CN116089775A - 一种“以旧拖新”张力放线过程中导（地）线受力计算方法 - Google Patents

一种“以旧拖新”张力放线过程中导（地）线受力计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于输电线路施工领域。一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：查出各档导(地)线挂点的高程、档距等；步骤2：利用比例尺计算出X，Y、Y0；步骤3：确定W；步骤4：利用平抛物线法推导出各杆塔处架空线力学计算公式：Ti＝εi(T0+Wh0)+εi‑1Wh1+εi‑1Wh2+…+εWhi‑1；TE＝Ti+Whi；步骤5：h0计算方法；步骤6：计算出跨越档的水平张力；步骤7：利用力的矢量分解原理；步骤8将Ti代入步骤4中的计算公式算出导(地)线在张力机出口张力T0和牵引机入口处的牵引力TE。本发明可以解决经验法对人员工作经历及技能水平要求高和精确计算方法的前提与实际施工方法不符的问题。

Description

一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法
技术领域
本发明属于输电线路施工领域，尤其是涉及一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，所述“导(地)线”为导线或地线。
背景技术
随着中国经济的不断发展，高速公路和高速铁路里程急剧增加，从而导致线路改造工程不断增多。为了保障线下高速公路和高速铁路安全运行，按照国网公司《架空输电线路“三跨”重大反事故措施》的要求，需要对“三跨”线路进行改造，即更换安全系数更高的铁塔和导(地)线。由于“三跨”线路改造中线路走廊不会改变，故导(地)线更换一般采用“以旧拖新”(即借助牵张机，利用旧线将新线进行展放)的方法。
现行输电线路导(地)线更换施工中导(地)线受力计算方法一般采用经验法和精确计算方法。经验法对现场施工人员工作经历及技能水平要求较高；精确计算方法的前提是基于“借助牵张机，利用牵引绳来展放新线”的施工方法进行的受力计算，这与“以旧拖新”施工方法不相符，故该计算方法存在误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，可以解决经验法对人员工作经历及技能水平要求高和精确计算方法的前提与实际施工方法不符的问题。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：利用设计院提供的平断面图(CAD图)查出各档导(地)线挂点的高程、档距，并利用CAD标注功能标注出β，β为“导(地)线出放线滑车时，过导(地)线与放线滑车的接触点作放线滑车(圆形)切线，该切线与水平线的夹角；
步骤2：利用比例尺计算出跨越物与导(地)线悬挂点的水平距离X，悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离Y、导线对跨越物垂直净空距离Y0；
步骤3：向导(地)线生产厂家咨询导(地)线单位长度重量W；
步骤4：利用平抛物线法推导出各杆塔处架空线力学计算公式：
T1＝ε(T0+Wh0)
T2＝ε2(T0+Wh0)+εWh1
T3＝ε3(T0+Wh0)+ε2Wh1+εWh2
…………
Ti＝εi(T0+Wh0)+εi-1Wh1+εi-1Wh2+…+εWhi-1
TE＝Ti+Whi
其中：Ti为第i档导(地)线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力(即轴向张力)，N；
ε为导(地)线与放线滑车间的摩阻系数，一般取1.012-1.015(《110kV-750kV架空输电线路张力架线施工工艺导则》(DL/T5343-2018)中的5.3.8条和5.3.11条)；
T0为张力机出口张力，N；
h0为第0档架空线悬挂点高差，m；
W为导(地)线单位长度重量，单位为N/m；
hi为第i档架空线悬挂点高差，m；当牵引侧的悬挂点较高时hi取“+”，反之hi取“-”，当悬挂点等高时hi取0；
hi-1为第i-1档架空线悬挂点高差，m；
TE为牵引机入口处的牵引力，N；
步骤5：h0计算方法：在现场勘察时确定牵引场和张力场具体位置，并在设计院给出的平断面图上找到其位置，利用比例尺、牵引机卷筒和张力场卷筒的高度得出导(地)线在牵引机进口处和张力场出口处高程；然后与相邻杆塔导(地)线悬挂点的高程相减即可；
步骤6：计算出跨越档的水平张力，计算公式如下：
Figure BDA0003999466540000021
(障碍物靠近低悬挂点取“+”；障碍物靠近高悬挂点取“-”)；
其中，Hi为第i档水平张力，N；
L为第i档档距，m；
X为第i档跨越物与导(地)线悬挂点的水平距离，m；
Y为第i档悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离，m；
Y0为第i档导线对跨越物垂直净空距离，m；
α为第i档高差角；
步骤7：利用力的矢量分解原理，将导线与放线滑车切点牵引侧的轴向张力T分解为水平张力H和垂直方向的力，H＝T*cosβ，β为导(地)线出放线滑车时，过导(地)线与放线滑车的接触点作放线滑车(圆形)切线，该切线与水平线的夹角；
步骤8：利用步骤6中计算的第i档水平张力Hi和步骤7的公式可推导出导(地)线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力(轴向张力)Ti；将Ti代入步骤4中的计算公式算出导(地)线在张力机出口张力T0和牵引机入口处的牵引力TE。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，可以解决经验法对人员工作经历及技能水平要求高和精确计算方法的前提与实际施工方法不符的问题，同时可以通过控制牵张力来控制展放导(地)线与跨越物的距离，可以减少监护人员数量、降低施工人员作业强度。
附图说明
图1为本发明利用平抛物线法推导出各杆塔处架空线力学的示意图。
图2为本发明利用力的矢量分解原理图。
图3为本发明实施例1利用平抛物线法推导出各杆塔处架空线力学的示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，包括以下步骤：
步骤1：利用设计院提供的平断面图(CAD图)查出各档导(地)线挂点的高程、档距，并利用CAD标注功能标注出β，β为“导(地)线出放线滑车时，过导(地)线与放线滑车的接触点作放线滑车(圆形)切线，该切线与水平线的夹角；
步骤2：利用比例尺计算出跨越物与导(地)线悬挂点的水平距离X，悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离Y、导线对跨越物垂直净空距离Y0；
步骤3：向导(地)线生产厂家咨询导(地)线单位长度重量W；
步骤4：利用平抛物线法推导出各杆塔处架空线力学计算公式：
T1＝ε(T0+Wh0)
T2＝ε2(T0+Wh0)+εWh1
T3＝ε3(T0+Wh0)+ε2Wh1+εWh2
…………
Ti＝εi(T0+Wh0)+εi-1Wh1+εi-1Wh2+…+εWhi-1
TE＝Ti+Whi
其中：Ti为第i档导(地)线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力(即轴向张力)，N；
ε为导(地)线与放线滑车间的摩阻系数，一般取1.012-1.015(《110kV-750kV架空输电线路张力架线施工工艺导则》(DL/T5343-2018)中的5.3.8条和5.3.11条)；
T0为张力机出口张力，N；
h0为第0档架空线悬挂点高差，m；
W为导(地)线单位长度重量，单位为N/m；
hi为第i档架空线悬挂点高差，m；当牵引侧的悬挂点较高时hi取“+”，反之取“-”，当悬挂点等高时hi取0；一个档距里面有两基杆塔，牵引侧的杆塔指的是靠近牵引场的那基杆塔，该塔导(地)，线悬挂点高程大于另一基杆塔导(地)线悬挂点高程时，取“+”；
hi-1为第i-1档架空线悬挂点高差，m；
TE为牵引机入口处的牵引力，N；
步骤5：h0计算方法：在现场勘察时确定牵引场和张力场具体位置，并在设计院给出的平断面图上找到其位置，利用比例尺、牵引机卷筒和张力场卷筒的高度得出导(地)线在牵引机进口处和张力场出口处高程；然后与相邻杆塔导(地)线悬挂点的高程相减即可；
步骤6：计算出跨越档的水平张力，计算公式如下：
Figure BDA0003999466540000041
(障碍物靠近低悬挂点取“+”；障碍物靠近高悬挂点取“-”)；
其中，Hi为第i档水平张力，N；
L为第i档档距，m；
X为第i档跨越物与导(地)线悬挂点的水平距离，m；
Y为第i档悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离，m；
Y0为第i档导线对跨越物垂直净空距离，m；
α为第i档高差角；
步骤7：利用力的矢量分解原理，将导线与放线滑车切点牵引侧的轴向张力T分解为水平张力H和垂直方向的力，H＝T*cosβ，β为“导(地)线出放线滑车时，过导(地)线与放线滑车的接触点作放线滑车(圆形)切线，该切线与水平线的夹角{或者称：β为放线滑车出口处导(地)线所受合力与其在水平方向上的分量的夹角}；如图2所示；
步骤8：利用步骤6中计算的第i档水平张力Hi和步骤7的公式可推导出导(地)线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力(即轴向张力)Ti；将Ti代入步骤4中的计算公式算出导(地)线在张力机出口张力T0和牵引机入口处的牵引力TE。
实施例1
如图3所示，某线路改造工程，改造段为#4-#7，旧导线型号为JL/G1A-240/30；新导线型号为JL/G1A-300/40钢芯铝绞线，牵引场设在#4，张力场设在#7，经查设计院提供的平断面图可知：(1)#4-#5档距为260.000m，#5-#6档距为166.000m，#6-#7档距为169.000m；(2)#4杆塔导线悬挂点的高程为127.373m，#5杆塔导线悬挂点的高程为128.000m，#6杆塔导线悬挂点的高程为128.000m，#7杆塔导线悬挂点的高程为115.349m；导线在张力机出口处高程为93.549m，导线在牵引机进口处高程为115.373m；(3)#4-#5跨越一条高速公路，利用CAD标注功能标注出跨越档的导线出放线滑车时与水平面的夹角β为2°25’，利用比例尺计算出跨越物与#5杆塔导线悬挂点的水平距离X为25m，悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离Y为24米、导线对跨越物垂直净空距离Y0为22.59m。导线更换采用“以旧拖新”的方式进行，计算张力放线过程中导线在牵张两场处受力。
解：(1)JL/G1A-240/30(旧导线)的自重W0为9.222N/m。
JL/G1A-300/40(新导线)的自重W1为11.33N/m。
(2)#4杆塔导线悬挂点的高程为127.373m，#5杆塔导线悬挂点的高程为128.000m，#6杆塔导线悬挂点的高程为128.000m，#7杆塔导线悬挂点的高程为115.349m；
张力机--#7架空线悬挂点高差h0＝115.349-93.549＝21.800m；
#6-#7架空线悬挂点高差h1＝128.000-115.349＝12.651m；
#5-#6架空线悬挂点高差h2＝128.000-128.000＝0.000m；
#4-#5架空线悬挂点高差h3＝127.373-128.000＝-0.627m；
牵引机--#4架空线悬挂点高差h4＝115.373-127.373＝-12.000m
(3)跨越物与#5杆塔水平距离为25m，与#4杆塔水平距离为235m，由此可判断障碍物靠近#5杆塔；
#4杆塔导线悬挂点的高程为127.373m，#5杆塔导线悬挂点的高程为128.000m，由此可判断#5杆塔导线悬挂点高。
高差角α＝arctan(h3|/L)＝arctan(0.627/260)＝0°8'17.41”
综上可知跨越物靠近高悬挂点，故跨越档#4-#5的水平张力：
Figure BDA0003999466540000051
障碍物靠近高悬挂点取“-”，带入相关数据可得：
Figure BDA0003999466540000052
(4)跨越档#4-#5导线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力(即轴向张力):
Figure BDA0003999466540000053
由于#4-#5跨越高速公路，故在张力放线过程中，导线对高速公路必须保持足够的安全距离，此时须计算牵张两场处的牵张力以保证安全距离。
张力放线工况下，张力机处是新导线，牵引机处是旧导线，因此张力机出口张力T0需要使用JL/G1A-300/40(新导线)的自重W1，牵引机入口处的牵引力TE需要使用JL/G1A-240/30(旧导线)的自重W0。
1、根据步骤4可知T3＝ε3(T0+Wh0)+ε2Wh1+εWh2，带入相应数据：T3＝24680.522N；ε＝1.015，h0＝21.800m；h1＝12.651m；h2＝0.000m；h3＝-0.627m；W1＝11.33N/m可得:
24680.522＝1.0153*(T0+11.33*21.8)+1.0152*11.33*12.651+1.015*11.33*0.00
则张力机出口张力T0＝23214.191N
2、W0为9.222N/m，牵引机入口处的牵引力TE计算
TE＝T4+W0h4＝ε4(T0+W0h0)+ε3W0h1+ε2W0h2+εW0h3+W0h4
＝1.0154*(23214.191+9.222*21.8)+1.0153*9.222*12.651+1.0152*9.222*0.00+1.015*9.222*(-0.627)+9.222*(-12.000)＝24857.536N
故只要将张力机出口张力设置为23214.191N，牵引机入口处的牵引力设置为24857.536N，即可在保证导线对高速公路保持安全距离的前提下，按照设计弧垂一次性将导线展放到位。

Claims (1)

1.一种“以旧拖新”张力放线过程中导(地)线受力计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：利用设计院提供的平断面图查出各档导(地)线挂点的高程、档距，并利用CAD标注功能标注出β，β为“导(地)线出放线滑车时，过导(地)线与放线滑车的接触点作放线滑车(圆形)切线，该切线与水平线的夹角；
步骤2：利用比例尺计算出跨越物与导(地)线悬挂点的水平距离X，悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离Y、导线对跨越物垂直净空距离Y0；
步骤3：向导(地)线生产厂家咨询导(地)线单位长度重量W；
步骤4：利用平抛物线法推导出各杆塔处架空线力学计算公式：
Ti＝εi(T0+Wh0)+εi-1Wh1+εi-1Wh2+…+εWhi-1
TE＝Ti+Whi
其中：Ti为第i档导(地)线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力，N；
ε为导(地)线与放线滑车间的摩阻系数，取1.012-1.015；
T0为张力机出口张力，N；
h0为第0档架空线悬挂点高差，m；
W为导(地)线单位长度重量，单位为N/m；
hi为第i档架空线悬挂点高差，m；当牵引侧的杆塔导(地)线悬挂点较高时hi取“+”，反之hi取“-”，当悬挂点等高时hi取0；
TE为牵引机入口处的牵引力，N；
步骤5：h0计算方法：在现场勘察时确定牵引场和张力场具体位置，并在设计院给出的平断面图上找到其位置，利用比例尺、牵引机卷筒和张力场卷筒的高度得出导(地)线在牵引机进口处和张力场出口处高程；然后与相邻杆塔导(地)线悬挂点的高程相减即可；
步骤6：计算出跨越档的水平张力，计算公式如下：
Figure FDA0003999466530000011
障碍物靠近低悬挂点取“+”；障碍物靠近高悬挂点取“-”；
其中，Hi为第i档水平张力，N；
L为第i档档距，m；
X为第i档跨越物与导(地)线悬挂点的水平距离，m；
Y为第i档悬挂点到跨越物顶部的垂直净空距离，m；
Y0为第i档导线对跨越物垂直净空距离，m；
α为第i档高差角；
步骤7：利用力的矢量分解原理，将导线与放线滑车切点牵引侧的轴向张力T分解为水平张力H和垂直方向的力，H＝T*cosβ，β为导(地)线出放线滑车时，过导(地)线与放线滑车的接触点作放线滑车切线，该切线与水平线的夹角；
步骤8：利用步骤6中计算的第i档水平张力Hi和步骤7的公式可推导出导(地)线与放线滑车切点牵引侧的导(地)线所受合力Ti；将Ti代入步骤4中的计算公式算出导(地)线在张力机出口张力T0和牵引机入口处的牵引力TE。
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