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關(guān)于架空輸電線路導(dǎo)線最大應(yīng)力取值的探討

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  摘要:本文以徐家莊~侯橋330kV送電線路工程為列,根據(jù)該工程的特點(diǎn),對(duì)2XLGJ-630/45導(dǎo)線取不同的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力方案比較,從線路的造價(jià)等方面進(jìn)行分析。通過(guò)分析,比較導(dǎo)線取不同的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力方案對(duì)工程造價(jià)的影響。
  關(guān)鍵詞:導(dǎo)線,輸電線路,應(yīng)力
  隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,國(guó)家在電力建設(shè)上的投資日益增大。本著少花錢多辦事的原則,電力設(shè)計(jì)人員應(yīng)在滿足技術(shù)要求的前提下,盡量降低工程造價(jià)。輸電線路導(dǎo)線張力與單位長(zhǎng)度自重的比值越大,其輸電線路造價(jià)越低。雖然導(dǎo)線張力的增加會(huì)使耐張塔造價(jià)提高,然而耐張塔只戰(zhàn)整個(gè)線路桿塔的少部分。因此在輸電線路導(dǎo)線允許的前提下,應(yīng)盡可能的提高輸電線路的允許張力。
  目前由于個(gè)電力設(shè)計(jì)單位對(duì)國(guó)標(biāo)導(dǎo)線《鋁絞線及鋼芯鋁絞線》〉(GB1179-83)(以下稱《國(guó)標(biāo)》附錄A3說(shuō)明理解不同,造成各電力設(shè)計(jì)單位在輸電線路設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)導(dǎo)線的拉斷力取值不同,而國(guó)內(nèi)許多電力設(shè)計(jì)單位使用的《送電線路主要機(jī)電施工圖設(shè)計(jì)計(jì)算與制圖軟件包》)所附帶的導(dǎo)線數(shù)據(jù)文件中,其拉斷力全部取《國(guó)標(biāo)》表4計(jì)算拉斷力的95%,所以,用其程序的,同樣適用了數(shù)據(jù)。就是否該使用此數(shù)據(jù),目前尚有不同意見(jiàn)。認(rèn)為有必要將此問(wèn)題再次提初,望能引起有關(guān)人員的重視。
  1.導(dǎo)線拉斷力
  導(dǎo)線拉斷力是線路設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要參數(shù)。導(dǎo)線拉斷力和安全系數(shù)決定導(dǎo)線最大使用盈利,最大使用應(yīng)力和年平均運(yùn)行應(yīng)力決定了導(dǎo)線特性曲線的控制值。對(duì)同一導(dǎo)線,如果提高導(dǎo)線的拉斷力,則特性曲線控制值提高,高溫時(shí)的應(yīng)力也相應(yīng)提高,此時(shí)排位K值變小,線路設(shè)計(jì)時(shí),或桿塔數(shù)量減少、或桿塔高度降低、或減少所開的土石方量,線路造價(jià)也就相應(yīng)降低。如果取值過(guò)大,則會(huì)給輸電線路的安全運(yùn)行造成隱患。其結(jié)果,要么導(dǎo)線因強(qiáng)度的原因斷裂,要么因微風(fēng)振動(dòng)造成導(dǎo)線損壞。
  《國(guó)標(biāo)》表4中所列的拉斷力是通過(guò)計(jì)算的道德,稱為計(jì)算拉斷力。對(duì)《國(guó)標(biāo)》導(dǎo)線計(jì)算拉斷力是否能真正反映導(dǎo)線的實(shí)際拉斷力產(chǎn)生懷疑的原因是源于《國(guó)標(biāo)》附錄A3的說(shuō)明,即“……本標(biāo)準(zhǔn)部要求對(duì)成品絞線進(jìn)行拉斷力試驗(yàn)。……絞線拉斷試驗(yàn)的試件長(zhǎng)度不應(yīng)小于5m。……試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)不小于上述計(jì)算值的95%。”持應(yīng)取導(dǎo)線拉斷力為計(jì)算拉斷力95%進(jìn)行社記者認(rèn)為,拉斷力應(yīng)該以實(shí)測(cè)的結(jié)果為準(zhǔn),而實(shí)測(cè)的結(jié)果只保證計(jì)算拉斷力的95%,因此應(yīng)以此值作為導(dǎo)線允許拉斷力進(jìn)行線路設(shè)計(jì),持另一種觀點(diǎn)著認(rèn)為,附錄A3的說(shuō)明僅說(shuō)明試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),由于試樣短以及夾具等因素產(chǎn)生了強(qiáng)度損失,若試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到計(jì)算值的95%,則表4的計(jì)算拉斷力就是合格的,因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)以導(dǎo)線的計(jì)算拉斷力進(jìn)行設(shè)計(jì)。
  我認(rèn)為應(yīng)以《國(guó)標(biāo)》表4的計(jì)算拉斷力進(jìn)行設(shè)計(jì)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)塑性材料進(jìn)行拉斷力試驗(yàn)時(shí),將試件的有效長(zhǎng)度規(guī)定在離夾具一定的長(zhǎng)度外。之所以如此,是由于夾具處因應(yīng)力集中產(chǎn)生了大于實(shí)際破壞的應(yīng)力,當(dāng)試件過(guò)短時(shí),應(yīng)力集中的問(wèn)題更顯突出,因此,實(shí)測(cè)的結(jié)果要小于材料的應(yīng)有拉斷力。由此類推,鋼芯鋁絞線的試驗(yàn)同樣因夾具及長(zhǎng)度的原因使實(shí)測(cè)的結(jié)果小于其應(yīng)有值。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC1089第6.4.3條嚴(yán)格規(guī)定試件的長(zhǎng)度應(yīng)至少為導(dǎo)線直徑的400倍,且不得小于10m。第6.5.3條導(dǎo)線拉力試驗(yàn)條文中,也認(rèn)為其結(jié)果只要不小于計(jì)算額定抗拉強(qiáng)度的95%時(shí),導(dǎo)線是合格的,即計(jì)算拉斷力是能夠反映導(dǎo)線實(shí)際拉斷力的,并強(qiáng)調(diào)當(dāng)導(dǎo)線斷裂發(fā)生的離端部夾頭1cm以內(nèi),抗拉強(qiáng)度小于規(guī)定值時(shí),重新試驗(yàn)。在國(guó)標(biāo)《架空電力線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》條文說(shuō)明(GBJ233-90)第7.1.5條中,對(duì)上述觀點(diǎn)也加以闡述。因此,我認(rèn)為目前按95%計(jì)算拉斷力進(jìn)行設(shè)計(jì)造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。
  也有觀點(diǎn)認(rèn)為之所以按95%進(jìn)行設(shè)計(jì),是因?yàn)閷?dǎo)線上有耐張管、補(bǔ)修管、接續(xù)管……,或施工時(shí)導(dǎo)線磨損使導(dǎo)線的強(qiáng)度損失了5%,所以,在設(shè)計(jì)時(shí)加以補(bǔ)償。但我認(rèn)為上述強(qiáng)度損失并不完全應(yīng)由設(shè)計(jì)人員加以考慮。這里有個(gè)保證計(jì)算拉斷力的概念。保證計(jì)算拉斷力是施工完成后整個(gè)線路所達(dá)到的拉斷力,保證計(jì)算拉斷力不僅與設(shè)計(jì)有關(guān),而且與施工工藝、連接方式等因素有關(guān)。施工完成后的線路實(shí)際總拉斷力是允許達(dá)不到計(jì)算拉斷力的。明確地說(shuō),如果運(yùn)行線路的實(shí)際拉斷力達(dá)到計(jì)算拉斷力的95%時(shí),說(shuō)明設(shè)計(jì)、施工達(dá)到了要求。這點(diǎn)在《設(shè)計(jì)手冊(cè)》及施工驗(yàn)收規(guī)范中可以看到。
  還有人對(duì)計(jì)算拉斷力計(jì)算方法是否準(zhǔn)確也產(chǎn)生懷疑。我認(rèn)為,計(jì)算拉斷力計(jì)算方法是否合理本身就通過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證的,如果承認(rèn)了因夾具及長(zhǎng)度的因素造成強(qiáng)度損失5%,則導(dǎo)線達(dá)到95%的計(jì)算拉斷力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,已經(jīng)驗(yàn)證了導(dǎo)線的計(jì)算拉斷力的準(zhǔn)確可靠性。
  無(wú)論持那種觀點(diǎn),其結(jié)果是圍繞著是否應(yīng)按《國(guó)標(biāo)》表4的計(jì)算拉斷力進(jìn)行線路設(shè)計(jì)。如果兩種取值最終結(jié)果無(wú)太大的經(jīng)濟(jì)差異,則沒(méi)有必要提出這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行商討。但從下面的經(jīng)濟(jì)比較來(lái)看,若以正常取值,其經(jīng)濟(jì)意義是可觀的。
  2.經(jīng)濟(jì)比較
  以徐家莊~侯橋330kV送電線路工程為例,進(jìn)行平斷面的排位比較。徐侯線全長(zhǎng)73.682km。農(nóng)田、荒地約占13.02%,丘陵約占23.83%,低~中山地約占21.48%,沿線地貌分布為:沙漠約占41.67%。線路經(jīng)過(guò)一個(gè)氣象區(qū),特性曲線分別為最低氣溫及平均氣溫控制(徐家莊~侯橋330kV送電線路工程已經(jīng)完成施工圖設(shè)計(jì),并建成投產(chǎn),其共用鐵塔209基,其中直線塔189基,耐張轉(zhuǎn)角塔20基)。
  本工程的主要?dú)庀髼l件見(jiàn)表1。
  

  如用以上K值進(jìn)行百公里平地理論排位(設(shè)塔高為30m,排位時(shí)對(duì)地7.5m,直線串長(zhǎng)4m,代表檔距450m),則由計(jì)算可得:以正常取值206基,以95%計(jì)算拉斷力取值需213基塔。因水平檔距只增加15m,所以直線塔受力幾乎不變;而耐張塔因張力只提高5%,其強(qiáng)度不需要增加太多,經(jīng)濟(jì)效益是比較明顯的。
  通過(guò)徐家莊~侯橋330kV送電線路工程平斷面上的排位(移動(dòng)耐張塔)結(jié)果,保守估計(jì)可結(jié)省本體造價(jià)1.5%~2.0%,如果將線路的施工、青苗賠償、土地占用、土石方開采等因素考慮進(jìn)去的話,整體造價(jià)也會(huì)降低約1.2%~1.7%。
  3.結(jié)束語(yǔ)
  根據(jù)多年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,導(dǎo)線很少因自身強(qiáng)度的原因發(fā)生斷裂,導(dǎo)線振動(dòng)破壞也不是線路事故的主要原因。因此,如果按《國(guó)標(biāo)》導(dǎo)線的計(jì)算拉斷力進(jìn)行線路設(shè)計(jì)在技術(shù)上是可行的,通過(guò)上面的經(jīng)濟(jì)比較,可看到將會(huì)給國(guó)家節(jié)省不少的投資。
  參考文獻(xiàn)
  [1]國(guó)家電力公司東北電力設(shè)計(jì)院編,電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè),中國(guó)電力出版社2002年。
  [2]國(guó)標(biāo)《鋁絞線與鋼芯絞線》(GB1197-83)。
  [3]國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《IEC1089》
  


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