风荷载作用下配电线路易损性分析

汪世健 张子灵 国网江苏省电力有限公司句容市供电分公司

配电塔－线体系建造中通常采用的建筑材料有钢材和混凝土等，钢材虽然不具备混凝土的复杂成分，但是在钢材生产加工的过程会对构件本身造成不确定的缺陷如杂渣和裂隙等，这使得实际工程中钢材的材料特性取值并不是唯一确定的值，而是在其规范标准值左右一定范围内浮动。配电塔－线体系的稳定安全运行对社会发展的重要性显而易见，所以在其发生严重破坏致倒塌现象时将产生巨大损失与危害。因此有必要在充分考虑材料主要参数的可变性的条件下对配电塔－线体系进行倒塌分析。

一、台风对10kV配网线路的影响

我国南部的沿海区域多属于热带气旋多发的气候性区域，在进行10kV配电线路的安装时，就需要达到更高的区域性质量标准。如在广东省内恩平市的横陂镇，有着21km长的海岸线，具有典型的亚热带季风气候特性，台风发生的概率极高，常年经受多次台风的袭击，每次都会造成大量的电力线路跳闸等事故，使人们正常的生活和工作秩序都被打乱，限制了当地的经济和产业发展。对配电线路的故障进行深入分析后还能够发现，除了受到台风的破坏性影响之外，与配电架空线路的抗风能力不足也有着很大的相关性。在台风的影响下，配电线路经常会发生跳闸、断线、倒杆等现象。部分配电线路在设计或安装过程中，就存在一定程度的质量问题，导致电杆的设计风速无法达到实际的风速要求，再加上其他施工期间的质量问题，强降雨后还会产生泥石流等灾害。线路跳闸通常是由于配电线路的设计风速不达标所引起的，强大的风力使导线的位置产生了偏移，导线之间将会产生影响形成放电现象，以及没有将导线附近的树障进行彻底的清理，使树障成为导线偏移的影响因素。断线通常是由于没有掌控合理的导线距离所引起的，当部分电线的风速影响过强，就会导致断线的发生。台风对配电线路的电网和电网电压等级之间的影响都较大，通过大量的跳闸事故数据的分析能够发现，10~220kV的线路跳闸频率较高，而10kV的配电线路最多。导致这种情况发生的主要原因就在于10kV配电线路的防风措施严重不足，其次是泥石流的产生导致电杆基础被破坏，以及树枝或广告牌等物体使电线被偏移或压断等。如果电杆设置在水田区域，还需要对电杆进行更加严格的加固措施，否则电杆长期在水田中浸泡，地基会逐渐松软，导致倒杆的发生。

二、关于多大风地区10kV配电线路的风灾成因分析

导致常年多大风地区10kV配电线路易形成风灾，其成因既有来自自然方面的，也有来自人为方面的。具体来看，主要有以下这些方面：第一，大风自身风力大于配电线路的风载荷标准；大风特有的载荷特点，这是形成架空线路风灾的一个主要原因，由于大风在运行过程中常产生瞬时风速大于线路杆塔最大防风设计标准，致使配电线路杆塔无法抗拒此风力，而引起10kV配电线路出现跳闸、线路断线等故障；此外，大风来临之前常会出现某些极端恶劣天气，这也是造成10kV配电线路易受风力影响的一个因素。第二，某些配电线路设计标准不高或电力设施出现老化，难以抵抗较大风力的影响；特别是碰到风力较大的大风天气，那些设计标准较低、运行年限较长的配电线路，因防风能力低，自然就更易形成风灾；此外，在我国东部沿海地区，所处环境因常年盐密值较大，致使配电线路的金属部件易受氧化腐蚀而加快老化，若未能及时予以更换防护，一遇大风天气，就极易产生线路故障。第三，杆塔自身质量较低；杆塔是架空导线的重要支撑载体，在配电线路建设中的需求量极大，这些杆塔来自不同厂家，这些厂家杆塔生产技术及所生产杆塔质量无法做到统一管控，致使部分新入网杆塔可能存在制造质量问题，再加上施工过程中，若未能按标准进行施工，也极易出现杆塔施工质量不良，所有这些问题的存在，都会大大削弱10kV配电线路的防风抗风能力。第四，防风运行维护工作做得不好；在大风预警后和大风来临前，未能有效完成特巡特护，以至大风来临后对配电线路带来较大危害。

三、风荷载作用下配电线电塔对边坡稳定性影响

配电线电塔在自然状况下，主要受到风荷载和缆线拉力的影响，对边坡破坏方式的主要影响是通过配电线电塔的桩基将自重、风荷载和缆线拉力传递到土体中，再将力转化为影响边坡破坏方式的滑动力矩或抗滑力矩，并进一步根据应力状况影响土体性质，进而对边坡的稳定性产生影响。由于力是通过配电线电塔桩基传递到土体中的，配电线所受的缆线拉力，风荷载及自身自重可以用桩基所受的水平向分力和竖向分力来代替。与不考虑风荷载的情况相对比，风荷载作用下桩基受力在桩底所产生的塑性区范围与形状不同。

四、配网线路的防风措施

（一）采用套筒式的混凝土基础设计

由于套筒式的混凝土基础不需要支模板，施工难度比普通的电杆基础低，能够提升施工效率，而且对于地质条件相对较差的区域，套筒式的混凝土基础开挖面积相对较小，可以进一步减小施工影响。从套筒式混凝土基础的施工技术来说，内套筒中预留了立杆使用的孔洞，所以在立杆时可以把水泥杆放到内套筒里，然后再注入中砂填充空隙，内套筒最顶面仅50mm左右的地方是用混凝土的砂浆密封的。在更换电杆时，可以只把表层的砂浆凿开，就可以进行后期的维护操作。

（二）安装防风拉线

在直线杆中安装防风拉线是提高架空电力线路防风能力的主要措施，对于具备安装防风拉线的直线杆来说，在对其进行防风加固时，应该首先选择安装防风拉线的方式进行加固处理。直线杆需要满足《10kV直线杆防风拉线配置表》中电杆强度、埋藏深度、安装角度以及拉线型号等方面的要求。首先，应该使用镀锌钢绞线作为拉线，确保拉线的截面≥50mm2，且电杆与拉线之间的夹角应在45°，最低不可以低于30°。其次，对于横穿道路或者跨越的拉线来说，应确保其对路面中心的垂直距离＞6m，且拉线棒的直径应≥16mm。最后，应该根据《附件1：10kV直线杆防风拉线配置表》中的要求选择防风拉线的接盘，并将楔形线夹安装到横担装置最下方的抱箍中。

（三）采用微地形气象条件的工程设计

针对各类微地形区域，需要结合地区的自身气象条件特点来制定不同的技术方案。比如在容易受到台风、大风等气象灾害袭击的地区，在线路设计阶段就应该考虑风口地形的影响。在气流的抬升隘口和大陆的沿海风口，风速一般为10m/s，而在背风侧的标准则达到35m/s，所以在设计线路时，需要考虑在档距大的区域增加电杆数目以缩小档距，同时还可以通过增加横杆的长度、增加导线之间的距离、延长防风的拉线等操作来降低微地形地区气象条件带来的不利影响。

（四）使用加强版的绝缘子

使用加强版的绝缘子对预防断线、倒杆故障具有重要作用，一旦瓷横担位置剪切螺栓被剪断，可能导致该装置整体出现旋转或倾斜，威胁线路、周边设施及居民的安全。因此，技术人员应选择加强版的绝缘子，并有效利用其孔洞，保障固定螺栓和剪切螺栓分开安装，且安装在不同孔洞内，有效降低导线拉力对电杆的影响，此法对提高电杆的可靠性与安全性具有重要作用。

（五）使用高强度的水泥电杆

如果10kV架空电力线路的直线档距离长度以及耐张段均符合综合加固标准，则应以耐张段作为基础单位，充分地考虑现场的实际情况，对每一个基础直线杆安装防风拉线，在不具备防风拉线时，则须通过使用高强度电杆配置的方式，确保电杆的埋藏深度、强度等基础配置能够满足《各种风速条件下10kV直线电杆强度与基础配置表》中的要求。

（六）使用埋藏深度浅、底板大的铁塔基础

铁塔基础是防风加固的关键设施，特别是针对地质较为松软的地区，埋藏深度不宜过深，同时还应具有大底板的铁塔基础设施，可提高10kV电力线路的抗性能力，增大防风指数，避免倒杆现象的出现。针对湿地、沙滩、淤泥等地区，同样十分适用这种设计，其具有强大的基础承载能力，对提升电杆的稳定性起到了关键作用。

（七）采用配网的电力线路纳入电力远动系统设计

将配网的电力线路纳入电力远动系统中，可以实现对所有故障点的远程监控，进而从根本上解决可能出现的故障问题。此外，还可以协助有关部门对电力线路运行情况的实时掌控，提高电力管理的效率，避免盲管现象，增强供电的可靠性。当大风天气出现时，电力线路可能会出现故障，电力远动系统能够准确、迅速地排查故障出现的位置，从而在最短的时间内开展有针对性的维修处理，进而缩短停电的时间，增加供电的可靠性。

五、结束语

（1）在选定的源自配电塔体构件的不确定性参数中，令结构的倒塌临界风速变化最敏感的参数是材料的屈服强度，其余不确定参数按敏感程度大小排序依次是钢管半径、钢管厚度、弹性模量和泊松比。（2）LHS方法面对复杂结构同样具备适用性，不仅减少样本数量节约分析时间，而且分层抽样出的参数样本在概率上依然服从原本的分布类型，所以LHS方法可以在提高效率的同时保证分析的准确性。（3）对考虑了结构参数不确定性而生成的模型进行风致倒塌计算时，其易损性明显低于确定性模型的计算结果。因为进行LHS抽样时钢材的屈服强度样本多大于标准值，这使得不确定模型的结构抗倒塌能力增强，降低了结构易损性。