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摘要：输电线路导地线不均匀覆冰会使导地线产生不平衡张力，进而造成铁塔倒塌、塔头破坏、导地线损坏等事故。本文开展导地线覆冰率产生不平衡张力对特高压铁塔的影响。
关键字：导地线；覆冰；特高压铁塔
1前言
冰区输电线路在不均匀覆冰的不平衡张力计算，是冰区输电线路特有的荷载形式之一，是杆塔强度设计及导地线配合计算的基础。导地线覆冰首先是由气象条件决定的 , 是受温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风速等因素决定的综合物理现象。不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一，不平衡张力主要由不均匀覆冰造成 。不均匀覆冰荷载持续时间相对较长，导地线具有同期性，对杆塔产生很大的纵向弯矩。不均匀覆冰荷载主要是由于各档所处的地形、高程、风速、风向等不同，而使各档覆冰厚度不同，从而产生不平衡张力差。
当出现不均匀覆冰时，悬垂绝缘子串产生偏移，覆冰较重的档距中导线弧垂增大，在杆塔两侧产生不平衡张力差。不平衡张力随着覆冰率、档距组合、安全系数、电线型号、绝缘子串长度、杆塔型式、耐张段长度、档距的高差及计算图式的不同而变化。不均匀覆冰产生的不平衡张力差，可能使塔身、塔头、横担遭受破坏或造成导地线对塔身、横担闪络放电事故。
2.不均匀覆冰对铁塔影响分析
2.1不同冰区的不平衡张力取值
为保证杆塔抗弯和抗扭能力，DL/T5440-2009《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（以下简称《重覆冰规程》）规定了不同冰区的不平衡张力取值为导地线最大使用张力的百分数和杆塔两侧的覆冰率，规定线路导地线的不平衡张力除应按表1的覆冰率进行计算外，取值应不低于表2和表3。
表1不平衡张力覆冰率计算条件表
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注：垂直冰荷载按75%覆冰计算
表2中冰区不平衡张力取值表
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注：垂直冰荷载按75%覆冰计算
表3 重冰区不平衡张力取值表
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注：垂直冰荷载按75%覆冰计算
2.2不均匀覆冰对铁塔影响
不均匀覆冰产生的不平衡张力需要根据具体塔位的档距和高差进行计算，影响因素包括电压等级、电线截面、连续档数等。笔者通过对某特高压线路中20mm冰区直线跨越塔的实际条件进行试算，得到其导地线不平衡张力值远小于上述表3规程的规定值；另外，以往工程进行直线塔设计时，不平衡张力一般采用表3的规定值，效果良好；故本文以下仅针对一类电压等级的耐张塔进行研究。
高压铁塔铁塔设计条件如下：导地线为8*JL1/G2A-1250/100，地线采用JLB20A-150铝包钢绞线和一根OPGW-150复合光缆，水平档距为550，垂直档距为±600/300，本文通过开展27m/s、30m/s不同风速，15mm、20mm不同冰区下的铁塔特性的研究。
（1）不平衡张力取值
不同风速，相同冰区的铁塔通过覆冰率计算得到的导地线不平衡张力一致，且均大于规程的规定值，说明导地线不平衡张力和风速无关，仅与冰区有关；第二，采用覆冰率计算得到的不平衡张力均大于规程的规定值，说明采用覆冰率进行不平衡张力计算是必要的；第三，分析表格规律，发现随着覆冰厚度的增大，采用覆冰率计算取值比采用规程的规定值增加得越多，说明随着冰区的增大，覆冰不平衡张力对铁塔的影响增大。
（2）不同冰区铁塔对比
不均匀覆冰产生的不平衡张力对15mm中冰区塔重影响较小，对20mm重冰区的塔重影
响较大。分析原因，发现中冰区的主材控制工况为安装工况，覆冰不平衡张力仅对塔头的部分杆件内力有影响，而重冰区的铁塔主材控制工况为不均匀覆冰工况，因此，随不均匀覆冰的不平衡张力越大，导致主材受力增大，从而导致塔重增加。
（3）相同冰区耐张塔对比
本节通过20mm重冰区3个耐张塔进行对比分析，3个耐张塔的转角度数分别为：
0-20°、20-40°、40-60° 。发现随着转角度数的增大，采用覆冰率计算得到的不平衡张力对铁塔的影响呈下降的趋势，其主要原因是，1号耐张塔的主材控制工况为不均匀覆冰，而2号和3号耐张塔的主材控制工况均为运行覆冰，因此，不均匀覆冰不平衡张力对1号耐张塔的主斜材杆件影响均较大，对2号和3号耐张塔的杆件影响仅限于斜材以及塔头部分杆件，故在进行铁塔设计时，对于转角度数较小的铁塔应特别注意按覆冰率计算的不平衡张力的影响。
3.计算实例取某220kV线路#145～#152耐张段进行计算。该段导地线采用2×JLHA1/G1A-299.5-26/7型钢芯铝合金绞线，按30mm覆冰进行设计，每根子导地线的最大使用应力为136.36N/mm2。该段线路位于微气象地段，其中#145～#148段位于山顶，#148～#152段为沿山梁下山地形，每到冬季，#145～#148段就会出现较为严重的覆冰，实测覆冰厚度达29mm；而#148～#152段覆冰较轻，实测覆冰厚度达10mm左右。该段的直线悬垂串出现不同情况的偏移。通过现场各档覆冰情况测量，得出表4的结果。
表4 不平衡张力
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由于表可知，最大不平衡张力出现在#149塔，刚好是两种冰区的分界塔，该塔的不平衡张力达到最大使用应力的15.39%，未达到杆塔设计值（29%），因此并未出现倒塔情况。但从现场串偏移情况来看，该塔悬垂串出现严重偏移，实际偏移量与计算结果基本一致。
4 结论
本文主要针对特高压耐张塔，通过开展覆冰率产生的不平衡张力研究，得到以下几点主要结论：
不同风速，相同冰区按覆冰率计算得到的导地线不平衡张力一致，且均大于规程的规定值；不均匀覆冰的覆冰率对中冰区铁塔影响较小，对重冰区铁塔塔重影响较大；重冰区耐张塔随着转角度数增加，不均匀覆冰覆冰率对铁塔的影响呈下降的趋势，故对于转角度数较小的铁塔应特别注意按覆冰率计算的不平衡张力的影响；重冰区按覆冰率计算的断线张力明显大于规范的规定值，同时随着转角度数的增大，断线张力对铁塔的影响降低。
参考文献
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[2]廖枫明.架空输电线路覆冰不平衡张力的计算与分析[J].通讯世界，2014（7）
[3]DL/T5440-2009重覆冰架空输电线路设计技术规程[s]：中国电力出版社，2012