直流特高压线路耐张串对导线弧垂影响的分析

罗 咏，黄 震，王新桥

（湖北省电力勘测设计院有限公司，武汉 430040）

国内超高压线路在计算张力弧垂时为简化模型、提高效率通常对线路中耐张串等集中荷载进行等效或不考虑其影响，因耐张串串重占比较小，因而可不考虑耐张串等集中荷载的影响。

特高压耐张串因为导线分裂数多、截面大、拉断力大，导线耐张绝缘子串重达10～20t，如此大的集中荷载会导致耐张串出口或耐-直档档中弧垂较设计值有明显增加。因此需对可能会有较大影响的孤立档和连续档中耐-直档开展研究，推导出合理的架线弧垂计算方法。

1 耐张串对弧垂影响的理论计算

耐张串对弧垂影响从原理上是非常复杂的，精确计算应考虑因悬垂串两侧导线水平应力不相等造成的悬垂串顺线位移对档距高差弧垂的影响而进行复杂的迭代计算，同时还应耐张串串重对绝缘子串顺线路偏移量的影响。在计算耐张串对弧垂影响时，不同计算方法的主要差异主要在绝缘子串水平及垂直投影长度的计算方法上，根据计算精度的不同，可以把绝缘子串看成多边形或近似为悬链线和直棒，计算其水平和垂直投影长度。

1.1 精确计算法

耐张绝缘子串通常是由一些不易弯曲的金具零件和绝缘子绞接组装而成。它受水平张力后，形成为弦多边形形状。精确计算时需要进行反复迭代计算，最终得到相对准确的水平投影长度及垂直投影长度。

1.2 悬链线计算法

悬链线计算法将绝缘子串近似视为沿串长均匀分布且处处绞接的悬链线。其计算出的绝缘子串水平投影长度比实际的要短一些，这是由于把弦多边形假定为悬链形的缘故。

1.3 直棒计算法

直棒计算法将绝缘子串看作为均布荷载的刚体直棒，直棒计算法计算的绝缘子串水平要比实际的长一些。

1.4 不同计算模型分析与比较

实际在工程计算时，上述三种方法在计算时误差并不显著。以±800kV酒湖线湖北段30mm重冰区用的六联550kN绝缘子串为例，每联绝缘子为58片钟罩型盘式绝缘子，单片绝缘子结构高度为240mm，重量为30kg，接地端金具长度为2.74m，重量为1015.8kg，带电端金具长度为2.51m，重量为1939kg。计算档代表档距384m，档距397m，耐张串挂点较相邻直线塔导线挂点低16.2m。计算年均温工况15℃时导线水平投影长度。精确计算法结果为18.805m，悬链线计算法结果为18.796m，直棒计算法计算结果为18.876m。三种计算方法的结果差值在0.5%以内，均可用于工程计算。

2 计算模型简化

本工程计算模型在弧立档简支梁的基础上进行适当简化，假设导线水平张力不受耐张串的影响，采用简支梁弯矩及剪力表示的弧垂计算方法，耐张塔出口处弧垂计算公式如下：

3 连续档模型分析计算

以耐-直档代表档距500m为例，设计基准风速30m/s，设计覆冰30mm，导线采用6×JLHA4/G2A-1250/100钢芯中强度铝合金绞线，绝缘子串为六联550kN绝缘子串，每联绝缘子为58片，每片绝缘子单重为30.0kg，耐张绝缘子金具串总重为13900kg，长度为19.6m，按连续档计算弧垂。40℃时，经计算，当导线安全系数取3.5，年平均运行张力取25%时，500m档距连续档情况下直线塔较耐张塔挂点高程差值越大，最大弧垂差越大，弧垂差最大处位于耐张线夹出口处附近，耐张塔附近的导线弧垂影响显著，偏差量约5.0m；在弧垂最低点处增量也随高程差值增大而增大，影响在0.1m以内。根据以上分析可知，当耐张绝缘子金具串重量更大或在重覆冰时，耐张串出口处弧垂的影响更大。

4 孤立档模型分析计算

以耐-耐档代表档距500m为例，设计基准风速27m/s，设计覆冰20mm，导线采用6×JL1/G2A-1250/100钢芯铝绞线，绝缘子串为四联550kN绝缘子串，每联绝缘子为69片，每片绝缘子单重为30.0kg，耐张绝缘子金具串总重为10520kg，长度为22.6m，按孤立档计算弧垂。40℃时，经计算，当导线安全系数取3.5，年平均运行张力取25%时，档距为500m的耐-耐档，受耐张串重影响，按孤立档计算弧垂较按连续档计算弧垂大，耐张串出口处弧垂差值约1.86m，且挂点高差对弧垂差值影响较小。

5 理论计算与实测值对比

在理论计算的基础上，对±800kV酒湖线湖北段重冰区段导线弧垂进行了现场实测，选取了耐-直-耐、耐-耐两种情况进行了对比。

设计号5707-5709段为耐-直-耐档，代表档距479m，5707-5708档距265m，设计基准风速30m/s，设计覆冰30mm，耐张串每联绝缘子为58片，耐张串总重为13900kg，长度为19.6m，理论计算弧垂与现场实测弧垂对比如下。耐张线夹出口处理论计算弧垂较现场测量弧垂差值小5.20%，弧垂最低点处理论计算弧垂较现场测量弧垂差值低-3.23%。

5658-5659档为耐-耐档，档距966m，设计基准风速27m/s，设计覆冰20mm，耐张串每联绝缘子为69片，耐张绝缘子金具串总重为10520kg，长度为22.6m，理论计算弧垂与现场实测弧垂对比如下。耐张线夹出口处理论计算弧垂较现场测量弧垂差值大2.88%。从现场实测结果看，实测值与理论值误差均在0.5m以内，从工程的角度看，理论计算与现场实测弧垂基本吻合。

表1 连续档弧垂计算值与实测值比较

6 结束语

本文根据简支梁基本原理，对比了精确计算法、悬链线计算法和直棒计算法，三种方法计算出的耐张串水平投影长度差异较小，均能满足工程计算的需要。在此基础上，从理论上分别计算了连续档和孤立档中耐张串对弧垂的影响，并实测湖北境内的±800kV酒湖线连续档孤立档的导线弧垂，验证了理论计算的正确性。

表2 孤立档弧垂计算值与实测值比较