CN109145488B - 用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，包括建立承载索受力模型图、测量和计算受力模型图中各个物理量的数值、将数值带入公式进行计算的步骤，通过本发明，可以准确计算架空输电线路施工中的一档内一处局部封网和一档内两处局部封网情况下，承载索在正常放线及事故静态、事故动态时的张力，任意点弧垂，通过弧垂进而计算出与被跨线路的交叉跨越距离，使施工人员能据此选择合适的施工方案，为架空输电线路不停电跨越施工方案提供可靠的计算依据与技术支持，能有效支持跨越安全，降低了施工风险，保证带电跨越封网技术替代停电跨越封网的可行性，解决了因跨线停电协调困难而严重影响施工工期的困难。

Description

用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法

技术领域

本发明涉及架空输电线路跨越架线施工技术领域，具体涉及一种用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法。

背景技术

在输电线路施工中经常需要架设跨越电力线，跨越电力线施工时，被跨越电力线往往难以停电，必须实施带电跨越。传统施工方式是搭设跨越架，但如果受制于现场跨越条件，有时无法搭设跨越架，或者跨越架太高难以实施。近年来开始大量采用无跨越架不停电跨越架线施工工艺，即使用绝缘迪尼玛纤维编织绳架设在新建线路下方作为承载索，依附该承载索安装绝缘网，如果新建线路导地线放线时发生事故掉落下去，将落在该绝缘网上，避免接触到下方带电线路而出现事故，整个施工过程可以做到被跨线路保持带电运行。

上述施工工艺有一套严格的操作方法，其中一项关键技术就是要选取合适的迪尼玛承载索，确定承载索合适的放线张力，确保在施工及事故状态下承载索强度安全系数和相关交叉跨越距离满足要求。对此技术问题，国内外已有一些研究。DL/T 5301-2013《架空输电线路无跨越架不停电跨越架线施工工艺导则》(以下简称“导则”)确定了详细的施工工艺，并在附录中给出了档内一处局部封网的张力计算方法，存在的缺点是：承载索线长增大系数的两种表达式适用范围不详；没有给出档内一处封网时的弧垂计算方法，无法计算在各种工况下封网装置与被跨线路的交叉跨越距离，因此无法判断施工方案是否成立；无法计算档内两处封网的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，能够计算档内两处封网以及一处封网时承载索的受力情况及弧垂，更好地满足施工要求。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，包括：

a、建立承载索受力模型图

a1、将承载索视为荷载沿长度方向均匀分布的柔性绳索，将作用到封网装置的荷载视为均布荷载，建立承载索受力模型图；

a2、在承载索受力模型图上确定两处封网位置，并测量或计算出第一处封网起点到封网承载索首端挂点的水平距离m₁、第一处封网终点到封网承载索首端挂点的水平距离m₂、第二处封网起点到封网承载索首端挂点的水平距离m₃、第二处封网终点到封网承载索首端挂点的水平距离m₄、封网承载索档距l、承载索单位长度重量W₁、各状态下承载索封网段折算单位长度荷载W₂、分担到一根承载索的封网装置单位长度重量W_f、落网导线单位长度重量W_d、承载索弹性模量E、承载索横截面积A、承载索首末端高差角β。

b、计算

b1、档内两处封网的计算

剪力计算公式为：

其中，Q₁为封网承载索首端挂点的剪力；Q₁′和Q₂为第一处封网起点位置的剪力；Q₂′和Q₃为第一处封网终点位置的剪力；Q₃′和Q₄为第二处封网起点位置的剪力；Q₄′和Q₅为第二处封网终点位置的剪力；Q₅′为封网承载索末端挂点位置的剪力；P₁为第一处封网装置首端承受的落网导线集中荷载；P₂为第一处封网装置末端承受的落网导线集中荷载、P₃为第二处封网装置首端承受的落网导线集中荷载、P₄为第二处封网装置末端承受的落网导线集中荷载。

ΣM_B为所有荷载对封网承载索末端挂点的力矩之和，计算公式为：

空载状态时承载索初始张力T_o1与其它状态时承载索张力T_o2的关系式为：

其中，B₀₁和B₀₂为状态方程参数。

b11、承载索空载状态时，根据

计算出T₀₁，T_p为承载索破断张力，N为安全系数；

b12、封网装置安装后，且跨越导线落在封网装置之前

P₁＝P₂＝P₃＝P₄＝0

通过剪力计算公式计算出Q₁、Q₁′、Q₂、Q₂′、Q₃、Q₃′、Q₄、Q₄′、Q₅和Q₅′，根据状态方程

以及

W₂＝W₁+W_f，P_o1＝W₁，P_o2＝W₂，P_o3＝W₁，P_o4＝W₂，P_o5＝W₁

计算出B₀₁和B₀₂，其中，P_0i为各段承载索非空载状态下承受的均布荷载；Q_i和Q_i′为承载索各点的剪力，i为从1到5的整数。

再根据空载状态时承载索初始张力T₀₁与其他状态时承载索张力T₀₂的关系式计算出T₀₂，此时的T₀₂即为封网装置安装后，且跨越导线落在封网装置之前的承载索张力。

b13、封网装置安装后，跨越导线落在封网装置上并静止状态，即静态事故时，此时：

W₂＝W₁+W_f+W_d

P_o1＝W₁，P_o2＝W₂，P_o3＝W₁，P_o4＝W₂，P_o5＝W₁

根据剪力计算公式计算出Q₁、Q₁′、Q₂、Q₂′、Q₃、Q₃′、Q₄、Q₄′、Q₅和Q₅′，根据

计算出T₀₁，根据状态方程计算出B₀₁和B₀₂，再根据T₀₁与T₀₂的关系式计算出此状态的承载索张力T₀₂。

b14、封网装置安装后，跨越导线落在封网装置上并对封网装置造成冲击的状态，即动态事故时

根据W_d’＝W_dK_dK_h计算出落网导线单位长度冲击重量W_d′，其中，K_d为导线落网冲击系数；K_h为导线落网不均衡系数；将W_d’替换步骤b13中的W_d，按照步骤b13计算出的T₀₂即为该状态的承载索张力。

b15、计算承载索弧垂

承载索上任意一点C的弧垂计算公式为：

其中，ΣM_B为所有荷载对封网承载索末端挂点的力矩之和，ΣM_x为C点左侧所有荷载对C点的力矩之和；x为承载索上任意一点C点到封网承载索首端挂点位置的水平距离，T₀为不同状态下承载索张力。

根据ΣM_x的计算公式：

1)m₁≤x≤m₂

2)m₃≤x≤m₄

计算出ΣM_x，将步骤b12、b13和b14中计算出的三个状态下的承载索张力T₀₂以及P₁、P₂、P₃、W₁、W₂代入弧垂计算公式，即可计算出不同状态下任意点C点的承载索弧垂值。

b2、档内一处封网的计算

按照b1的步骤，取m₂＝m₃，计算得到的结果即为档内一处封网时承载索张力以及弧垂。

进一步地，步骤a1中，以封网承载索首端挂点位置为坐标原点建立二维坐标系，水平轴为x轴，竖直轴为y轴，再绘制承载索曲线以及导线架线曲线。

进一步地，步骤b11中，N取50。

进一步地，步骤b14中，跨越档为单回路线路时，K_d取1.67，跨越档为双回路线路时，K_d取2.89；K_h取1.2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明，可以准确计算架空输电线路不停电跨越架线施工中常用到的一档内一处局部封网和一档内两处局部封网情况下，承载索在正常放线及事故静态、事故动态时的张力，任意点弧垂，通过弧垂进而计算出与被跨线路的交叉跨越距离，使施工人员能据此选择合适的施工方案(如选择合适的封网装置、两侧挂点位置、初始张力等)，为架空输电线路不停电跨越施工方案提供可靠的计算依据与技术支持，能有效提高跨越安全性，降低了施工风险，保证带电跨越封网技术替代停电跨越封网的可行性，解决了因跨线停电协调困难而严重影响施工工期的困难。

附图说明

图1为承载索受力模型图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

本发明的用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，包括：

a、建立承载索受力模型图

a1、将承载索视为荷载沿长度方向均匀分布的柔性绳索，将作用到封网装置的荷载视为均布荷载，建立承载索受力模型图。具体地，以封网承载索首端挂点位置为坐标原点建立二维坐标系，水平轴为x轴，竖直轴为y轴，再绘制承载索曲线以及导线架线曲线。如图1所示，先根据具体的施工要求找到封网承载索首端挂点A、封网承载索末端挂点B、导线滑车首端挂点A′、导线滑车末端挂点B′以及被跨越线路位置O，再根据承载索的形状，利用曲线将点A和点B连接起来得到承载索曲线，利用曲线将点A′和点B′连接起来得到导线架线曲线。

a2、在承载索受力模型图上确定两处封网位置，封网位置根据跨越导线的施工位置确定，保证当跨越导线掉落时，封网装置能够接住跨越导线。

然后测量或计算出第一处封网起点到封网承载索首端挂点的水平距离m₁、第一处封网终点到封网承载索首端挂点的水平距离m₂、第二处封网起点到封网承载索首端挂点的水平距离m₃、第二处封网终点到封网承载索首端挂点的水平距离m₄、封网承载索档距l、承载索上任意一点C点与封网承载索首端挂点位置的水平距离x、承载索单位长度重量W₁、各状态下承载索封网段折算单位长度荷载W₂、分担到一根承载索的封网装置单位长度重量W_f、落网导线单位长度重量W_d、承载索弹性模量E、承载索横截面积A、承载索首末端高差角β。

封网位置确定后，m₁、m₂、m₃、m₄、x、l、l₁、l₂和β可通过测量得到，承载索和封网装置的材质确定后，E即可确定，A、W₁、W₂、W_f和W_d通过计算得到。此外，图1中的其他物理量为封网承载索首端挂点高程h_A、封网承载索末端挂点高程h_B、导线滑车首端挂点高程h_A′、导线滑车末端挂点高程h_B′、被跨越线路高程h₀、封网承载索挂点高差h、跨越线路中心到封网承载索首端挂点的水平距离l₀、封网承载索首端挂点到导线滑车首端挂点的水平距离l₁、封网承载索末端挂点到导线滑车末端挂点的水平距离l₂。

b、计算

b1、档内两处封网的计算

剪力计算公式为：

其中，P₁为第一处封网装置首端承受的落网导线集中荷载；P₂为第一处封网装置末端承受的落网导线集中荷载；P₃为第二处封网装置首端承受的落网导线集中荷载；P₄为第二处封网装置末端承受的落网导线集中荷载。

Q₁为封网承载索首端挂点的剪力；Q₁′和Q₂为第一处封网起点位置的剪力；Q₂′和Q₃为第一处封网终点位置的剪力；Q₃′和Q₄为第二处封网起点位置的剪力；Q₄′和Q₅为第二处封网终点位置的剪力；Q₅′为封网承载索末端挂点位置的剪力。具体地，Q₁′为第一处封网装置首端承受P₁之前的剪力，Q₂为第一处封网装置首端承受P₁之后的剪力，Q₂′为第一处封网装置末端承受P₂之前的剪力，Q₃为第一处封网装置末端承受P₂之后的剪力，Q₃′为第二处封网首端承受P₃之前的剪力，Q₄为第二处封网首端承受P₃之后的剪力，Q₄′为第二处封网末端承受P₄之前的剪力，Q₅为第二处封网末端承受P₄之后的剪力。

ΣM_B为所有荷载对封网承载索末端挂点的力矩之和，计算公式为：

空载状态时承载索初始张力T_o1与其它状态时承载索张力T_o2的关系式为：

其中，B₀₁和B₀₂为状态方程参数。

b11、承载索空载状态时，根据

计算出T₀₁，T_p为承载索破断张力，承载索型号确定后即可确定T_p；N为安全系数，一般取50。

b12、封网装置安装后，且跨越导线落在封网装置之前

此时，跨越导线没有落在封网装置上，封网装置各个点的集中荷载为0，即

P₁＝P₂＝P₃＝P₄＝0。

将P₁＝P₂＝P₃＝P₄＝0、m₁、m₂、m₃、m₄、W₁、W₂、l的值代入剪力计算公式计算出Q₁、Q₁′、Q₂、Q₂′、Q₃、Q₃′、Q₄、Q₄′、Q₅和Q₅′，根据状态方程

以及

W₂＝W₁+W_f，P_o1＝W₁，P_o2＝W₂，P_o3＝W₁，P_o4＝W₂，P_o5＝W₁

计算出B₀₁和B₀₂，其中，P_0i为各段承载索非空载状态时承受的均布荷载，非空载状态即为步骤b12以及后面步骤b13和b14所记载的状态。i为从1到5的整数，即P_0i包括P_o1、P_o2、P_o3、P_o4和P_o5。第一处封网起点、第一处封网终点、第一处封网起点以及第一处封网终点将承载索依次分为5段，P_o1、P_o2、P_o3、P_o4和P_o5分别为各段承载索非空载状态时承受的均布荷载。Q_i、和Q_i′即为Q₁和Q₁′、Q₂和Q₂′、Q₃和Q₃′、Q₄和Q₄′、Q₅和Q₅′(i从1取至5)。

再根据空载状态时承载索初始张力T₀₁与其他状态(即非空载状态)时承载索张力T₀₂的关系式计算出T₀₂，此时的T₀₂即为封网装置安装后，且跨越导线落在封网装置之前的承载索张力。计算出T₀₁、B₀₁和B₀₂后，即可计算出承载索张力T₀₂。

b13、封网装置安装后，跨越导线落在封网装置上并静止状态

此时，与步骤B12相比，封网装置承受了跨越导线的重力，荷载增加，具体满足：

W₂＝W₁+W_f+W_d

P_o1＝W₁，P_o2＝W₂，P_o3＝W₁，P_o4＝W₂，P_o5＝W₁

根据剪力计算公式计算出Q₁、Q₁′、Q₂、Q₂′、Q₃、Q₃′、Q₄、Q₄′、Q₅和Q₅′，根据

计算出T₀₁，根据步骤b12中的状态方程计算出B₀₁和B₀₂，再根据T₀₁与T₀₂的关系式计算出此状态的承载索张力T₀₂。

b14、封网装置安装后，跨越导线落在封网装置上并对封网装置造成冲击的状态

跨越导线落在封网装置上的瞬间会对封网装置造成冲击，考虑冲击力的情况下，根据W_d’＝W_dK_dK_h计算出落网导线单位长度冲击重量W_d′，其中，K_d为导线落网冲击系数，一般来说，跨越档为单回路线路时，K_d取1.67，跨越档为双回路线路时，K_d取2.89；K_h为导线落网不均衡系数，一般取1.2；将W_d’替换步骤b13中的W_d，按照步骤b13计算出的T₀₂即为该状态的承载索张力。

b15、计算承载索弧垂

承载索上任意一点C的弧垂计算公式为：

其中，ΣM_B为所有荷载对封网承载索末端挂点的力矩之和，ΣM_x为C点左侧所有荷载对C点的力矩之和；T₀为不同状态下承载索张力。

根据ΣM_x的计算公式

1)m₁≤x≤m₂

2)m₃≤x≤m₄

计算出ΣM_x；

T₀包括步骤b12、b13和b14中计算出的三个状态下的承载索张力T₀₂，将不同状态下的承载索张力T₀₂以及P₁、P₂、P₃、W₂等参数代入弧垂计算公式，即可计算出不同状态下的承载索封网段任意点弧垂值。

b2、档内一处封网的计算

按照b1的步骤，取m₂＝m₃，计算得到的结果即为档内一处封网时承载索张力以及弧垂。档内一处封网时，可以看作将两处封网合并为一处封网，即第一处封网终点与第二处封网起点重合，此时，m₂＝m₃，将m₂＝m₃代入步骤b1的公式，即可计算出档内一处封网时各个状态下的承载索张力以及弧垂。

通过本发明，可以准确计算架空输电线路不停电跨越架线施工中常用到的一档内一处局部封网和一档内两处局部封网情况下，承载索在正常放线及事故静态、事故动态时的张力，任意点弧垂，通过弧垂进而计算出与被跨线路的交叉跨越距离，使施工人员能据此选择合适的施工方案(如选择合适的封网装置、两侧挂点位置、初始张力等)，为架空输电线路不停电跨越施工方案提供可靠的计算依据与技术支持，能有效提高跨越安全性，降低了施工风险，保证带电跨越封网技术替代停电跨越封网的可行性，解决了因跨线停电协调困难而严重影响施工工期的困难。

Claims (4)

1.用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，其特征在于，包括：

a、建立承载索受力模型图

a1、将承载索视为荷载沿长度方向均匀分布的柔性绳索，将作用到封网装置的荷载视为均布荷载，建立承载索受力模型图；

a2、在承载索受力模型图上确定两处封网位置，并测量或计算出第一处封网起点到封网承载索首端挂点的水平距离m₁、第一处封网终点到封网承载索首端挂点的水平距离m₂、第二处封网起点到封网承载索首端挂点的水平距离m₃、第二处封网终点到封网承载索首端挂点的水平距离m₄、封网承载索档距l、承载索单位长度重量W₁、各状态下承载索封网段折算单位长度荷载W₂、分担到一根承载索的封网装置单位长度重量W_f、落网导线单位长度重量W_d、承载索弹性模量E、承载索横截面积A、承载索首末端高差角β；

b、计算

b1、档内两处封网的计算

剪力计算公式为：

其中，Q₁为封网承载索首端挂点的剪力；Q₁′和Q₂为第一处封网起点位置的剪力；Q₂′和Q₃为第一处封网终点位置的剪力；Q₃′和Q₄为第二处封网起点位置的剪力；Q₄′和Q₅为第二处封网终点位置的剪力；Q₅′为封网承载索末端挂点位置的剪力；P₁为第一处封网装置首端挂点承受的落网导线集中荷载；P₂为第一处封网装置末端承受的落网导线集中荷载；P₃为第二处封网装置首端挂点承受的落网导线集中荷载；P₄为第二处封网装置末端承受的落网导线集中荷载；

ΣM_B为所有荷载对封网承载索末端挂点的力矩之和，计算公式为：

空载状态时承载索初始张力T_o1与其它状态时承载索张力T_o2的关系式为：

其中，B₀₁和B₀₂为状态方程参数；

b11、承载索空载状态时，根据

计算出T₀₁，T_p为承载索破断张力，N为安全系数；

b12、封网装置安装后，且跨越导线落在封网装置之前

P₁＝P₂＝P₃＝P₄＝0

通过剪力计算公式计算出Q₁、Q₁′、Q₂、Q₂′、Q₃、Q₃′、Q₄、Q₄′、Q₅和Q₅′，根据状态方程

以及

W₂＝W₁+W_f，P_o1＝W₁，P_o2＝W₂，P_o3＝W₁，P_o4＝W₂，P_o5＝W₁

计算出B₀₁和B₀₂，其中，P_0i为各段承载索非空载状态时承受的均布荷载，i为从1到5的整数；

再根据空载状态时承载索初始张力T₀₁与其他状态时承载索张力T₀₂的关系式计算出T₀₂，此时的T₀₂即为封网装置安装后，且跨越导线落在封网装置之前的承载索张力；

b13、封网装置安装后，跨越导线落在封网装置上并静止状态

此时，

W₂＝W₁+W_f+W_d

P_o1＝W₁，P_o2＝W₂，P_o3＝W₁，P_o4＝W₂，P_o5＝W₁

根据剪力计算公式计算出Q₁、Q₁′、Q₂、Q₂′、Q₃、Q₃′、Q₄、Q₄′、Q₅和Q₅′，根据

计算出T₀₁，根据状态方程计算出B₀₁和B₀₂，再根据T₀₁与T₀₂的关系式计算出此状态的承载索张力T₀₂；

b14、封网装置安装后，跨越导线落在封网装置上并对封网装置造成冲击的状态

根据W_d’＝W_d K_d K_h计算出落网导线单位长度冲击重量W_d′，其中，K_d为导线落网冲击系数；K_h为导线落网不均衡系数；将W_d’替换步骤b13中的W_d，按照步骤b13计算出的T₀₂即为该状态的承载索张力；

b15、计算承载索弧垂

承载索上任意一点C的弧垂计算公式为：

其中，ΣM_B为所有荷载对封网承载索末端挂点的力矩之和，ΣM_x为C点左侧所有荷载对C点的力矩之和；T₀为不同状态下承载索张力；x为C点与封网承载索首端挂点位置的水平距离；

根据ΣM_x的计算公式

1)m₁≤x≤m₂

2)m₃≤x≤m₄

计算出ΣM_x，将步骤b12、b13和b14中计算出的三个状态下的承载索张力T₀₂以及P₁、P₂、P₃、W₁、W₂代入弧垂计算公式，即可计算出不同状态下任意点C点的承载索弧垂值；

b2、档内一处封网的计算

按照b1的步骤，取m₂＝m₃，计算得到的结果即为档内一处封网时承载索张力以及弧垂。

2.根据权利要求1所述的用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，其特征在于，步骤a1中，以封网承载索首端挂点位置为坐标原点建立二维坐标系，水平轴为x轴，竖直轴为y轴，再绘制承载索曲线以及导线架线曲线。

3.根据权利要求1所述的用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，其特征在于，步骤b11中，N取50。

4.根据权利要求1所述的用于跨越架线施工的承载索受力及弧垂计算方法，其特征在于，步骤b14中，跨越档为单回路线路时，K_d取1.67，跨越档为双回路线路时，K_d取2.89；K_h取1.2。

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