CN106207929B - 架空输电线路的直线塔的安装结构以及耐张段的安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种架空输电线路的直线塔的安装结构以及耐张段的安装结构。所述架空输电线路的直线塔的安装结构包括：直线塔；安装在所述直线塔上的地线和导线；所述地线采用水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔上，所述导线采用悬垂方式连接在所述直线塔上。所述架空输电线路的耐张段的安装结构包括：两个耐张塔；设置在两个耐张塔之间的直线塔，所述直线塔的数目至少为一个；地线，通过水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔以及所述耐张塔上；导线，采用悬垂方式连接在所述直线塔上，采用开耐张方式连接在所述耐张塔上。本发明是一种效果好、投资少的架空输电线路防冰灾措施，可在电网防冰灾工作中起到事半功倍的效果。

Description

架空输电线路的直线塔的安装结构以及耐张段的安装结构

技术领域

本发明涉及电力领域，具体涉及电力输送领域，特别是一种架空输电线路的直线塔的安装结构以及架空输电线路的耐张段的安装结构。

背景技术

架空输电线路(以下简称线路)是电网的重要组成部分，直接关系到电能的安全输送和国民经济的正常运转。目前，架空输电线路通过导线输送电力，为了支撑导线，地面上设置支撑塔，导线通过支撑塔支撑，在导线上方，还设有地线，以避免导线直接受到雷击。由于架空输电线路需要长距离输送电力，因此，在输电线路上，需要数目众多的支撑塔，一个架空输电线路有可能需要成百上千个支撑塔。

现有的架空输电线路一般采用直线塔1的安装结构，例如，如图1和图2所示，导线3通过悬垂绝缘子8以悬垂方式连接在横担5上，地线2通过地线绝缘子6以悬垂方式连接在地线支架4上，这种直线塔的安装结构当遇到恶劣的雨雪冰冻天气时，导线和地线覆冰导致直线塔的地线支架、横担或塔身主体发生倒塌，从而引起架空输电线路上一系列的支撑塔的倒塌，严重的破坏了电力输送。

虽然，支撑塔可以采用耐张塔，可以通过采用耐张塔的安装方式来使得导线和地线都通过水平方式或开耐张方式连接，以增加架空输电线路的机械稳固性，但是，耐张塔的建造需要更大的地基，而且耐张塔的成本是直线塔的成本的至少2倍以上，因此，如果整条架空输电线路采用耐张塔的安装方式，将是资金耗费巨大，难以实现可持续发展。

虽然，可以不改变支撑塔与导线和地线的安装方式，而采用提高支撑塔的整体抗冰等级作为提高架空输电线路抗冰能力的措施，但支撑塔整体抗冰等级的提高是针对导线和地线上的机械荷载同时实施的，因此，整体提高支撑塔的抗冰等级仍然资金耗费巨大，难以实现可持续发展。

综上所述，现有技术中存在以下问题：无论是整体提高支撑塔的抗冰等级而不改变支撑塔与导线和地线的安装方式，还是所有支撑塔均采用耐张塔来安装导线和地线，资金均耗费巨大，性价比低。

发明内容

本发明提供一种架空输电线路的直线塔的安装结构以及架空输电线路的耐张段的安装结构，以解决现有提高架空输电线路抗冰能力措施(包括所有支撑塔均采用耐张塔来安装导线和地线，或整体提高支撑塔的抗冰等级而不改变支撑塔与导线和地线的安装方式)资金耗费巨大，性价比低的问题。

为此，本发明提出一种架空输电线路的直线塔的安装结构，所述架空输电线路的直线塔的安装结构包括：

直线塔；

安装在所述直线塔上的地线；

安装在所述直线塔上并位于所述地线下方的导线；

所述地线采用水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔上，所述导线采用悬垂方式连接在所述直线塔上。

进一步地，所述地线与直线塔通过耐张线夹实现水平方式连接。

进一步地，所述导线通过悬垂绝缘子和悬垂线夹连接在所述直线塔上。

进一步地，所述耐张线夹与所述地线的连接处为第一连接点，所述耐张线夹通过金具与所述直线塔连接，所述金具与所述直线塔的连接处为第二连接点，在所述第一连接点处，所述直线塔对所述地线的拉力方向为沿着所述地线的切线方向。

进一步地，所述第一连接点与所述第二连接点的连线为近似水平方向或者为沿着所述地线的切线方向。

进一步地，所述地线通过预绞式耐张线夹连接在所述直线塔上。

进一步地，所述地线通过耐张线夹和地线绝缘子连接在所述直线塔上。

本发明还提出一种架空输电线路的耐张段的安装结构，所述架空输电线路的耐张段的安装结构包括：

两个耐张塔，分别设置在所述架空输电线路的耐张段的两端；

设置在两个耐张塔之间的直线塔，所述直线塔的数目至少为一个；

地线，通过水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔以及所述耐张塔上；

导线，采用悬垂方式连接在所述直线塔上，采用水平方式或开耐张方式连接在所述耐张塔上。

进一步地，所述直线塔的数目为多个，所述地线通过水平方式或开耐张方式连接在相邻的两个所述直线塔之间，所述导线采用悬垂方式连接在相邻的两个所述直线塔之间。

本发明还提出另外一种架空输电线路的耐张段的安装结构，所述架空输电线路的耐张段的安装结构包括：

第一直线塔和第二直线塔；

地线，通过水平方式或开耐张方式连接在所述第一直线塔上；通过悬垂方式连接在所述第二直线塔上；

导线，采用悬垂方式连接在第一直线塔和第二直线塔上。

通过改变直线塔上地线与直线塔的连接方式，即通过将地线采用水平方式或开耐张方式与直线塔的地线支架连接，并相应增大地线支架和直线塔的机械负荷承载能力，避免地线覆冰后地线顺线路方向的偏移，防止地线大幅度向导线靠近，最终避免导地线之间的放电、地线断线甚至倒塔事故的发生。

附图说明

图1为主视方向的现有的直线塔的安装结构示意图；

图2为侧视方向的现有的直线塔的安装结构示意图；

图3为主视方向的本发明的直线塔的安装结构示意图；

图4为侧视方向的本发明的直线塔的安装结构示意图；

图5为本发明实施例的第一种架空地线的水平连接结构示意图；

图6为本发明实施例的第二种架空地线的水平连接结构示意图；

图7为本发明实施例的第三种架空地线的水平连接结构示意图；

图8为本发明第一实施例的架空输电线路的耐张段的安装结构示意图；

图9为本发明第二实施例的架空输电线路的耐张段的安装结构示意图。

附图标号说明：

1直线塔 2地线 3导线 4地线支架 5横担 6地线绝缘子 7预绞式耐张线夹 8悬垂绝缘子 9耐张塔 10耐张绝缘子 21第一连接点 22第二连接点 11第一直线塔 12第二直线塔

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

如图1和图2所示，现有的架空输电线路采用直线塔1的安装结构，在遇到恶劣的雨雪冰冻气象条件时，导线和地线覆冰导致导地线放电、导地线断线、直线塔的地线支架损伤、横担损伤或塔身主体发生倒塌，从而引起架空输电线路上一系列的支撑塔的倒塌，严重的破坏了电力输送。目前，输电领域的普遍看法是：整体提高支撑塔的抗冰等级而不改变支撑塔与导线和地线的安装方式，或采用耐张塔代替直线塔，均涉及过大的投资，以500kV单回线路为例：一基直线塔的重量约10t，而一基耐张塔的重量约30t。一条输电线路要用到成百上千座耐张塔，则费用庞大，难以承受。

发明人在对架空输电线路进行多年的研究的基础上，分析了雨雪冰冻气象条件可导致线路放电、断线和倒塔的各种原因和各种原因所起的作用程度，克服了传统的技术偏见。下面是发明人的研究过程：

2005年华中电网遭遇50年一遇冰灾，2008年国家电网华中、华东区域和南方电网部分区域遭遇百年一遇冰灾。2015年11月至12月，内蒙古中东部、华北(河北中北部、北京、天津)、东北(吉林、辽宁)受冷空气影响出现大范围降雪或雨夹雪，局地暴雪，新增积雪深度5至15cm，山区可达50cm，部分地区气温骤降10℃以上，导致大量500kV线路跳闸，并造成多处地线支架损坏变形、多条500kV线路和220kV线路的架空地线(含光纤复合架空地线OPGW)断线。此次故障涉及华北多条500kV重要输电通道，已威胁北京供电，是近30年来华北电网遭受的最严重冰灾。下面以2015年华北冰灾中的国网冀北公司为例，具体分析故障过程及原理：

(1)覆冰：雨雪冰冻气象条件可导致线路的导、地线覆冰雪，在温度-5℃～0℃，相对湿度>95％，风速<5m/S的气象条件下覆冰雪情况相对严重，2005年、2008年的华中冰灾及2015年的华北冰灾气象条件均与此相符。

(2)放电1：一般运行条件下(如：平均温工况)，线路的直线塔两侧地线上的张力是相等的，悬挂地线的金具及地线绝缘子(仅分段绝缘、单点接地的地线(简称绝缘地线)使用地线绝缘子)呈竖直状态。但在雨雪冰冻气象条件下，当两侧地线不均匀覆冰雪，或虽然均匀覆冰雪但两侧档距相差较大时，直线塔两侧地线上将产生张力差(即纵向不平衡张力)，导致地线从张力小的一侧向张力大的一侧偏移，且地线金具及(或)地线绝缘子相应地向张力大的一侧倾斜，而这种地线的偏移将导致张力较大侧的地线弧垂大幅度增大，如：某500kV线路地线覆冰20mm，地线偏移0.5m时,弧垂增大3.4m，达6.8倍。地线弧垂的大幅度增大致使导地线间距缩小，当该距离不能承受线路运行电压时将导致导地线放电。这种由覆冰直接导致地线偏移造成的放电跳闸共计20次，占比80％。

(3)放电2：地线覆冰雪导致地线张力增大且如(2)所述可在直线塔上产生张力差，致使地线支架承受更大的垂直荷载(在承受地线自身重量的基础上增加了覆冰重量)和纵向不平衡张力。当地线支架不能承受上述增加的机械荷载时，将导致支架损伤变形并偏向张力更大的一侧，而地线支架的偏移与(2)中地线直接偏移的效果是相同的，均导致地线弧垂大幅度增大，导地线间距大幅度缩小并放电跳闸。这种覆冰直接导致的地线偏移+地线支架损伤偏移造成放电跳闸3次，占比12％。

(4)放电3：如(2)所述，地线覆冰雪可在直线塔上产生张力差，当该纵向不平衡张力超过地线悬垂线夹的握力时，地线将在悬垂线夹中松脱并产生位移，偏移向地线张力较大的一侧，而地线在悬垂线夹中的位移与(2)中地线直接偏移的效果是相同的，均导致地线弧垂大幅度增大，导地线间距大幅度缩小并放电跳闸。这种覆冰直接导致的地线偏移+地线在悬垂线夹中的位移造成放电跳闸1次。

(2)～(4)的导地线放电次数占2015年冀北冰灾跳闸的96％。上述导地线放电均为架空地线覆冰雪导致纵向不平衡张力，并使地线顺线路方向偏移所致，其中地线支架的损伤变形和地线在悬垂线夹中的位移也是该纵向不平衡张力造成的。此外，导线或地线覆冰后的脱冰跳跃也可能是造成导地线间距大幅度缩小、导地线放电的原因之一。

(5)断线：2015年冀北冰灾中发生3起500kV和1起220kV线路的地线断线事故，且出现5处地线断股缺陷，地线断线和断股处均有大电弧烧蚀熔融痕迹且与线路跳闸故障测距相吻合，即断线、断股处同时也是导地线放电处。

《电力工程高压送电线路设计手册》指出：电压等级越高，导线截面越大，运行可靠性越高，断线概率越低；而相比于导线，地线截面小，运行可靠性相对偏低，断线概率相对偏高。正因如此，线路设计规程虽然规定导线、地线最大运行张力的安全系数均为2.5，但实际设计中地线安全系数取值往往高于导线，取3～4。如此高的安全系数，但在雨雪冰冻气象条件下导地线放电却仍然频繁造成地线断线、断股，这是以下2方面原因共同作用的结果：①一方面，地线因覆冰导致张力大幅度增大。以某500kV线路为例，地线覆冰由10mm增至20mm时，地线张力由24.0kN增至40.7kN，增幅70％。②另一方面，导地线放电产生的高温使局部地线强度大幅度下降。根据地线断口的高温熔融痕迹确定断口处至少承受了500℃以上的高温，这是导地线放电产生的高温电弧所致，而在此温度下钢材的机械强度可下降50％以上。但无论是单一的高温导致强度大幅度下降还是单一的覆冰导致张力大幅度上升，按地线设计安全系数计算均难以导致断线；只有2个因素共同作用才可导致地线残余强度不能承受张力而断线。此外，跳闸后重合不成导致的二次高温灼烧可能也是地线断线原因之一。事实上线路运行中导地线时常因雷击、异物等原因发生放电并产生高温电弧，但很少造成地线断线，这主要是雷击、异物等其它形式的放电发生时地线张力仍然处于较低状态(如：平均温工况)，虽然放电产生局部高温、地线强度大幅度下降，但其残余强度仍然能够承受该正常张力而不断线。

(6)倒塔：当线路支撑塔承受的垂直荷载或纵向不平衡张力超过设计阈值时，可能造成倒塔，其中纵向不平衡张力对于支撑塔的威胁相对大于垂直荷载。严重雨雪冰冻气象条件下，线路倒塔一般是成串发生的，其中承受纵向不平衡张力较弱的某一基直线塔往往成为倒塔起始点，该倒塔又通过导线和地线使相邻直线塔上形成纵向不平衡张力而进一步倒塔，并形成连锁反应，即顺序逐基倒塔，直至承受纵向不平衡张力较强的耐张塔为止。

作为成串倒塔起始点的直线塔，倒塔原因可能包括：(a)支撑塔两侧导地线所覆冰雪形成的垂直荷载超过设计阈值而压垮支撑塔；(b)支撑塔两侧的导线或地线不均匀覆冰雪形成的纵向不平衡张力超过设计阈值，该纵向不平衡张力一般是静态的，以弯曲荷载及(或)扭转荷载的形式作用于支撑塔并使其倾倒。(c)支撑塔一侧的导线或地线断线形成的纵向不平衡张力超过设计阈值，该纵向不平衡张力有一个动态的冲击过程，对于支撑塔的威胁相对更大。

综合2015年华北冰灾、2005、2008年华中冰灾及历次雨雪冰冻气象条件下的线路故障情况，可以得出2个结论：

结论1：地线(含地线支架、地线连接方式等)是雨雪冰冻气象条件下架空输电线路的薄弱点，是造成导地线放电跳闸(冰灾中的线路跳闸主要包括绝缘子覆冰雪闪络和导地线放电两部分，紧凑型线路则包括部分相间放电)、地线断线、倒塔的关键环节。具体如下：

①雨雪冰冻气象条件下，直线塔两侧地线覆冰导致的纵向不平衡张力→地线顺线路方向的偏移→弧垂的大幅度变化→导地线放电跳闸是极易发生且占比很高的故障形式(注：不排除地线支架损伤变形、地线在悬垂线夹中松脱移位、导地线脱冰跳跃在部分放电中的作用)。

②雨雪冰冻气象条件下，地线形成的纵向不平衡张力不仅易造成导地线放电跳闸，且在放电高温导致的强度降低和地线覆冰导致的张力增大2个因素共同作用下(注：二者缺一不可)可进一步导致地线断线。虽然导地线放电同时涉及地线和导线，但地线断线的概率大大高于导线断线，导线外径远大于地线是产生该差异的主要原因(与导线散热面积大及外层铝股对内层钢芯的隔热保护作用有关)。

③雨雪冰冻气象条件下，地线上的纵向不平衡张力导致的地线断线是引发倒塔的直接原因之一。原理如下：如前所述，冰灾中导地线放电导致地线断线的概率大大高于导线断线；而一侧地线断线形成的动态不平衡张力对于支撑塔的冲击破坏效果大于两侧地线不均匀覆冰形成的静态不平衡张力。因此，在直线塔承受的垂直荷载和纵向不平衡张力已接近设计阈值时，由地线断线直接引发第一基直线塔倒塔的概率相对较大。

④雨雪冰冻气象条件下，地线上的纵向不平衡张力导致的导地线放电是后续大量倒塔断线的重要间接原因。原理如下：地线上的纵向不平衡张力易造成地线弧垂的大幅度下降、导地线放电跳闸，而且因重合成功率低易导致线路停运。在严重雨雪冰冻气象条件下，线路停运意味着导线停止传输电流，停止阻性发热，从而加速导线的覆冰速度，使导线张力急剧增大，当支撑塔承受的垂直荷载及(或)可能形成的纵向不平衡张力超过线路设计阈值时将引发倒塔。

结论2：严重雨雪冰冻气象条件下，大多数倒塔和断线属于第一基倒塔引发的连锁反应，第一基倒塔一般为承受纵向不平衡张力较弱的直线塔，而后续的顺序逐基倒塔和断线一般止于承受纵向不平衡张力较强的耐张塔。

作为架空线路主要故障形式之一的冰灾早已存在，国内外均进行了大量研究，特别是2005年和2008年的特大电网冰灾更是受到空前的高度重视。在上述背景下，我们认为国内电网仍然未充分意识到架空地线是线路冰灾的薄弱点且未给予足够重视，原因如下：

(1)雨雪冰冻气象条件下，线路跳闸主要包括2部分：绝缘子覆冰雪闪络跳闸和地线上的纵向不平衡张力造成的导地线放电跳闸。过去电网外绝缘配置普遍偏低，因此绝缘子覆冰雪闪络占比较大、甚至远大于导地线放电，致使占比相对较小的、由地线引发的导地线放电被掩盖和淹没，部分运维人员甚至习惯性地将雨雪天气中的单相接地故障均武断地判定为绝缘子闪络。

(2)2008年的百年一遇冰灾导致华中电网21条500kV线路出现319基倒塔，其中大部分属于第一基倒塔之后的连锁倒塔，仅少数属于成串倒塔的起始点。如前所述，雨雪冰冻气象条件下，地线上的纵向不平衡张力导致的地线断线可能成为引发第一基倒塔的直接原因，但在重大冰灾中，随着第一基倒塔的发生，后续往往伴随少则数基、多则数十基的连锁倒塔及大量导线断线。在事故抢修和分析中，众多高大的倒塔和粗大的断裂导线成为关注焦点，恢复供电的迫切需求也使抢修成为第一要务，而相对细小的地线则不在重点关注之列——这是冰灾中架空地线的负面作用被忽视的原因之二，也是一个不小的失误，事实上虽然导线断线形成的纵向不平衡张力远大于地线，一旦断线可对支撑塔造成更大的冲击；但地线发生断线并对支撑塔造成实际冲击的概率则大于导线。

(3)设计方面的2个小疏漏是冰灾中架空地线的负面作用被忽视的原因之三，一定程度上构成了雨雪冰冻气象条件下的线路运行隐患。

①历次冰灾中，相关人员虽然认识到导地线上的纵向不平衡张力是直接导致倒塔的重要原因，但却普遍忽视了不平衡张力也是引发导地线偏移→弧垂大幅度变化→导地线放电跳闸的主要原因，而误认为弧垂的大幅度变化均为导地线均匀覆冰(即无纵向不平衡张力)条件下的弹性伸长所致，而该条件下需要更大的覆冰量才可引发导地线放电，以发生导地线放电的某500kV线路为例，按照地线上仅有覆冰垂直荷载的常规应力-弧垂计算方法，则当地线均匀覆冰达到40mm时导地线才有放电危险，而40mm的覆冰量远大于实际冰区等级；只有按照地线上同时存在覆冰垂直荷载和纵向不平衡张力的条件进行计算，才可得到覆冰量-地线弧垂-导地线放电的正确结果——这是多年来冰灾分析中反复纠缠于冰区划分和覆冰取值合理与否、要求大幅度提高抗冰等级的重要原因。

②设计单位在计算、比较导地线覆冰条件下的应力-弧垂时，所取机械强度均为常温参数，并未考虑导地线放电时的短时高温可导致地线局部强度大幅度下降，因此计算结果往往是覆冰不足以导致地线断线，与实际运行中频繁断线的结果大相径庭，以发生地线断线的某500kV线路为例，当地线均匀覆冰达到30mm时才有断线危险，而30mm的覆冰量远大于冰区等级，是不可能出现的——这也是多年来冰灾分析中纠缠于冰区划分和覆冰取值合理与否、要求大幅度提高抗冰等级的重要原因。

2015年11-12月，华北电网遭遇30年来最严重冰灾，同时其严重程度又明显低于2008年华中区域的百年一遇冰灾，恰到好处的轻重程度使我们能够挖掘出一些以往认识不到位的问题，即地线是雨雪冰冻气象条件下或冰灾中架空输电线路的薄弱点、甚至是关键薄弱点。

相对成熟的架空线路防冰灾技术可分为2类：(a)提高线路自身抗冰能力；(b)使线路免于承受较大的覆冰荷载。

第1类技术——提高线路自身抗冰能力

(1)调整、提高冰区等级(如：10mm冰区提高至15mm冰区)，然后依据设计规程相应提高区域内线路的整体抗冰水平，重点是全面提高支撑塔和基础的机械强度。具体设计方法是按照调整的冰区等级提高导地线上的覆冰厚度(如：由10mm提高至15mm)，然后计算支撑塔承受的垂直荷载和水平荷载，上述荷载主要来自于覆冰的导地线，其中水平荷载主要指纵向不平衡张力对支撑塔形成的弯曲荷载、扭转荷载等，要求支撑塔能够承受上述因调整导地线覆冰厚度而增大的荷载。该措施的缺点是工程投资大幅度增加，已到了难以承受的地步，国家电网公司因此提倡线路的差异化抗冰设计理念，以减少投入并确保重要输电通道的安全。

上述工程投资的大幅度增加主要源自于导线，以某500kV线路为例：导线截面630mm²×4，安全系数2.5；地线截面150mm²，安全系数3.8；20mm覆冰工况下，单相导线张力59.5kN×4＝238kN，单根地线张力23.8kN，前者为后者的10倍，即单相导线形成的纵向不平衡张力可达单根地线的10倍，而三相导线形成的垂直荷载为2根地线的15倍。因此，为提高源自于导线的荷载所需投资远远大于地线。

(2)针对冰灾中暴露的线路薄弱点而修改设计规程，以提高线路某一方面的抗冰水平，如：2005和2008年华中冰灾后，国家电网公司制定了《中重冰区架空输电线路设计技术规定》(Q/GDW182-2008)，以重点提高支撑塔的抗纵向不平衡张力。具体如下：

(a)新规程增加了两侧导地线不均匀覆冰时，支撑塔的抗纵向不平衡张力，设计参数为一侧导地线按100％覆冰，另一侧按75％覆冰；原规程则不考虑不均匀覆冰产生的纵向不平衡张力。

(b)新规程提高了一侧导线或地线断线时，支撑塔的抗纵向不平衡张力，即提高了导线或地线断线张力，设计参数分以下2种，结果取其中高者。

(b-1)新规程的地线断线张力按100％的最大使用张力计算，原规程的地线断线张力按50％的最大使用张力计算，即地线断线形成的纵向不平衡张力提高了一倍。

(b-2)新规程的导线或地线断线张力按未断线侧导线或地线100％覆冰计算，原规程则按未断线侧导线或地线无覆冰计算。

(c)考虑到一般情况下地线中无电流；而导线因输送电能产生阻性发热可延缓覆冰，因此新规程要求在相同冰区等级条件下，地线覆冰按比导线提高5mm设计，而原规程不考虑导、地线的覆冰差异。

如前所述，设计单位虽然认识到纵向不平衡张力是引发倒塔的直接威胁，但却忽视了该不平衡张力也是引发地线偏移→弧垂大幅度变化→导地线放电→地线断线的主要原因，Q/GDW182-2008正是基于上述认识制定的，因此所采取的提高支撑塔承受纵向不平衡张力的措施一定程度上可降低地线支架、导线横担的损伤概率及直线塔的倒塔概率，但却不能抑制地线偏移→弧垂大幅度变化→导地线放电，因此难以有效降低冰灾跳闸率。

(3)其它第1类技术：

(a)在线路中增加耐张塔的数量和比例。与直线塔相比，耐张塔对于导线和地线均具有更高的承受纵向不平衡张力性能，因此具有限制、隔离连锁倒塔的技术优势；且当耐张塔两侧出现纵向不平衡张力时可有效抑制导地线偏移→弧垂大幅度变化→导地线放电跳闸。耐张塔的缺点是同时针对导线和地线整体提高支撑塔承受纵向不平衡张力性能，投资过大，以500kV单回线路为例：一基直线塔的重量约10t，而一基耐张塔的重量约30t。

(b)采用预绞式悬垂线夹，以增大悬垂线夹对导线和地线的握力，避免纵向不平衡张力造成导线和地线在悬垂线夹中松脱、滑移，从而避免弧垂的加剧变化。但预绞式悬垂线夹不能彻底解决纵向不平衡张力引发的导地线偏移→弧垂变化→导地线放电。

第2类技术——使线路免于承受较大的覆冰荷载

相对成熟的第2类技术主要是直流融冰和交流融冰技术，其中直流融冰具有更大的灵活性和通用性。交直流融冰技术主要适用于导线，使导线中流过不小于2A/mm²的大电流，利用导线的阻性发热使外覆冰雪融化脱落，从而避免支撑塔承受较大的垂直荷载和纵向不平衡张力。缺点是融冰线路必须退出运行且不适用于架空地线。

综上所述，现有技术以及现有的认识都认为导线上形成的的纵向不平衡张力是雨雪冰冻气象条件下倒塔断线的重要原因，因此重点需要提高支撑塔对于导线的纵向不平衡张力的承受能力，包括采用耐张塔或虽然不改变支撑塔与导线和地线的连接方式但整体提高支撑塔的抗冰等级来克服上述问题。但是，发明人认为：虽然导线上形成的纵向不平衡张力是倒塔的重要原因，但最薄弱的环节却是地线，地线上形成的纵向不平衡张力是导地线放电及地线断线，甚至倒塔的不可忽视的原因。地线作为冰灾中的薄弱环节，对于地线上的纵向不平衡张力采取措施是必要的，但如果对于导线也完全采取同步处理的措施，会产生巨大的浪费。如果结合导线和地线在冰灾中造成线路故障的作用和差异，只针对地线上形成的纵向不平衡张力采取措施，则在保证地线不顺线路偏移、不发生导地线放电、不断地线的条件下，无需过分提高支撑塔承受导线上的纵向不平衡张力的能力以及支撑塔的改型(例如：直线塔改为耐张塔)，可以节省大量的资金和获得较好的防冰灾效果。

为此，基于前述雨雪冰冻气象条件下的线路故障、缺陷及现有防冰灾技术的深入分析，确定架空地线(含地线支架、连接方式等)是现有输电线路的防冰灾薄弱点，提出一种地线开耐张方式的直线塔，用于中等及以上冰区的架空输电线路，作为一种投入少、效果显著的新型防冰灾措施。

如图3、图4所示，本发明提出一种架空输电线路的直线塔的安装结构，所述架空输电线路的直线塔的安装结构包括：

直线塔1；

安装在所述直线塔1上的地线2；

安装在所述直线塔1上并位于所述地线2下方的导线3；

所述地线2采用水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔1上，这样有效避免直线塔两侧地线不均匀覆冰等工况产生的纵向不平衡张力导致的：地线顺线路方向的偏移→弧垂的大幅度变化→导地线放电跳闸→地线断线→倒塔现象。所述导线3采用悬垂方式连接在所述直线塔1上，仍能保持直线塔1的塔型或主要结构。

进一步地，如图5、图6和图7所示，所述地线2与直线塔1通过耐张线夹或适合水平连接地线的金具来实现水平方式连接，以实现直接接地型地线的连接。耐张线夹和适合水平连接地线的金具可以采用现有技术。

进一步地，所述导线3通过悬垂绝缘子8和悬垂线夹连接在所述直线塔1上，这样，导线的连接方式没有发生变化，不会大幅度影响支撑塔的塔型，稍微对现有的直线塔加固或者稍微改变直线塔的桁架或增加部分塔材的厚度即可，无需将直线塔换成耐张塔。

进一步地，所述地线2通过耐张线夹和地线绝缘子6连接在所述直线塔1上，以实现绝缘地线的连接。进一步地，如图4和图5所示，所述耐张线夹与所述地线的连接处为第一连接点21，所述耐张线夹通过地线绝缘子和金具与所述直线塔连接，所述金具与所述直线塔的连接处为第二连接点22，地线2通过第一连接点21和第二连接点22连接在地线支架4上，从而连接在直线塔1上。如图4和图5所示，在所述第一连接点21处，所述直线塔1对所述地线的拉力方向为沿着所述地线的切线方向。这样，地线的与直线塔的连接处就不同于现有的地线的悬垂式连接，如图1和图2所示，现有的地线的悬垂式连接，地线连接在悬垂线夹和地线绝缘子上，地线与直线塔的连接点不是固定的，是能够以悬垂线夹和地线绝缘子与直线塔的连接点为基点进行摆动的，因而，本发明相对于现有的地线的悬垂式连接，连接点相对固定，或者说水平方向移动较小，不会造成地线的明显弧垂增大。

进一步地，如图4和图5所示，所述第一连接点21与所述第二连接点22的连线为近似水平方向或者为沿着所述地线的切线方向。这样，地线的连接点的变动较小，不会造成地线的明显弧垂增大。

进一步地，如图7所示，所述地线2通过预绞式耐张线夹7连接在所述直线塔1上，以在直线塔1上水平连接兼有通信功能的地线(OPGW)。

如图8所示，本发明还提出一种架空输电线路的耐张段的安装结构，所述架空输电线路的耐张段的安装结构包括：

两个耐张塔9，分别设置在所述架空输电线路的耐张段的两端；

设置在两个耐张塔之间的直线塔1，所述直线塔1的数目至少为一个；

地线2，通过水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔1以及所述耐张塔9上；

导线3，通过悬垂绝缘子8采用悬垂方式连接在所述直线塔1上，通过耐张绝缘子10采用开耐张方式或水平方式连接在所述耐张塔9上。

对于地线开耐张方式的直线塔，虽然两侧地线不均匀覆冰雪等工况仍然可导致纵向不平衡张力，但由于塔与地线的连接点是固定的，因此纵向不平衡张力不会进一步导致：地线顺线路方向的偏移→弧垂的大幅度变化→导地线放电跳闸→地线断线→倒塔断线，即采用地线开耐张方式的直线塔可有效降低雨雪冰冻气象条件下的线路跳闸率和线路停运率。雨雪冰冻气象条件下的线路跳闸主要包括绝缘子覆冰雪闪络和导地线放电。如果采用防污闪辅助伞裙提高线路绝缘子配置水平，采用地线开耐张方式的直线塔防止导地线放电，则雨雪冰冻气象条件下的线路跳闸率将极其显著下降。

进一步地，所述直线塔1的数目为多个，所述地线2通过水平方式连接在相邻的两个所述直线塔之间，所述导线3采用悬垂方式连接在相邻的两个所述直线塔之间。这样，可以利用多个地线开耐张方式的直线塔来避免完全采用耐张塔或整体提高直线塔承受导线和地线上的纵向不平衡张力的能力导致的投资过高的问题。

如图9所示，本发明还提出另外一种架空输电线路的耐张段的安装结构，所述架空输电线路的耐张段的安装结构至少包括：

相邻的第一直线塔11和第二直线塔12；

地线2，通过水平方式或开耐张方式连接在所述第一直线塔11上；例如，地线2通过耐张线夹和地线绝缘子6连接在所述第一直线塔11上；地线2通过悬垂方式连接在所述第二直线塔12上，例如，地线2通过悬垂线夹和地线绝缘子6悬垂连接在所述第二直线塔12上；

导线3，采用悬垂方式连接在第一直线塔11和第二直线塔12上；例如导线3都通过悬垂线夹和悬垂绝缘子8连接在第一直线塔11和第二直线塔12上。

上述架空输电线路的耐张段的安装结构，可以适用于一个比较长的耐张段，该耐张段一半在覆冰较轻的区域，另一半在覆冰较重的区域，于是只在覆冰较重的区域采用地线开耐张的直线塔安装结构(即采用第一直线塔11)，而另一半仍然采用普通直线塔结构(即采用第二直线塔12)，这样，可以提高架空输电线路的防冰灾能力，而且投资较少。

导地线上的纵向不平衡张力对线路支撑塔的威胁大大高于垂直荷载，因此提高支撑塔承受纵向不平衡张力的能力是线路防冰灾的重要措施。但以往提高支撑塔纵向不平衡张力的措施是同时针对导线和地线实施的，并未充分考虑导线和地线在冰灾中的运行差异，如：①在架空输电线路防冰灾改造时，运行单位普遍偏好增加耐张塔的数量和比例。与直线塔相比，耐张塔承受地线和导线的纵向不平衡张力的能力同时大幅度提高，防冰灾作用极其显著但投资巨大而难以承受。②国家电网公司企标《中重冰区架空输电线路设计技术规定》(Q/GDW182-2008)增加了两侧导地线不均匀覆冰时支撑塔的抗纵向不平衡张力，设计参数为一侧导地线按100％覆冰，另一侧按75％覆冰，该条款同时适用于导线和地线。线路的抗冰水平很大程度上体现在支撑塔及其基础的机械强度，而支撑塔的机械强度很大程度上取决于导地线上形成的垂直荷载和纵向不平衡张力，其中导线上形成的机械荷载又远大于地线，以某500kV线路为例：单相导线形成的纵向不平衡张力为单根地线的10倍，而三相导线形成的垂直荷载为2根地线的15倍，即导线对于支撑塔强度的影响大大高于地线，因此上述同时针对导线荷载和地线荷载的抗冰措施中，用于承受导线荷载的支撑塔投资占据了主要部分，而用于承受地线荷载的支撑塔投资仅占据了次要部分。

地线开耐张方式的直线塔替代常规直线塔作为线路防冰灾措施，将导致直线塔及其地线支架在某些工况下承受的纵向不平衡张力有所增大，一是两侧地线不均匀覆冰工况：常规直线塔的悬垂连接方式地线会在纵向不平衡张力作用下产生一个0～“地线金具+地线绝缘子”长度之间的纵向偏移，纵向不平衡张力相应有所减小；而地线开耐张直线塔的地线即使在纵向不平衡张力作用下也不会产生偏移，因此相应的纵向不平衡张力将大于常规直线塔。二是一侧地线断线工况：常规直线塔的悬垂连接方式地线会在纵向不平衡张力作用下产生一个“地线金具+地线绝缘子”长度的纵向偏移，纵向不平衡张力相应有所减小；而地线开耐张直线塔的地线不会产生偏移，因此相应的纵向不平衡张力将大于常规直线塔。但考虑到本发明仅对直线塔的地线实施开耐张连接方式而维持导线的悬垂连接方式，且地线对于支撑塔强度的影响大大低于导线(<10％)，因此与耐张塔等针对导线和地线全面提高抗纵向不平衡张力的方案相比，本发明的地线开耐张直线塔方案投资增加十分有限，并且是在充分比较了导线和地线在冰灾中的运行差异后提出，针对性强，可在电网防冰灾工作中起到事半功倍的效果，对于降低冰灾中的线路跳闸率和停运率具有重要意义。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述架空输电线路的直线塔的安装结构包括：

直线塔；

安装在所述直线塔上的地线；

安装在所述直线塔上并位于所述地线下方的导线；

所述地线采用水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔上，所述导线采用悬垂方式连接在所述直线塔上。

2.如权利要求1所述的架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述地线与直线塔通过耐张线夹实现水平方式连接。

3.如权利要求1所述的架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述导线通过悬垂绝缘子和悬垂线夹连接在所述直线塔上。

4.如权利要求1所述的架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述耐张线夹与所述地线的连接处为第一连接点，所述耐张线夹通过金具与所述直线塔连接，所述金具与所述直线塔的连接处为第二连接点，在所述第一连接点处，所述直线塔对所述地线的拉力方向为沿着所述地线的切线方向。

5.如权利要求4所述的架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述第一连接点与所述第二连接点的连线为近似水平方向或者为沿着所述地线的切线方向。

6.如权利要求2所述的架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述地线通过预绞式耐张线夹连接在所述直线塔上。

7.如权利要求2所述的架空输电线路的直线塔的安装结构，其特征在于，所述地线通过耐张线夹和地线绝缘子连接在所述直线塔上。

8.一种架空输电线路的耐张段的安装结构，其特征在于，所述架空输电线路的耐张段的安装结构包括：

两个耐张塔，分别设置在所述架空输电线路的耐张段的两端；

设置在两个耐张塔之间的直线塔，所述直线塔的数目至少为一个；

地线，通过水平方式或开耐张方式连接在所述直线塔以及所述耐张塔上；

导线，采用悬垂方式连接在所述直线塔上，采用水平方式或开耐张方式连接在所述耐张塔上。

9.如权利要求8所述的架空输电线路的耐张段的安装结构，其特征在于，所述直线塔的数目为多个，所述地线通过水平方式或开耐张方式连接在相邻的两个所述直线塔之间，所述导线采用悬垂方式连接在相邻的两个所述直线塔之间。

10.一种架空输电线路的耐张段的安装结构，其特征在于，所述架空输电线路的耐张段的安装结构至少包括：

第一直线塔和第二直线塔；

地线，通过水平方式或开耐张方式连接在所述第一直线塔上；通过悬垂方式连接在所述第二直线塔上；

导线，采用悬垂方式连接在第一直线塔和第二直线塔上。