跳线计算程序计算原理及其验证doc

  输电线路跳线计算程序 计算原理及其验证 广西电力工业勘察设计研究院送电部 2010年11月 批准：黄文京 审核：何 民 编写：卢本初 程思勇 1、程序计算流程 跳线：跳线计算程序界面 其计算流程大致可分为两个阶段：1）数据准备阶段；2）计算阶段 ⅰ、数据准备阶段 数据准备主要包含： 工程气象区、导线及跳线参数、导线应力计算数据如安全系数等； 道亨杆塔位成果表2； 道亨杆塔为成果表2为需计算跳线工程的道亨排杆软件的塔位成果表， 该表可以从道亨软件中直接导出。 工程杆塔库、耐张串及跳线串库 工程杆塔库需根据杆塔的结构尺寸建立，目前塔库支持两种塔型：常规500kV干字形耐张塔及双回路耐张塔。杆塔库参数输入见下图1-2： 图1-2：杆塔库 杆塔库中各个数据的含义在“帮助”菜单中有明确的定义，以方便使用者输入。程序根据需计算耐张塔的型号，自动查找塔库中相应杆塔的参数。 串参数输入文件见图1-3所示： 图1-3：串库 串库包含耐张串库和跳线串库，串库中各参数的含义在EXCEL中有明确定义，方便输入。 线路基本信息参数输入 线路基本信息参数输入文件见图1-4所示： 图1-4：线路参数输入数据文件 线路参数输入数据文件主要包含：1）回路选择；2）各个塔型串型的配置；3）跳线）跳线）空气间隙及裕度的取值。 ⅱ、计算阶段 数据准备完成后便进入计算阶段，完成耐张塔跳线计算主要包含三个基本的计算模块：① 直跳计算模块；② 边相加跳线串模块；③ 绕跳计算模块。若是单回路耐张塔计算顺序为内角侧和外角侧首先用直跳模块计算直跳，若不满足则采用模块②；然后采用模块③计算中跳。确定跳线张力及档距后（直跳除外），便可检查各种空气间隙；如是双回路耐张塔，则先采用计算模块①，若不满足则采用模块②，计算完成后校核空气间隙（直跳除外）。顺便指出，由于跳线、计算原理 跳线计算程序首先需根据杆塔库中的信息建立杆塔模型及必要的数据准备（如耐张串下倾角及水平偏移角等），然后根据三个基本模块进行跳线的计算。现对其基本的原理予以介绍。 2.1、 杆塔模型建立 首先，建立杆塔塔身的正视图、侧视图及俯视图，并设置相应的坐标系，如图2-1所示： 图2-1：塔身三视图 根据杆塔在各个面上的投影，能确定各个面的投影方程。从而建立塔身模型，如图2-2所示： 图2-2：塔身空间模型 2.2、直引跳线、跳线最小弧垂计算 所谓跳线最小容许弧垂，是指跳线过分拉紧并产生风偏后对上面横担构件、耐张串接地部件间在各种间隙检验条件下所容许的最小弧垂，其值为自横担下沿至跳线中所示的。最小容许弧垂取各种检验条件的最小弧垂中的最大者，一般均为大气过电压情况控制，故以下仅以大气过电压情况计算最小容许弧垂。忽略耐张串水平风偏角，有转角时，假定风向垂直跳线档距与转角方向相反；无转角时风向垂直档距吹向塔身。对转角内外侧边线，均为正值。其计算用的有关方程可参看图2-3列出如下： 图2-3：最小容许弧垂示意图 (2-1) (2-2) 其中： (2-3) (2-4) (2-5) 其中：分别为前后侧耐张串的平均长度；分别为无风外过工况下前后侧耐张串下倾角；为前后侧耐张串水皮偏移角； 2.2.2、跳线最大弧垂计算 所谓跳线最大容许弧垂，是指跳线在各种过电压条件下对塔身满足间隙要求所能容许的弧垂中的最小值。求解如图2-4所示，近似用跳线中心线档距中央的弧垂向塔身风偏后，检查对塔身接地构件间的间隙。 图2-4：最大容许需弧垂示意图 设塔身主材在正面图中与水平线间的夹角为，横担长度为 H ，则各种情况下的跳线) 其中：分别为外过、内过、工频工况下前后侧耐张串下倾角；分别为外过、内过、工频工况下前后侧耐张串水平偏移角；分别为线路前后侧转角度数； 一定要注意转角：在上式中的正负值，当计算转角外侧边线时本身为正值；计算转角内侧边线、跳线施工弧垂确定 不加装跳串的跳线施工弧垂应大于最小容许弧垂并小于最大容许弧垂，这样才可以满足间隙要求，否则，跳线应加装跳线绝缘子串。考虑到设计、施工误差及气象条件变化对跳线弧垂的影响，以如下原则确定施工的平均弧垂： ( l ) 当＜+ 0.3(较低电压可选为0.2)( m)时，不再选施工弧垂，把计算转“边线加装跳串的线 ) 当(+ l)≥≥(+ 0.3)时，取； ( 3 ) + 1时，取 (较低电压可减为0.3 ) ( m)。 2.2.4、直引跳线程序计算流程 程序计算流程如下（其中fpo为实际弧垂）： 图2-5：直引跳线、边相加跳线、无风时边相加跳线串 当按上述方法发现不加装跳串难以满足间隙要求时，首先应考虑在横担端头悬挂一串跳线绝缘子串以减小跳线的风偏。加装跳串后，一般还要检查大气过电压时的间隙是不是满足。另外还要选定跳线适宜的张力，以保证耐张线夹尾端的机械强度并使跳串末端不出现上扬荷载。当跳串拉偏角过大难于保证跳线有足够的间隙时，还可考虑加装不同质量的重锤来限制跳串偏角。跳线施工后，可通过检查跳串拉偏角和跳串两侧的等效弧垂来判别是不是满足设计要求。 如图2-6所示，当跳线串向塔身侧拉偏时，其偏角为正值，一般取无风下的，在0°~10°范围；当跳线串向塔身以外拉偏时，其偏角为负值，一般取无风下的，在0°~10°范围，主要根据跳线每根最大张力不宜超过 150N 并满足间隙要求。 图2-6：边相加跳线串间隙示意图 跳线串一般均悬挂重锤，以减小拉偏角和防止跳线线夹上倦。跳线串偏离横担中心线的水平偏角。根据平衡条件写为： (2-10) 根据跳线串无风下的受力条件写出其拉偏角的方程为： (2-11) 其中： (2-12) (2-13) (2-14) (2-15) (2-16) (2-17) 其中：Gtv 、Gth 为跳线串自重力及大气过电压时的风荷重；从为跳线 平均长度，由横担侧悬挂点至各分裂线线夹的平均中心；Wv为跳线串下端附加的重锤重力荷载； E 为跳串悬挂点与耐张串悬挂点间在塔身正面投影的水平距离。当跳串悬挂点距塔身的横担长度比耐张串悬挂点的横担长度长时E为正值。 为保证跳串线夹不产生上扬应满足下式： (2-18) 为保证跳线弧垂不致过大尚应满足下式： (2-19) 其中：、为前后侧跳线中心点、无风下的等效小弧垂的最大的最大允许值。为不使弧垂过大对跳线 无风情况求解步骤 其求解步骤为，先设一初值，之后以半度分级将其代人式（2-12~2-19）中，求出相应的 、、 ，将它同一并代人式（2-11）中求出 T10 ，再将 T10、、代人式（2-10）中求出 T20 。将 T10、T20、、代人式（2-18、2-19）中，若能满足即为所求的及其相应的参数。若选不出的值，可增加重锤。 2.3.3、有风时边相加跳线串 跳线加装跳线串后，有风时的摆动范围很小，一般仅检查大气过电压情况下的间隙。由上述计算已知跳线，假定变至大气过电压有风情况时线长保持不变。但由于风荷载的影响，即使无风时=O ，变至有风时，其笋、等无风情况下的参数均会发生明显的变化，需重新假定大气过电压有风时的跳线串拉偏角、，按下面一些关系式试凑解出最终的、、、 、 等参数。 设风向均垂直于跳线悬挂点的连线并水平地吹向塔身。设对转角外边线向 侧偏斜为正值。对转角内侧边线，当为正值（偏向塔身）时，偏向侧为正值；当为负值（偏向塔身以外）时，偏向侧为正值。其方程为 (2-20) 又根据跳线串拉偏角的受力平衡列出拉偏角的方程为： (2-21) 式中： (2-22) (2-23) (2-24) (2-25) (2-26) (2-27) 根据有风与无风时跳线线长近似相等的原则，可列出线 无风情况求解步骤 求解有风参数的步骤为，假定不同的，其中均为正值，而的正负难以确定，可假定，即将跳线串的t点位置设定为多组平面上的网点去寻找其中闭合的一个t点。如将其中某组代人式(2-22 ~2-27)中求出、、。将其代人式(2-20 ~2-21)中，联立解出、。再将T、、代人式(2-28)中，若不闭合依次再换下一组假设的重复上述运算过程，直至满足式(2-28)的闭合条件，此时求得的、、、 、 等即为大气过电压有风情况下的跳线、中相绕引跳线] 所谓中线绕引跳线一般是指中导线耐张绝缘子串悬挂于塔身上，跳线绝缘子串悬挂于伸出塔身的横担端头，跳线自前侧耐张线夹尾端横向引出，借助两串跳串的支承从塔身旁狈（绕过，接到线路后侧耐张线：中相绕引跳线 跳线在无风情况下的参数确定 双串绕引跳线相当于连续转角的三个连续档，如图2-7所示。每一档的参数都与另两档的参数相关联，因此计算很复杂。为简化计算，在检查间隙时，仅以跳线中心线的平均参数代表各分裂跳线的参数。跳线无风下各档的参数是通过预先假定前侧跳串拉偏角、水平偏角以及中间档跳线与C横担轴平行求出的。 跳串在无风下之所以产生偏角、是由于两侧跳线张力引起的，根据跳串受力平衡关系可列出下式 (2-29) 根据与跳串偏移方向相垂直方向上合力为零的原则，可写出与 Tco间的关系为 (2-30) 又由以上两式可解出 (2-31) 式中 (2-32) (2-33) (2-34) (2-35) 其中： C 为跳线串悬挂点之间的距离； 为前侧跳线串无风时选定的拉偏角； 为前侧跳线串与坐标轴y间的水平偏移角初选值； 为前后跳线档无风时单根平均张力控制上限； D 为前后侧耐张串挂点之间的间距； E 为耐张绝缘子串悬挂点直跳线串挂点间的横档长度； F 为跳线串悬挂点高于耐张绝缘子串悬挂点的高差； 上式（2-31）中，若、一经选定，则、即可求出。通常是容易设定的，而与、的大小差值有关，不容易设定初选值。为简化计算，的初选值可设，由式（2-30）可知此时的=，如果满足式（2-30 、2-31）的要求，即为所求。若 Tco太小可增大设定值；若、均不满足规定的要求，可同时调整、的值。 设 档跳线在无风时与 C 横担轴线平行，即前后侧跳串横向偏移相同。由此可写出下面关系式 (2-36) 又根据后侧跳串(2 )受力后的平衡条件，可列出 (2-37) (2-38) 由以上各式可推出： (2-39) (2-40) (2-41) (2-42) (2-43) 求解步骤是先设代人式（2-36) ，解出相应的，再将一并代人式（2-40~2-43 ) 求出的相应假设值。再将以及 T10等参数代入式 (2-39）解出的值直至与假设的接近相等为止。将解出的及其相应T10代入式（2-38）解出T20（T20TM20），若T20TM20，应重新减小或增大返回再算，直至满足各控制条件，即为所求的 T10、Tco、T20 及相应的参数等。 2.4.2 跳线在有风情况下的参数确定 由于绕引跳线中间被跳线绝缘子串所牵制，受风后偏移范围较小，故一般仅检查大气过电压情况下的跳线间隙。检查部位一般是跳线侧带电部分到到耐张串接地部分、塔身及下横档吊杆突出构件间的间隙。 由于跳线是绕行的三个连续档，同样的风向对各档作用的风压及引起的跳线偏移并不相同，并且计算相当复杂。为简化计算，假定风向分别与各档相垂直。这样假定虽然不符合实际情况，但大体能够概括风偏较为严重的情况。假定有风时各档跳线的平均线长与无风时相同。为便于求解有风时的参数，更粗略地假定中间档距仍平行跳串横档C偏移。从跳串1的平衡条件，可列出方程为 (2-44) 又： (2-45) 由上式可解出T1 (2-46) (2-47) 根据有风时线长与无风时线长相同的假定，可写出如下近似为 (2-48) 式中 (2-49) 设的初试值为代入（2-46、2-47）中求出T1, 再将代入（2-49）中求出。将T1、代入（2-48）中，若不闭合，可另设，变动逐步寻找闭合条件下的、T1的求解值，并将其代入（2-44）求解出Tc。 又根据跳线的平衡条件可列出下列方程 (2-50) (2-51) 式中 (2-52) 根据有风时线长与无风时线长相同的假定，可写出如下近似为 (2-53) 式中 (2-54) 假定中间档与跳线横档C轴平行偏移，可列出下列关系式 (2-55) (2-56) 以上两式联立，可消除 (2-57) 中间档线) 又根据跳线水平偏角可列出其力的平衡方程式 (2-59) 求解、T2的步骤是，将式（2-56）求得的以及代入（2-57）求得，将、代入（2-55）求得，再将、代入（2-52）求得，将、、、、代入（2-59）求得T2。 2.5、小结 以上较为详细的介绍了跳线计算的基础原理及实现步骤，但程序实现时还有些具体的问题是需要注意。如计算直引跳线值过大，非常容易造成不收敛；计算边相加跳线串时，有风情况下可 在线路两侧转角度数相差较大或者前后侧下倾角度数相差较大时，有极大几率会出现计算不收敛的情况，需做处理等。 3、程序结果比较 为检测程序的正确性，选取“滇南外送通道500kV输变电工程大新~南宁线路工程”的验证本跳线计算程序对单回路耐张塔计算正确性的检验。该工程导线m/s，无冰。线月竣工投产，其中该工程跳线计算采用东北院跳线计算软件包。 选取该工程三基耐张塔（J3、J4、J5）的计算结果作比较，结果如下表所示： 表3-1：结果比较—内角侧跳线 塔号 塔型 转角度数（°） 直引跳线 平均弧垂（m） 直引跳线.83 J4 JG354-27 73.10 4.33 3.58 18.86 18.07 J5 JG354-24 64.98 4.32 2.90 18.96 17.85 注：深黑色字体为东北院程序计算结果，深蓝色字体为本程序计算结果(下同) 表3-2：结果比较—外角侧跳线 塔号 塔型 转角度数（°） 大 新 侧 跳串施工偏角φ（°) 南 宁 侧 跳线平均线长合计(m) 跳线弧垂f(m) 平均线长(m) 跳线弧垂f(m) 平均线.42 13.00 24.73 J4 JG354-27 73.10 4.36 15.00 5.14 4.27 14.67 29.67 J5 JG354-24 64.98 3.38 13.48 5.75 3.36 13.42 26.90 J3 JG352-27 28.78 2.61 11.41 5.31 2.88 12.89 24.31 J4 JG354-27 73.10 2.85 12.89 8.86 2.75 12.50 25.39 J5 JG354-24 64.98 2.74 12.56 8.26 2.73 12.49 25.05 表3-3：结果比较—中导跳线 塔号 塔型 转角度数（°） 大 新 侧 两 跳 线 串 间 两跳串施工偏角(°) 南 宁 侧 跳线平均线长合计(m) 跳线弧垂f(m) 平均线长(m) 跳线弧垂f(m) 平均线长(m) 大 新 侧 南 宁 侧 跳线弧垂f(m) 平均线.65 3.25 3.25 1.57 7.02 22.75 J4 JG354-27 73.10 0.84 4.63 2.80 10.25 1.45 1.00 2.80 4.65 19.60 J5 JG354-24 64.98 1.14 5.52 1.93 9.05 2.35 1.11 1.93 5.53 20.08 J3 JG352-27 28.78 0.79 6.28 1.42 8.65 4.51 4.83 0.84 6.31 21.25 J4 JG354-27 73.10 0.29 3.79 1.48 8.97 2.07 2.23 0.33 4.00 16.75 J5 JG354-24 64.98 0.38

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