平风荷载时，系风垂直导线吹时引起耐张绝缘子串在水平面内的偏移角度，既水平风偏角φ 。耐张绝缘子串垂直及水平荷载受力图如下图所示。

(a) 垂直荷载受力图

(b) 水平荷载受力图

▲图2 耐张绝缘子串受力图

从上图（a）耐张绝缘子串垂直荷载受力图，可得耐张绝缘子串风的耐张串水平投影长计算公式如下：

式中：

λ_t— — 耐张绝缘子串的水平投影长，（m）；

λ — — 耐张串长度，（m）；

θ— — 耐张绝缘子串的倾斜角，（?）；

G_D— — 相导线的重力，（N）；

G_J— — 悬垂绝缘子串重力，（N）；G_J=m_Jg，m_J为悬垂绝缘子串质量，可以查阅图纸，单位为kg，g=9.80665 N/kg；

G_X— — 单导线单位长度重力，（N/m）；G_X=m_xg，m_x为导线单位长度质量，单位为kg/m，可以查 GB 1179-2017、国网或南网的企业相关标准；

_n— — 导线分裂数；

l_V— — 悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔垂直档距，（m）；

_T— — 计算条件下的相导线水平张力，（N）。

从上图（b）耐张绝缘子串风偏受力图，可得耐张绝缘子串风的风偏角计算公式如下：

式中：

φ— — 悬垂或耐张绝缘子串的风偏角，（?）；

W_J— — 耐张绝缘子串风荷载（风压），（N）；

W_J— — 相导线风荷载（风压），（N）；

W_X— — 导线单位长度风荷载（风压），（N/m）；

_n— — 导线分裂数；

l_P— — 悬垂绝缘子串风偏角计算用杆塔水平档距，（m）。

_T— — 计算条件下的相导线水平张力，（N）。

导线风偏角

架空线路任意一点，受导线的自重荷载或覆冰时的加覆冰的垂直总荷载，水平上有水平风荷载，受水平风荷载导线会产生偏移，这偏移既为导线的风偏角。根据图1的绝缘子串及导线风偏受力图，可得出导线的风偏角计算公式如下：

式中：

η — — 架空导线的风偏角，（?）；

W_X— — 单导线风荷载（风压），（N/m）；

G_X— — 单导线单位长度重力，（N/m）；G_X=m_xg，m_x为导线单位长度质量，单位为kg/m，g=9.80665 N/kg；可以查 GB 1179-2017、国网或南网的企业相关标准；

l_P— — 计算用塔水平档距，（m）；

l_V— — 计算用塔垂直档距，（m）。

风偏平面任意点弧垂

▲图3 任意一点弧垂示意图

根据前面我们介绍的《架空输电线路最大、最低、档距中央、任意点弧垂计算应用》可以知道，一档架空线内，导线上任意一点与悬挂点连线的垂直距离为任意一点的弧垂。

悬链线方法计算任意一点弧垂公式如下：

▲ 悬链线弧垂公式

式中：

L—— 该档的档距，m

h—— 该档的高差，大号侧（前侧）高为正，反之为负，m

a—— 导、地线最低点至小号侧悬挂点的水平距离，计算见4.1部分，m

_x—— 计算点距离小号侧的水平距离，m

γ—— 计算气象条件下比载，MPa/m

σ₀—— 计算气象条件下弧垂最低的应力，MPa

_β—— 高差角，°

f_x—— 任意一点的弧垂，m

斜抛物线的任意一弧垂的计算公式下式：

▲ 斜抛物线弧垂公式

式中：

_β—— 高差角，°

f_m—— 该档的最大弧垂，m

导线风偏设计风荷载计算

根据《架空输电线路电气设计规程》（报批稿）第 9.3.1 条，得出导线风荷载（风压）的计算公式如下：

式中：

W_X— — 导线风荷载（风压）,N/m；

β_c— — 导线、地线阵风系数；

α_L— — 档距折减系数，计算跳线时可取1.0；

μ_Z— — 风压高度变化系数，基准高度为10m的风压高度变化系数按下表取值；根据上述规程规定，一般基本风荷载考虑高度变化影响，其他风荷载不考虑高度变化的影响，当不考虑高度影响时取 1.0；

表风压高度变化系数μ_Z

注：地面粗糙度类别可分为：A 类指近海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C 类指有密集建筑群的城市市区；D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。位于远海海面和海岛的架空输电线路，风压高度变化系数应适当提高。

μ_SC——导线或地线的体型系数：当覆冰时，导线或地线的体形系数μ_SC应取1.1；当无冰且线径小于17mm时，导线或地线的体形系数μ_SC应取1.1；当无冰且线径大于或等于17mm时，导线或地线的体形系数μ_SC应取1.0；

d — — 导线或地线的外径或覆冰时的计算外径；分裂导线取所有子导线外径的总和mm；（覆冰时，可以将导线外径也可以用d+2b,此时d表示导线的的外径，b表示覆冰的厚度）， 一定要注意单位是mm，不是m 。

W₀— — 基准风压标准值,kN/m ² ；

V₀ — — 基准高度为10m的风速,m/s；

γ_C— — 导线或地线风荷载折减系数，按下标取值；

表　导地线风荷载折减系数γ_C（一般输电线路）

表　导地线风荷载折减系数γ_C（大跨越）

注：表中，“计算风压用”指该行系数应用于计算导地线风偏时的导地线风压；“计算张力用”指该行系数应用于计算导地线风偏时的导地线张力；但在计算控制工况时，选取的各工况 γ _C 不采用两表中的取值，而是与计算杆塔荷载时相同，统一取 0.9。

g ——峰值因子，取3.6；

I₁₀——10m高度名义湍流强度，对应A、B、C和D类地面粗糙度可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；

Z——导、地线平均高度，m；

α ——地面粗糙度指数，对应A、B、C、D类地貌分别取0.12、0.15、0.22和0.30；

ε_C——导线或地线风荷载脉动折减系数，取1.0，计算张力时取0；

δ_L——档距相关性积分因子，对导线或地线应按公式计算，计算跳线时可取1.0；

L_p——杆塔的水平档距，m；

L_x——水平向相关函数的积分长度,可取50m；

B₁—— 导地线覆冰风风荷载增大系数，对于按有冰设计的各类情况，5mm冰区时取 1.1，10mm冰区时取 1.2，对无冰情况取1.0；计算张力时取1.0；

e——自然常数，可取2.71828。

绝缘子串风偏设计风荷载计算

根据《架空输电线路电气设计规程》（报批稿）第 9.4.1 条，得出绝缘子串风荷载（风压）的计算公式如下：

式中：

W_J— — 绝缘子串风荷载（风压）,N；

n_J— — 垂直风荷载绝缘子联数；

λ_J— — 顺风向绝缘子风荷载屏蔽折减系数，顺风向绝缘子联数为单联时取 1.0，双联时取 1.5，三联时取 2.0，四联时取3.0，对 V 型串取 2.0；

μ_SJ—— 绝缘子串体型系数，可取 1.0，当有可靠试验数据时也可按试验结果确定；

B₃—— 绝缘子串覆冰风荷载增大系数，对于按有冰设计的各类情况，5mm 冰区取 1.1，10mm 冰区取 1.2，对无冰情况取 1.0；

A_J— — 单联绝缘子串承受风压面积计算值（m ² ）；

W₀— — 基准风压标准值,kN/m²；

V₀ — — 基准高度为10m的风速,m/s。

表 I型悬垂绝缘子串和耐张串的 n_J与 λ_J取值

风偏计算程序

架空导线的风偏计算人工计算相对麻烦，可以通过VB编制小程序进行相关计算，小编编制的计算程序界面如下图所示（界面中参数为测试数据）。可以供大家编制表格是参考。

相关推荐：

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范

输电线路导线

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全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳

土木小唐沙发

好文！内容不错！

2023-03-29 16:45:29
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