高壓送電線路耐張塔跳線三維建模及計算

張林楓，魯 俊，劉培杰，姜玉挺

（國網經濟技術研究院有限公司，北京）

引言

耐張塔跳線方式有軟跳線和硬跳線（剛性跳線）2種[1-2]。根據目前我國輸電鐵塔設計的專業劃分，送電電氣專業負責鐵塔荷載和導線間隙圓圖的繪制，再將這些資料提供給線路結構專業，由結構專業進行塔頭布置[3-4]。本文提出了一種計算三維跳線的方法，代替傳統的二維的間隙圓來描述三維的跳線布置。

1 耐張串受力分析

圖1 耐張串受力分析

LT- 力T 對鐵塔掛點的力矩，Nm。

2 軟跳線受力分析

假設風荷載垂直作用于跳線，坐標原點位于跳線線最低點，跳線的懸鏈線方程[6]為：

式中：T0s- 跳線最低點軸向張力，N；

P- 跳線荷載，N/m。

則掛點處跳線作用力為：

式中：La- 跳線最低點至懸掛點的跳線線長[8]，m。

已知兩側懸掛點和跳線荷載及跳線線長的情況下，可以求出跳線曲線方程及最低點軸向張力。

已知兩側懸掛點和跳線荷載及最低點軸向張力的情況下，可以求出跳線曲線方程及跳線線長。

3 三維坐標變換

圖2 跳線的全局坐標系及局部坐標系

繞x 軸三維旋轉矩陣為：

繞y 軸三維旋轉矩陣為：

繞z 軸三維旋轉矩陣為：

跳線中的任一點在局部坐標系C（x、y、z）坐標和全局坐標系C（x、y、z）中坐標變換為[9-10]：

式中：θx—繞x 軸旋轉角，θx=θ 風偏角；

θy—繞y 軸旋轉角，旋轉之后局部坐標系與全局坐標系平行；

θz—繞z 軸旋轉角，旋轉之后局部坐標系與全局坐標系平行；

跳線最低點張力和掛點處跳線作用力的坐標變換為：

4 耐張串懸掛點位置求解

4.1 軟跳線耐張串懸掛點位置求解

對于具有跳線絕緣子串的跳線方式，其各絕緣子掛點位置的迭代方式基本相同。

4.2 硬跳線耐張串懸掛點位置求解

圖3 迭代求解軟跳線耐張串掛點位置

圖4 迭代求解硬跳線耐張串掛點位置

5 耐張塔三維跳線設計實例

圖5 為某500 kV 的緊湊型線路耐張塔，坐標系采用送電結構鐵塔通用坐標（z 垂直向下、x 垂直橫擔方向），表1 為其中一相跳線在大風工況下的計算結果。

表1 500 kV 鐵塔大風工況下跳線計算結果

表2 ±800 kV 大風工況下跳線計算結果

圖5 軟跳線耐張塔設計實例

圖6 硬跳線耐張塔設計實例

6 結論

應用本文提出的三維跳線計算方法可以方便的得出跳線、絕緣子串的絕對位置。

（1） 對跳線進行精確設計，優化塔頭布置，節約桿塔造價。

（2） 可將鐵塔頭部結構布置與電氣間隙設計融為一體，實現電氣與結構專業在鐵塔設計上的無縫銜接。

（3） 實現二維粗略設計向三維精確設計的升級。