重冰区同塔双回路输电线路设计方法技术

本发明专利技术公开了一种重冰区输电线路设计方法，解决现有技术中在重冰区不能采用同塔双回路设计的技术问题。其包括：利用有限元分析软件建立塔线耦合模型；验证塔线耦合模型的正确性；利用塔线耦合模型模拟不同脱冰工况下导线脱冰跳跃动态过程，总结出脱冰过程中重冰区输电线路脱冰动力响应规律；确定重冰区同塔双回路线路路径选择原则；确定重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合原则；重冰区同塔双回路杆塔荷载计算方法。采用本发明专利技术的重冰区同塔双回路输电线路设计方法设计输电线路，可以为重冰区节约大量的路径走廊，减少工程建设占地，减少林木砍伐量、减小输电线路对生态环境的影响。

【技术实现步骤摘要】
重冰区同塔双回路输电线路设计方法
本专利技术涉及输电线路设计领域，尤其涉及一种重冰区输电线路设计方法。
技术介绍
我国西南地区为水电资源富集地，是重要的清洁能源基地，受地理条件限制，大批梯级水电站主要集中在第一和第二阶梯交界地带，电站直接或间接采用500kV电力线路翻越崇山峻岭后送至交流特高压变电站或直流特高压换流站。这些500kV电力线路所经区域的特点主要表现在：第一，海拔高，覆冰重，交通差，地形地质条件复杂，冰雪灾害频发，受外部环境限制，线路按重冰条件设计的情况很普遍；第二，绝大多数地区属于少数民族地区，且自然保护区和风景名胜区多，人文社会环境复杂。随着水电输出线路的增多，往往在同一电力输送通道内需架设多回线路，线路走廊资源日渐稀缺，以至于传统上采用单回路架设的高海拔、重覆冰线路也有了采用同塔双回路架设的要求。重冰区输电线路融冰脱落时往往会引起导线的上下振动，这一现象称为冰跳。由于无法准确把握不同工况下导线脱冰动力响应规律，从而缺乏重冰区同塔双回线路设计的方法，因而在重冰区采用同塔双回路架设方式在国内外尚无先例。近年来，国内外学者通过模拟试验和数值分析等方法对导线脱冰动力响应进行了大量研究，但其研究模型均采用忽略导线抗弯和抗扭刚度的3自由度杆系简化模型，且多数未考虑杆塔约束的影响，其研究方法和思路虽然为系统地把握导线脱冰动力响应规律进行了有益的探索，但由于其研究结论多数只给出了部分定性的结论，对于工程应用还有一定距离。目前，我国输电铁塔设计中主要遵循的规程规范为GB50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》和DL/T5440-2009《重覆冰架空输电线路设计技术规程》。其中，《110kV～750kV架空输电线路设计规范》提出对输电线路设计工作的基本原则，《重覆冰架空输电线路设计技术规程》则适用于同塔单回路重冰区架空输电线路设计和同塔单、双回路中冰区架空输电线路设计。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种重冰区同塔双回路输电线路设计方法，解决现有技术中在重冰区不能采用同塔双回路设计的技术问题。《重覆冰架空输电线路设计技术规程》的附录A--规程的用词说明部分明确记载：A.0.1为便于在执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1、表示很严格，非这样做不可得用词：正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”。2、表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”。3、表示允许稍有选择，在条件许可时首先应该这样做的用词：正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”。4、表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词：采用“可”。因此，本专利技术中的用词也遵循上述《重覆冰架空输电线路设计技术规程》的附录A--规程的用词说明。本专利技术解决其技术问题所采用的重冰区同塔双回路输电线路设计方法，包括：A.利用有限元分析软件建立包括铁塔、导地线、绝缘子串、间隔棒、覆冰荷载、脱冰荷载、风荷载和同时气温在内的多档精细化塔线耦合模型；B.利用步骤A建立的塔线耦合模型，得到导地线在覆冰荷载、脱冰荷载、风荷载和同时气温组合工况作用下的静力平衡状态，与理论计算值进行对比，验证塔线耦合模型的正确性；C.确定塔线耦合模型正确后，利用步骤A建立的塔线耦合模型，分别模拟不同脱冰工况下导线脱冰跳跃动态过程，总结出脱冰过程中重冰区输电线路脱冰动力响应规律：C1.冰跳高度和横摆距离规律：(1)导线的冰跳高度正比于覆冰厚度、连续档数、档距和脱冰率，反比于导线截面积；(2)导线脱冰时的横摆距离正比于覆冰厚度、连续档数、风速、水平档距和脱冰率，反比于导线截面积，且采用V型绝缘子串比采用I型绝缘子串的横摆距离大；C2.杆塔动力荷载变化规律：(1)脱冰过程中连续档内直线塔和耐张塔沿线路方向的荷载均小于按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》计算得出的静力标准荷载，且其不平衡张力随档距差增大而增大；(2)脱冰过程中直线塔和耐张塔水平方向和垂直方向的荷载均大于按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》计算得出的静力标准荷载；(3)对于两侧均为非连续档的耐张塔，其不平衡张力按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中最大使用张力的百分数计算得出静力标准荷载后，再按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中规定的相应脱冰率进行验算，从计算得出的静力标准荷载与验算值中取大值；D.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路线路路径选择原则，包括：(1)重冰区线路连续档数不宜超过5档，耐张段长度不宜超过3km；(2)重冰区线路连续档档距不宜超过500m，对代表档距小于200m的耐张塔按照《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中规定的覆冰率进行不均匀冰张力差校验；(3)重冰区与轻冰区分界时，重冰区向轻冰区延伸1至3档，或采用中冰区进行过渡；E.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合原则：重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合应不低于轻、中冰区同塔双回路杆塔的荷载组合，同时杆塔荷载取值应不低于《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中对同塔单回路的规定；F.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路杆塔荷载计算方法：计算线路正常运行情况下、覆冰断线情况下、不均匀覆冰情况下的杆塔荷载，其中，荷载组合工况包括：(1)正常运行情况：a.基本风速、无冰、未断线，其中，包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合；b.最大覆冰、相应风速及气温、未断线；c.终端或转角杆塔：最低气温、无冰、无风、未断线；(2)覆冰断线情况：按断线、-5℃覆冰同时气温、有冰、无风荷载计算：a.悬垂杆塔：同一档内，单导线断任意两相导线或分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力；同一档内，断一根地线，单导线断任意一相导线或分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力；b.耐张杆塔：同一档内，断任意两相导线、地线未断；同一档内，断任意一根地线和任意一相导线；(3)不均匀覆冰情况：按未断线、-5℃覆冰同时气温、有不均匀冰、同时风速10m/s计算：a.所有导、地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩；b.所有导、地线同时不同向有不平衡张力，使杆塔承受最大扭矩。进一步的，还包括重冰区同塔双回路塔型选择方法：重冰区同塔双回路塔型采用垂直排列型式。进一步的，还包括重冰区同塔双回路塔头选择方法：垂直排列直线塔的塔头采用VIV型布置。进一步的，还包括垂直排列的重冰区同塔双回路塔头尺寸设计方法：塔头尺寸由间隙圆、相邻两层线间最小水平偏移距离L、相邻两层线间最小垂直距离H和防雷保护角共同控制。进一步的，相邻两层线间最小垂直距离H≥上层线均匀冰静态弧垂-下层线不均匀冰静态弧垂+操作过电压间隙值；相邻两层线间最小水平偏移距离L≥工频电压间隙值+组合导线半径r+导线脱冰跳跃过程中最大横摆距离。进一步的，所述下层线不均匀冰静态弧垂：在110kV～220kV重冰区输电线路中按照中间档脱冰率≥设计冰重的60％，其余档导线不脱冰状态计算；在330kV及以上重冰区输电线路中按照中间档脱冰率≥设计冰重的80％，其余档导线不脱冰状态计算；所述上层线均匀冰静态弧垂：所述上层线为导线时按照设计冰重的80％覆冰状态计算；所述上层线为本文档来自技高网...

【技术保护点】
重冰区同塔双回路输电线路设计方法，其特征在于,包括：A.利用有限元分析软件建立包括铁塔、导地线、绝缘子串、间隔棒、覆冰荷载、脱冰荷载、风荷载和同时气温在内的多档精细化塔线耦合模型；B.利用步骤A建立的塔线耦合模型，得到导地线在覆冰荷载、脱冰荷载、风荷载和同时气温组合工况作用下的静力平衡状态，与理论计算值进行对比，验证塔线耦合模型的正确性；C.确定塔线耦合模型正确后，利用步骤A建立的塔线耦合模型，分别模拟不同脱冰工况下导线脱冰跳跃动态过程，总结出脱冰过程中重冰区输电线路脱冰动力响应规律：C1.冰跳高度和横摆距离规律：(1)导线的冰跳高度正比于覆冰厚度、连续档数、档距和脱冰率，反比于导线截面积；(2)导线脱冰时的横摆距离正比于覆冰厚度、连续档数、风速、水平档距和脱冰率，反比于导线截面积，且采用V型绝缘子串比采用I型绝缘子串的横摆距离大；C2.杆塔动力荷载变化规律：(1)脱冰过程中连续档内直线塔和耐张塔沿线路方向的荷载均小于按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》计算得出的静力标准荷载，且其不平衡张力随档距差增大而增大；(2)脱冰过程中直线塔和耐张塔水平方向和垂直方向的荷载均大于按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》计算得出的静力标准荷载；(3)对于两侧均为非连续档的耐张塔，其不平衡张力按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中最大使用张力的百分数计算得出静力标准荷载后，再按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中规定的相应脱冰率进行验算，从计算得出的静力标准荷载与验算值中取大值；D.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路线路路径选择原则，包括：(1)重冰区线路连续档数不宜超过5档，耐张段长度不宜超过3km；(2)重冰区线路连续档档距不宜超过500m，对代表档距小于200m的耐张塔按照《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中规定的覆冰率进行不均匀冰张力差校验；(3)重冰区与轻冰区分界时，重冰区向轻冰区延伸1至3档，或采用中冰区进行过渡；E.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合原则：重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合应不低于轻、中冰区同塔双回路杆塔的荷载组合，同时杆塔荷载取值应不低于《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中对同塔单回路的规定；F.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路杆塔荷载计算方法：计算线路正常运行情况下、覆冰断线情况下、不均匀覆冰情况下的杆塔荷载，其中，荷载组合工况包括：(1)正常运行情况：a.基本风速、无冰、未断线，其中，包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合；b.最大覆冰、相应风速及气温、未断线；c.终端或转角杆塔：最低气温、无冰、无风、未断线；(2)覆冰断线情况：按断线、‑5℃覆冰同时气温、有冰、无风荷载计算：a.悬垂杆塔：同一档内，单导线断任意两相导线或分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力；同一档内，断一根地线，单导线断任意一相导线或分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力；b.耐张杆塔：同一档内，断任意两相导线、地线未断；同一档内，断任意一根地线和任意一相导线；(3)不均匀覆冰情况：按未断线、‑5℃覆冰同时气温、有不均匀冰、同时风速10m/s计算：a.所有导、地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩；b.所有导、地线同时不同向有不平衡张力，使杆塔承受最大扭矩。...

【技术特征摘要】
1.重冰区同塔双回路输电线路设计方法，其特征在于,包括：A.利用有限元分析软件建立包括铁塔、导地线、绝缘子串、间隔棒、覆冰荷载、脱冰荷载、风荷载和同时气温在内的多档精细化塔线耦合模型；B.利用步骤A建立的塔线耦合模型，得到导地线在覆冰荷载、脱冰荷载、风荷载和同时气温组合工况作用下的静力平衡状态，与理论计算值进行对比，验证塔线耦合模型的正确性；C.确定塔线耦合模型正确后，利用步骤A建立的塔线耦合模型，分别模拟不同脱冰工况下导线脱冰跳跃动态过程，总结出脱冰过程中重冰区输电线路脱冰动力响应规律：C1.冰跳高度和横摆距离规律：(1)导线的冰跳高度正比于覆冰厚度、连续档数、档距和脱冰率，反比于导线截面积；(2)导线脱冰时的横摆距离正比于覆冰厚度、连续档数、风速、水平档距和脱冰率，反比于导线截面积，且采用V型绝缘子串比采用I型绝缘子串的横摆距离大；C2.杆塔动力荷载变化规律：(1)脱冰过程中连续档内直线塔和耐张塔沿线路方向的荷载均小于按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》计算得出的静力标准荷载，且其不平衡张力随档距差增大而增大；(2)脱冰过程中直线塔和耐张塔水平方向和垂直方向的荷载均大于按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》计算得出的静力标准荷载；(3)对于两侧均为非连续档的耐张塔，其不平衡张力按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中最大使用张力的百分数计算得出静力标准荷载后，再按《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中规定的相应脱冰率进行验算，从计算得出的静力标准荷载与验算值中取大值；D.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路线路路径选择原则，包括：(1)重冰区线路连续档数不宜超过5档，耐张段长度不宜超过3km；(2)重冰区线路连续档档距不宜超过500m，对代表档距小于200m的耐张塔按照《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中规定的覆冰率进行不均匀冰张力差校验；(3)重冰区与轻冰区分界时，重冰区向轻冰区延伸1至3档，或采用中冰区进行过渡；E.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合原则：重冰区同塔双回路杆塔的荷载组合应不低于轻、中冰区同塔双回路杆塔的荷载组合，同时杆塔荷载取值应不低于《重覆冰架空输电线路设计技术规程》中对同塔单回路的规定；F.在步骤C总结的重冰区输电线路脱冰动力响应规律基础上，确定重冰区同塔双回路杆塔荷载计算方法：计算线路正常运行情况下、覆冰断线情况下、不均匀覆冰情况下的杆塔荷载，其中，荷载组合工况包括：(1)正常运行情况：a.基本风速、无冰、未断线，其中，包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合；b.最大覆冰、相应风速及气温、未断线；c.终端或转角杆塔：最低气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张驰，张海平，王江涛，赵庆斌，任德顺，贾素红，敬捷，周亮，
申请(专利权)人：四川电力设计咨询有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51