本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，具體涉及電力輸送領(lǐng)域，特別是一種架空輸電線路的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)以及架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

架空輸電線路(以下簡稱線路)是電網(wǎng)的重要組成部分，直接關(guān)系到電能的安全輸送和國民經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前，架空輸電線路通過導(dǎo)線輸送電力，為了支撐導(dǎo)線，地面上設(shè)置支撐塔，導(dǎo)線通過支撐塔支撐，在導(dǎo)線上方，還設(shè)有地線，以避免導(dǎo)線直接受到雷擊。由于架空輸電線路需要長距離輸送電力，因此，在輸電線路上，需要數(shù)目眾多的支撐塔，一個(gè)架空輸電線路有可能需要成百上千個(gè)支撐塔。

現(xiàn)有的架空輸電線路一般采用直線塔1的安裝結(jié)構(gòu)，例如，如圖1和圖2所示，導(dǎo)線3通過懸垂絕緣子8以懸垂方式連接在橫擔(dān)5上，地線2通過地線絕緣子6以懸垂方式連接在地線支架4上，這種直線塔的安裝結(jié)構(gòu)當(dāng)遇到惡劣的雨雪冰凍天氣時(shí)，導(dǎo)線和地線覆冰導(dǎo)致直線塔的地線支架、橫擔(dān)或塔身主體發(fā)生倒塌，從而引起架空輸電線路上一系列的支撐塔的倒塌，嚴(yán)重的破壞了電力輸送。

雖然，支撐塔可以采用耐張塔，可以通過采用耐張塔的安裝方式來使得導(dǎo)線和地線都通過水平方式或開耐張方式連接，以增加架空輸電線路的機(jī)械穩(wěn)固性，但是，耐張塔的建造需要更大的地基，而且耐張塔的成本是直線塔的成本的至少2倍以上，因此，如果整條架空輸電線路采用耐張塔的安裝方式，將是資金耗費(fèi)巨大，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

雖然，可以不改變支撐塔與導(dǎo)線和地線的安裝方式，而采用提高支撐塔的整體抗冰等級作為提高架空輸電線路抗冰能力的措施，但支撐塔整體抗冰等級的提高是針對導(dǎo)線和地線上的機(jī)械荷載同時(shí)實(shí)施的，因此，整體提高支撐塔的抗冰等級仍然資金耗費(fèi)巨大，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題：無論是整體提高支撐塔的抗冰等級而不改變支撐塔與導(dǎo)線和地線的安裝方式，還是所有支撐塔均采用耐張塔來安裝導(dǎo)線和地線，資金均耗費(fèi)巨大，性價(jià)比低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種架空輸電線路的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)以及架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有提高架空輸電線路抗冰能力措施(包括所有支撐塔均采用耐張塔來安裝導(dǎo)線和地線，或整體提高支撐塔的抗冰等級而不改變支撐塔與導(dǎo)線和地線的安裝方式)資金耗費(fèi)巨大，性價(jià)比低的問題。

為此，本發(fā)明提出一種架空輸電線路的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)，所述架空輸電線路的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)包括：

直線塔；

安裝在所述直線塔上的地線；

安裝在所述直線塔上并位于所述地線下方的導(dǎo)線；

所述地線采用水平方式或開耐張方式連接在所述直線塔上，所述導(dǎo)線采用懸垂方式連接在所述直線塔上。

進(jìn)一步地，所述地線與直線塔通過耐張線夾實(shí)現(xiàn)水平方式連接。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)線通過懸垂絕緣子和懸垂線夾連接在所述直線塔上。

進(jìn)一步地，所述耐張線夾與所述地線的連接處為第一連接點(diǎn)，所述耐張線夾通過金具與所述直線塔連接，所述金具與所述直線塔的連接處為第二連接點(diǎn)，在所述第一連接點(diǎn)處，所述直線塔對所述地線的拉力方向?yàn)檠刂龅鼐€的切線方向。

進(jìn)一步地，所述第一連接點(diǎn)與所述第二連接點(diǎn)的連線為近似水平方向或者為沿著所述地線的切線方向。

進(jìn)一步地，所述地線通過預(yù)絞式耐張線夾連接在所述直線塔上。

進(jìn)一步地，所述地線通過耐張線夾和地線絕緣子連接在所述直線塔上。

本發(fā)明還提出一種架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)，所述架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)包括：

兩個(gè)耐張塔，分別設(shè)置在所述架空輸電線路的耐張段的兩端；

設(shè)置在兩個(gè)耐張塔之間的直線塔，所述直線塔的數(shù)目至少為一個(gè)；

地線，通過水平方式或開耐張方式連接在所述直線塔以及所述耐張塔上；

導(dǎo)線，采用懸垂方式連接在所述直線塔上，采用水平方式或開耐張方式連接在所述耐張塔上。

進(jìn)一步地，所述直線塔的數(shù)目為多個(gè)，所述地線通過水平方式或開耐張方式連接在相鄰的兩個(gè)所述直線塔之間，所述導(dǎo)線采用懸垂方式連接在相鄰的兩個(gè)所述直線塔之間。

本發(fā)明還提出另外一種架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)，所述架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)包括：

第一直線塔和第二直線塔；

地線，通過水平方式或開耐張方式連接在所述第一直線塔上；通過懸垂方式連接在所述第二直線塔上；

導(dǎo)線，采用懸垂方式連接在第一直線塔和第二直線塔上。

通過改變直線塔上地線與直線塔的連接方式，即通過將地線采用水平方式或開耐張方式與直線塔的地線支架連接，并相應(yīng)增大地線支架和直線塔的機(jī)械負(fù)荷承載能力，避免地線覆冰后地線順線路方向的偏移，防止地線大幅度向?qū)Ь€靠近，最終避免導(dǎo)地線之間的放電、地線斷線甚至倒塔事故的發(fā)生。

附圖說明

圖1為主視方向的現(xiàn)有的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為側(cè)視方向的現(xiàn)有的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為主視方向的本發(fā)明的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為側(cè)視方向的本發(fā)明的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的第一種架空地線的水平連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的第二種架空地線的水平連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的第三種架空地線的水平連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明第一實(shí)施例的架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例的架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號說明：

1直線塔 2地線 3導(dǎo)線 4地線支架 5橫擔(dān) 6地線絕緣子 7預(yù)絞式耐張線夾 8懸垂絕緣子 9耐張塔 10耐張絕緣子 21第一連接點(diǎn) 22第二連接點(diǎn) 11第一直線塔 12第二直線塔

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，現(xiàn)有的架空輸電線路采用直線塔1的安裝結(jié)構(gòu)，在遇到惡劣的雨雪冰凍氣象條件時(shí)，導(dǎo)線和地線覆冰導(dǎo)致導(dǎo)地線放電、導(dǎo)地線斷線、直線塔的地線支架損傷、橫擔(dān)損傷或塔身主體發(fā)生倒塌，從而引起架空輸電線路上一系列的支撐塔的倒塌，嚴(yán)重的破壞了電力輸送。目前，輸電領(lǐng)域的普遍看法是：整體提高支撐塔的抗冰等級而不改變支撐塔與導(dǎo)線和地線的安裝方式，或采用耐張塔代替直線塔，均涉及過大的投資，以500kV單回線路為例：一基直線塔的重量約10t，而一基耐張塔的重量約30t。一條輸電線路要用到成百上千座耐張塔，則費(fèi)用龐大，難以承受。

發(fā)明人在對架空輸電線路進(jìn)行多年的研究的基礎(chǔ)上，分析了雨雪冰凍氣象條件可導(dǎo)致線路放電、斷線和倒塔的各種原因和各種原因所起的作用程度，克服了傳統(tǒng)的技術(shù)偏見。下面是發(fā)明人的研究過程：

2005年華中電網(wǎng)遭遇50年一遇冰災(zāi)，2008年國家電網(wǎng)華中、華東區(qū)域和南方電網(wǎng)部分區(qū)域遭遇百年一遇冰災(zāi)。2015年11月至12月，內(nèi)蒙古中東部、華北(河北中北部、北京、天津)、東北(吉林、遼寧)受冷空氣影響出現(xiàn)大范圍降雪或雨夾雪，局地暴雪，新增積雪深度5至15cm，山區(qū)可達(dá)50cm，部分地區(qū)氣溫驟降10℃以上，導(dǎo)致大量500kV線路跳閘，并造成多處地線支架損壞變形、多條500kV線路和220kV線路的架空地線(含光纖復(fù)合架空地線OPGW)斷線。此次故障涉及華北多條500kV重要輸電通道，已威脅北京供電，是近30年來華北電網(wǎng)遭受的最嚴(yán)重冰災(zāi)。下面以2015年華北冰災(zāi)中的國網(wǎng)冀北公司為例，具體分析故障過程及原理：

(1)覆冰：雨雪冰凍氣象條件可導(dǎo)致線路的導(dǎo)、地線覆冰雪，在溫度-5℃～0℃，相對濕度>95％，風(fēng)速<5m/S的氣象條件下覆冰雪情況相對嚴(yán)重，2005年、2008年的華中冰災(zāi)及2015年的華北冰災(zāi)氣象條件均與此相符。

(2)放電1：一般運(yùn)行條件下(如：平均溫工況)，線路的直線塔兩側(cè)地線上的張力是相等的，懸掛地線的金具及地線絕緣子(僅分段絕緣、單點(diǎn)接地的地線(簡稱絕緣地線)使用地線絕緣子)呈豎直狀態(tài)。但在雨雪冰凍氣象條件下，當(dāng)兩側(cè)地線不均勻覆冰雪，或雖然均勻覆冰雪但兩側(cè)檔距相差較大時(shí)，直線塔兩側(cè)地線上將產(chǎn)生張力差(即縱向不平衡張力)，導(dǎo)致地線從張力小的一側(cè)向張力大的一側(cè)偏移，且地線金具及(或)地線絕緣子相應(yīng)地向張力大的一側(cè)傾斜，而這種地線的偏移將導(dǎo)致張力較大側(cè)的地線弧垂大幅度增大，如：某500kV線路地線覆冰20mm，地線偏移0.5m時(shí),弧垂增大3.4m，達(dá)6.8倍。地線弧垂的大幅度增大致使導(dǎo)地線間距縮小，當(dāng)該距離不能承受線路運(yùn)行電壓時(shí)將導(dǎo)致導(dǎo)地線放電。這種由覆冰直接導(dǎo)致地線偏移造成的放電跳閘共計(jì)20次，占比80％。

(3)放電2：地線覆冰雪導(dǎo)致地線張力增大且如(2)所述可在直線塔上產(chǎn)生張力差，致使地線支架承受更大的垂直荷載(在承受地線自身重量的基礎(chǔ)上增加了覆冰重量)和縱向不平衡張力。當(dāng)?shù)鼐€支架不能承受上述增加的機(jī)械荷載時(shí)，將導(dǎo)致支架損傷變形并偏向張力更大的一側(cè)，而地線支架的偏移與(2)中地線直接偏移的效果是相同的，均導(dǎo)致地線弧垂大幅度增大，導(dǎo)地線間距大幅度縮小并放電跳閘。這種覆冰直接導(dǎo)致的地線偏移+地線支架損傷偏移造成放電跳閘3次，占比12％。

(4)放電3：如(2)所述，地線覆冰雪可在直線塔上產(chǎn)生張力差，當(dāng)該縱向不平衡張力超過地線懸垂線夾的握力時(shí)，地線將在懸垂線夾中松脫并產(chǎn)生位移，偏移向地線張力較大的一側(cè)，而地線在懸垂線夾中的位移與(2)中地線直接偏移的效果是相同的，均導(dǎo)致地線弧垂大幅度增大，導(dǎo)地線間距大幅度縮小并放電跳閘。這種覆冰直接導(dǎo)致的地線偏移+地線在懸垂線夾中的位移造成放電跳閘1次。

(2)～(4)的導(dǎo)地線放電次數(shù)占2015年冀北冰災(zāi)跳閘的96％。上述導(dǎo)地線放電均為架空地線覆冰雪導(dǎo)致縱向不平衡張力，并使地線順線路方向偏移所致，其中地線支架的損傷變形和地線在懸垂線夾中的位移也是該縱向不平衡張力造成的。此外，導(dǎo)線或地線覆冰后的脫冰跳躍也可能是造成導(dǎo)地線間距大幅度縮小、導(dǎo)地線放電的原因之一。

(5)斷線：2015年冀北冰災(zāi)中發(fā)生3起500kV和1起220kV線路的地線斷線事故，且出現(xiàn)5處地線斷股缺陷，地線斷線和斷股處均有大電弧燒蝕熔融痕跡且與線路跳閘故障測距相吻合，即斷線、斷股處同時(shí)也是導(dǎo)地線放電處。

《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊》指出：電壓等級越高，導(dǎo)線截面越大，運(yùn)行可靠性越高，斷線概率越低；而相比于導(dǎo)線，地線截面小，運(yùn)行可靠性相對偏低，斷線概率相對偏高。正因如此，線路設(shè)計(jì)規(guī)程雖然規(guī)定導(dǎo)線、地線最大運(yùn)行張力的安全系數(shù)均為2.5，但實(shí)際設(shè)計(jì)中地線安全系數(shù)取值往往高于導(dǎo)線，取3～4。如此高的安全系數(shù)，但在雨雪冰凍氣象條件下導(dǎo)地線放電卻仍然頻繁造成地線斷線、斷股，這是以下2方面原因共同作用的結(jié)果：①一方面，地線因覆冰導(dǎo)致張力大幅度增大。以某500kV線路為例，地線覆冰由10mm增至20mm時(shí)，地線張力由24.0kN增至40.7kN，增幅70％。②另一方面，導(dǎo)地線放電產(chǎn)生的高溫使局部地線強(qiáng)度大幅度下降。根據(jù)地線斷口的高溫熔融痕跡確定斷口處至少承受了500℃以上的高溫，這是導(dǎo)地線放電產(chǎn)生的高溫電弧所致，而在此溫度下鋼材的機(jī)械強(qiáng)度可下降50％以上。但無論是單一的高溫導(dǎo)致強(qiáng)度大幅度下降還是單一的覆冰導(dǎo)致張力大幅度上升，按地線設(shè)計(jì)安全系數(shù)計(jì)算均難以導(dǎo)致斷線；只有2個(gè)因素共同作用才可導(dǎo)致地線殘余強(qiáng)度不能承受張力而斷線。此外，跳閘后重合不成導(dǎo)致的二次高溫灼燒可能也是地線斷線原因之一。事實(shí)上線路運(yùn)行中導(dǎo)地線時(shí)常因雷擊、異物等原因發(fā)生放電并產(chǎn)生高溫電弧，但很少造成地線斷線，這主要是雷擊、異物等其它形式的放電發(fā)生時(shí)地線張力仍然處于較低狀態(tài)(如：平均溫工況)，雖然放電產(chǎn)生局部高溫、地線強(qiáng)度大幅度下降，但其殘余強(qiáng)度仍然能夠承受該正常張力而不斷線。

(6)倒塔：當(dāng)線路支撐塔承受的垂直荷載或縱向不平衡張力超過設(shè)計(jì)閾值時(shí)，可能造成倒塔，其中縱向不平衡張力對于支撐塔的威脅相對大于垂直荷載。嚴(yán)重雨雪冰凍氣象條件下，線路倒塔一般是成串發(fā)生的，其中承受縱向不平衡張力較弱的某一基直線塔往往成為倒塔起始點(diǎn)，該倒塔又通過導(dǎo)線和地線使相鄰直線塔上形成縱向不平衡張力而進(jìn)一步倒塔，并形成連鎖反應(yīng)，即順序逐基倒塔，直至承受縱向不平衡張力較強(qiáng)的耐張塔為止。

作為成串倒塔起始點(diǎn)的直線塔，倒塔原因可能包括：(a)支撐塔兩側(cè)導(dǎo)地線所覆冰雪形成的垂直荷載超過設(shè)計(jì)閾值而壓垮支撐塔；(b)支撐塔兩側(cè)的導(dǎo)線或地線不均勻覆冰雪形成的縱向不平衡張力超過設(shè)計(jì)閾值，該縱向不平衡張力一般是靜態(tài)的，以彎曲荷載及(或)扭轉(zhuǎn)荷載的形式作用于支撐塔并使其傾倒。(c)支撐塔一側(cè)的導(dǎo)線或地線斷線形成的縱向不平衡張力超過設(shè)計(jì)閾值，該縱向不平衡張力有一個(gè)動態(tài)的沖擊過程，對于支撐塔的威脅相對更大。

綜合2015年華北冰災(zāi)、2005、2008年華中冰災(zāi)及歷次雨雪冰凍氣象條件下的線路故障情況，可以得出2個(gè)結(jié)論：

結(jié)論1：地線(含地線支架、地線連接方式等)是雨雪冰凍氣象條件下架空輸電線路的薄弱點(diǎn)，是造成導(dǎo)地線放電跳閘(冰災(zāi)中的線路跳閘主要包括絕緣子覆冰雪閃絡(luò)和導(dǎo)地線放電兩部分，緊湊型線路則包括部分相間放電)、地線斷線、倒塔的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。具體如下：

①雨雪冰凍氣象條件下，直線塔兩側(cè)地線覆冰導(dǎo)致的縱向不平衡張力→地線順線路方向的偏移→弧垂的大幅度變化→導(dǎo)地線放電跳閘是極易發(fā)生且占比很高的故障形式(注：不排除地線支架損傷變形、地線在懸垂線夾中松脫移位、導(dǎo)地線脫冰跳躍在部分放電中的作用)。

②雨雪冰凍氣象條件下，地線形成的縱向不平衡張力不僅易造成導(dǎo)地線放電跳閘，且在放電高溫導(dǎo)致的強(qiáng)度降低和地線覆冰導(dǎo)致的張力增大2個(gè)因素共同作用下(注：二者缺一不可)可進(jìn)一步導(dǎo)致地線斷線。雖然導(dǎo)地線放電同時(shí)涉及地線和導(dǎo)線，但地線斷線的概率大大高于導(dǎo)線斷線，導(dǎo)線外徑遠(yuǎn)大于地線是產(chǎn)生該差異的主要原因(與導(dǎo)線散熱面積大及外層鋁股對內(nèi)層鋼芯的隔熱保護(hù)作用有關(guān))。

③雨雪冰凍氣象條件下，地線上的縱向不平衡張力導(dǎo)致的地線斷線是引發(fā)倒塔的直接原因之一。原理如下：如前所述，冰災(zāi)中導(dǎo)地線放電導(dǎo)致地線斷線的概率大大高于導(dǎo)線斷線；而一側(cè)地線斷線形成的動態(tài)不平衡張力對于支撐塔的沖擊破壞效果大于兩側(cè)地線不均勻覆冰形成的靜態(tài)不平衡張力。因此，在直線塔承受的垂直荷載和縱向不平衡張力已接近設(shè)計(jì)閾值時(shí)，由地線斷線直接引發(fā)第一基直線塔倒塔的概率相對較大。

④雨雪冰凍氣象條件下，地線上的縱向不平衡張力導(dǎo)致的導(dǎo)地線放電是后續(xù)大量倒塔斷線的重要間接原因。原理如下：地線上的縱向不平衡張力易造成地線弧垂的大幅度下降、導(dǎo)地線放電跳閘，而且因重合成功率低易導(dǎo)致線路停運(yùn)。在嚴(yán)重雨雪冰凍氣象條件下，線路停運(yùn)意味著導(dǎo)線停止傳輸電流，停止阻性發(fā)熱，從而加速導(dǎo)線的覆冰速度，使導(dǎo)線張力急劇增大，當(dāng)支撐塔承受的垂直荷載及(或)可能形成的縱向不平衡張力超過線路設(shè)計(jì)閾值時(shí)將引發(fā)倒塔。

結(jié)論2：嚴(yán)重雨雪冰凍氣象條件下，大多數(shù)倒塔和斷線屬于第一基倒塔引發(fā)的連鎖反應(yīng)，第一基倒塔一般為承受縱向不平衡張力較弱的直線塔，而后續(xù)的順序逐基倒塔和斷線一般止于承受縱向不平衡張力較強(qiáng)的耐張塔。

作為架空線路主要故障形式之一的冰災(zāi)早已存在，國內(nèi)外均進(jìn)行了大量研究，特別是2005年和2008年的特大電網(wǎng)冰災(zāi)更是受到空前的高度重視。在上述背景下，我們認(rèn)為國內(nèi)電網(wǎng)仍然未充分意識到架空地線是線路冰災(zāi)的薄弱點(diǎn)且未給予足夠重視，原因如下：

(1)雨雪冰凍氣象條件下，線路跳閘主要包括2部分：絕緣子覆冰雪閃絡(luò)跳閘和地線上的縱向不平衡張力造成的導(dǎo)地線放電跳閘。過去電網(wǎng)外絕緣配置普遍偏低，因此絕緣子覆冰雪閃絡(luò)占比較大、甚至遠(yuǎn)大于導(dǎo)地線放電，致使占比相對較小的、由地線引發(fā)的導(dǎo)地線放電被掩蓋和淹沒，部分運(yùn)維人員甚至習(xí)慣性地將雨雪天氣中的單相接地故障均武斷地判定為絕緣子閃絡(luò)。

(2)2008年的百年一遇冰災(zāi)導(dǎo)致華中電網(wǎng)21條500kV線路出現(xiàn)319基倒塔，其中大部分屬于第一基倒塔之后的連鎖倒塔，僅少數(shù)屬于成串倒塔的起始點(diǎn)。如前所述，雨雪冰凍氣象條件下，地線上的縱向不平衡張力導(dǎo)致的地線斷線可能成為引發(fā)第一基倒塔的直接原因，但在重大冰災(zāi)中，隨著第一基倒塔的發(fā)生，后續(xù)往往伴隨少則數(shù)基、多則數(shù)十基的連鎖倒塔及大量導(dǎo)線斷線。在事故搶修和分析中，眾多高大的倒塔和粗大的斷裂導(dǎo)線成為關(guān)注焦點(diǎn)，恢復(fù)供電的迫切需求也使搶修成為第一要務(wù)，而相對細(xì)小的地線則不在重點(diǎn)關(guān)注之列——這是冰災(zāi)中架空地線的負(fù)面作用被忽視的原因之二，也是一個(gè)不小的失誤，事實(shí)上雖然導(dǎo)線斷線形成的縱向不平衡張力遠(yuǎn)大于地線，一旦斷線可對支撐塔造成更大的沖擊；但地線發(fā)生斷線并對支撐塔造成實(shí)際沖擊的概率則大于導(dǎo)線。

(3)設(shè)計(jì)方面的2個(gè)小疏漏是冰災(zāi)中架空地線的負(fù)面作用被忽視的原因之三，一定程度上構(gòu)成了雨雪冰凍氣象條件下的線路運(yùn)行隱患。

①歷次冰災(zāi)中，相關(guān)人員雖然認(rèn)識到導(dǎo)地線上的縱向不平衡張力是直接導(dǎo)致倒塔的重要原因，但卻普遍忽視了不平衡張力也是引發(fā)導(dǎo)地線偏移→弧垂大幅度變化→導(dǎo)地線放電跳閘的主要原因，而誤認(rèn)為弧垂的大幅度變化均為導(dǎo)地線均勻覆冰(即無縱向不平衡張力)條件下的彈性伸長所致，而該條件下需要更大的覆冰量才可引發(fā)導(dǎo)地線放電，以發(fā)生導(dǎo)地線放電的某500kV線路為例，按照地線上僅有覆冰垂直荷載的常規(guī)應(yīng)力-弧垂計(jì)算方法，則當(dāng)?shù)鼐€均勻覆冰達(dá)到40mm時(shí)導(dǎo)地線才有放電危險(xiǎn)，而40mm的覆冰量遠(yuǎn)大于實(shí)際冰區(qū)等級；只有按照地線上同時(shí)存在覆冰垂直荷載和縱向不平衡張力的條件進(jìn)行計(jì)算，才可得到覆冰量-地線弧垂-導(dǎo)地線放電的正確結(jié)果——這是多年來冰災(zāi)分析中反復(fù)糾纏于冰區(qū)劃分和覆冰取值合理與否、要求大幅度提高抗冰等級的重要原因。

②設(shè)計(jì)單位在計(jì)算、比較導(dǎo)地線覆冰條件下的應(yīng)力-弧垂時(shí)，所取機(jī)械強(qiáng)度均為常溫參數(shù)，并未考慮導(dǎo)地線放電時(shí)的短時(shí)高溫可導(dǎo)致地線局部強(qiáng)度大幅度下降，因此計(jì)算結(jié)果往往是覆冰不足以導(dǎo)致地線斷線，與實(shí)際運(yùn)行中頻繁斷線的結(jié)果大相徑庭，以發(fā)生地線斷線的某500kV線路為例，當(dāng)?shù)鼐€均勻覆冰達(dá)到30mm時(shí)才有斷線危險(xiǎn)，而30mm的覆冰量遠(yuǎn)大于冰區(qū)等級，是不可能出現(xiàn)的——這也是多年來冰災(zāi)分析中糾纏于冰區(qū)劃分和覆冰取值合理與否、要求大幅度提高抗冰等級的重要原因。

2015年11-12月，華北電網(wǎng)遭遇30年來最嚴(yán)重冰災(zāi)，同時(shí)其嚴(yán)重程度又明顯低于2008年華中區(qū)域的百年一遇冰災(zāi)，恰到好處的輕重程度使我們能夠挖掘出一些以往認(rèn)識不到位的問題，即地線是雨雪冰凍氣象條件下或冰災(zāi)中架空輸電線路的薄弱點(diǎn)、甚至是關(guān)鍵薄弱點(diǎn)。

相對成熟的架空線路防冰災(zāi)技術(shù)可分為2類：(a)提高線路自身抗冰能力；(b)使線路免于承受較大的覆冰荷載。

第1類技術(shù)——提高線路自身抗冰能力

(1)調(diào)整、提高冰區(qū)等級(如：10mm冰區(qū)提高至15mm冰區(qū))，然后依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)程相應(yīng)提高區(qū)域內(nèi)線路的整體抗冰水平，重點(diǎn)是全面提高支撐塔和基礎(chǔ)的機(jī)械強(qiáng)度。具體設(shè)計(jì)方法是按照調(diào)整的冰區(qū)等級提高導(dǎo)地線上的覆冰厚度(如：由10mm提高至15mm)，然后計(jì)算支撐塔承受的垂直荷載和水平荷載，上述荷載主要來自于覆冰的導(dǎo)地線，其中水平荷載主要指縱向不平衡張力對支撐塔形成的彎曲荷載、扭轉(zhuǎn)荷載等，要求支撐塔能夠承受上述因調(diào)整導(dǎo)地線覆冰厚度而增大的荷載。該措施的缺點(diǎn)是工程投資大幅度增加，已到了難以承受的地步，國家電網(wǎng)公司因此提倡線路的差異化抗冰設(shè)計(jì)理念，以減少投入并確保重要輸電通道的安全。

上述工程投資的大幅度增加主要源自于導(dǎo)線，以某500kV線路為例：導(dǎo)線截面630mm²×4，安全系數(shù)2.5；地線截面150mm²，安全系數(shù)3.8；20mm覆冰工況下，單相導(dǎo)線張力59.5kN×4＝238kN，單根地線張力23.8kN，前者為后者的10倍，即單相導(dǎo)線形成的縱向不平衡張力可達(dá)單根地線的10倍，而三相導(dǎo)線形成的垂直荷載為2根地線的15倍。因此，為提高源自于導(dǎo)線的荷載所需投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地線。

(2)針對冰災(zāi)中暴露的線路薄弱點(diǎn)而修改設(shè)計(jì)規(guī)程，以提高線路某一方面的抗冰水平，如：2005和2008年華中冰災(zāi)后，國家電網(wǎng)公司制定了《中重冰區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(Q/GDW182-2008)，以重點(diǎn)提高支撐塔的抗縱向不平衡張力。具體如下：

(a)新規(guī)程增加了兩側(cè)導(dǎo)地線不均勻覆冰時(shí)，支撐塔的抗縱向不平衡張力，設(shè)計(jì)參數(shù)為一側(cè)導(dǎo)地線按100％覆冰，另一側(cè)按75％覆冰；原規(guī)程則不考慮不均勻覆冰產(chǎn)生的縱向不平衡張力。

(b)新規(guī)程提高了一側(cè)導(dǎo)線或地線斷線時(shí)，支撐塔的抗縱向不平衡張力，即提高了導(dǎo)線或地線斷線張力，設(shè)計(jì)參數(shù)分以下2種，結(jié)果取其中高者。

(b-1)新規(guī)程的地線斷線張力按100％的最大使用張力計(jì)算，原規(guī)程的地線斷線張力按50％的最大使用張力計(jì)算，即地線斷線形成的縱向不平衡張力提高了一倍。

(b-2)新規(guī)程的導(dǎo)線或地線斷線張力按未斷線側(cè)導(dǎo)線或地線100％覆冰計(jì)算，原規(guī)程則按未斷線側(cè)導(dǎo)線或地線無覆冰計(jì)算。

(c)考慮到一般情況下地線中無電流；而導(dǎo)線因輸送電能產(chǎn)生阻性發(fā)熱可延緩覆冰，因此新規(guī)程要求在相同冰區(qū)等級條件下，地線覆冰按比導(dǎo)線提高5mm設(shè)計(jì)，而原規(guī)程不考慮導(dǎo)、地線的覆冰差異。

如前所述，設(shè)計(jì)單位雖然認(rèn)識到縱向不平衡張力是引發(fā)倒塔的直接威脅，但卻忽視了該不平衡張力也是引發(fā)地線偏移→弧垂大幅度變化→導(dǎo)地線放電→地線斷線的主要原因，Q/GDW182-2008正是基于上述認(rèn)識制定的，因此所采取的提高支撐塔承受縱向不平衡張力的措施一定程度上可降低地線支架、導(dǎo)線橫擔(dān)的損傷概率及直線塔的倒塔概率，但卻不能抑制地線偏移→弧垂大幅度變化→導(dǎo)地線放電，因此難以有效降低冰災(zāi)跳閘率。

(3)其它第1類技術(shù)：

(a)在線路中增加耐張塔的數(shù)量和比例。與直線塔相比，耐張塔對于導(dǎo)線和地線均具有更高的承受縱向不平衡張力性能，因此具有限制、隔離連鎖倒塔的技術(shù)優(yōu)勢；且當(dāng)耐張塔兩側(cè)出現(xiàn)縱向不平衡張力時(shí)可有效抑制導(dǎo)地線偏移→弧垂大幅度變化→導(dǎo)地線放電跳閘。耐張塔的缺點(diǎn)是同時(shí)針對導(dǎo)線和地線整體提高支撐塔承受縱向不平衡張力性能，投資過大，以500kV單回線路為例：一基直線塔的重量約10t，而一基耐張塔的重量約30t。

(b)采用預(yù)絞式懸垂線夾，以增大懸垂線夾對導(dǎo)線和地線的握力，避免縱向不平衡張力造成導(dǎo)線和地線在懸垂線夾中松脫、滑移，從而避免弧垂的加劇變化。但預(yù)絞式懸垂線夾不能徹底解決縱向不平衡張力引發(fā)的導(dǎo)地線偏移→弧垂變化→導(dǎo)地線放電。

第2類技術(shù)——使線路免于承受較大的覆冰荷載

相對成熟的第2類技術(shù)主要是直流融冰和交流融冰技術(shù)，其中直流融冰具有更大的靈活性和通用性。交直流融冰技術(shù)主要適用于導(dǎo)線，使導(dǎo)線中流過不小于2A/mm²的大電流，利用導(dǎo)線的阻性發(fā)熱使外覆冰雪融化脫落，從而避免支撐塔承受較大的垂直荷載和縱向不平衡張力。缺點(diǎn)是融冰線路必須退出運(yùn)行且不適用于架空地線。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)以及現(xiàn)有的認(rèn)識都認(rèn)為導(dǎo)線上形成的的縱向不平衡張力是雨雪冰凍氣象條件下倒塔斷線的重要原因，因此重點(diǎn)需要提高支撐塔對于導(dǎo)線的縱向不平衡張力的承受能力，包括采用耐張塔或雖然不改變支撐塔與導(dǎo)線和地線的連接方式但整體提高支撐塔的抗冰等級來克服上述問題。但是，發(fā)明人認(rèn)為：雖然導(dǎo)線上形成的縱向不平衡張力是倒塔的重要原因，但最薄弱的環(huán)節(jié)卻是地線，地線上形成的縱向不平衡張力是導(dǎo)地線放電及地線斷線，甚至倒塔的不可忽視的原因。地線作為冰災(zāi)中的薄弱環(huán)節(jié)，對于地線上的縱向不平衡張力采取措施是必要的，但如果對于導(dǎo)線也完全采取同步處理的措施，會產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)。如果結(jié)合導(dǎo)線和地線在冰災(zāi)中造成線路故障的作用和差異，只針對地線上形成的縱向不平衡張力采取措施，則在保證地線不順線路偏移、不發(fā)生導(dǎo)地線放電、不斷地線的條件下，無需過分提高支撐塔承受導(dǎo)線上的縱向不平衡張力的能力以及支撐塔的改型(例如：直線塔改為耐張塔)，可以節(jié)省大量的資金和獲得較好的防冰災(zāi)效果。

為此，基于前述雨雪冰凍氣象條件下的線路故障、缺陷及現(xiàn)有防冰災(zāi)技術(shù)的深入分析，確定架空地線(含地線支架、連接方式等)是現(xiàn)有輸電線路的防冰災(zāi)薄弱點(diǎn)，提出一種地線開耐張方式的直線塔，用于中等及以上冰區(qū)的架空輸電線路，作為一種投入少、效果顯著的新型防冰災(zāi)措施。

如圖3、圖4所示，本發(fā)明提出一種架空輸電線路的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)，所述架空輸電線路的直線塔的安裝結(jié)構(gòu)包括：

直線塔1；

安裝在所述直線塔1上的地線2；

安裝在所述直線塔1上并位于所述地線2下方的導(dǎo)線3；

所述地線2采用水平方式或開耐張方式連接在所述直線塔1上，這樣有效避免直線塔兩側(cè)地線不均勻覆冰等工況產(chǎn)生的縱向不平衡張力導(dǎo)致的：地線順線路方向的偏移→弧垂的大幅度變化→導(dǎo)地線放電跳閘→地線斷線→倒塔現(xiàn)象。所述導(dǎo)線3采用懸垂方式連接在所述直線塔1上，仍能保持直線塔1的塔型或主要結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，如圖5、圖6和圖7所示，所述地線2與直線塔1通過耐張線夾或適合水平連接地線的金具來實(shí)現(xiàn)水平方式連接，以實(shí)現(xiàn)直接接地型地線的連接。耐張線夾和適合水平連接地線的金具可以采用現(xiàn)有技術(shù)。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)線3通過懸垂絕緣子8和懸垂線夾連接在所述直線塔1上，這樣，導(dǎo)線的連接方式?jīng)]有發(fā)生變化，不會大幅度影響支撐塔的塔型，稍微對現(xiàn)有的直線塔加固或者稍微改變直線塔的桁架或增加部分塔材的厚度即可，無需將直線塔換成耐張塔。

進(jìn)一步地，所述地線2通過耐張線夾和地線絕緣子6連接在所述直線塔1上，以實(shí)現(xiàn)絕緣地線的連接。進(jìn)一步地，如圖4和圖5所示，所述耐張線夾與所述地線的連接處為第一連接點(diǎn)21，所述耐張線夾通過地線絕緣子和金具與所述直線塔連接，所述金具與所述直線塔的連接處為第二連接點(diǎn)22，地線2通過第一連接點(diǎn)21和第二連接點(diǎn)22連接在地線支架4上，從而連接在直線塔1上。如圖4和圖5所示，在所述第一連接點(diǎn)21處，所述直線塔1對所述地線的拉力方向?yàn)檠刂龅鼐€的切線方向。這樣，地線的與直線塔的連接處就不同于現(xiàn)有的地線的懸垂式連接，如圖1和圖2所示，現(xiàn)有的地線的懸垂式連接，地線連接在懸垂線夾和地線絕緣子上，地線與直線塔的連接點(diǎn)不是固定的，是能夠以懸垂線夾和地線絕緣子與直線塔的連接點(diǎn)為基點(diǎn)進(jìn)行擺動的，因而，本發(fā)明相對于現(xiàn)有的地線的懸垂式連接，連接點(diǎn)相對固定，或者說水平方向移動較小，不會造成地線的明顯弧垂增大。

進(jìn)一步地，如圖4和圖5所示，所述第一連接點(diǎn)21與所述第二連接點(diǎn)22的連線為近似水平方向或者為沿著所述地線的切線方向。這樣，地線的連接點(diǎn)的變動較小，不會造成地線的明顯弧垂增大。

進(jìn)一步地，如圖7所示，所述地線2通過預(yù)絞式耐張線夾7連接在所述直線塔1上，以在直線塔1上水平連接兼有通信功能的地線(OPGW)。

如圖8所示，本發(fā)明還提出一種架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)，所述架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)包括：

兩個(gè)耐張塔9，分別設(shè)置在所述架空輸電線路的耐張段的兩端；

設(shè)置在兩個(gè)耐張塔之間的直線塔1，所述直線塔1的數(shù)目至少為一個(gè)；

地線2，通過水平方式或開耐張方式連接在所述直線塔1以及所述耐張塔9上；

導(dǎo)線3，通過懸垂絕緣子8采用懸垂方式連接在所述直線塔1上，通過耐張絕緣子10采用開耐張方式或水平方式連接在所述耐張塔9上。

對于地線開耐張方式的直線塔，雖然兩側(cè)地線不均勻覆冰雪等工況仍然可導(dǎo)致縱向不平衡張力，但由于塔與地線的連接點(diǎn)是固定的，因此縱向不平衡張力不會進(jìn)一步導(dǎo)致：地線順線路方向的偏移→弧垂的大幅度變化→導(dǎo)地線放電跳閘→地線斷線→倒塔斷線，即采用地線開耐張方式的直線塔可有效降低雨雪冰凍氣象條件下的線路跳閘率和線路停運(yùn)率。雨雪冰凍氣象條件下的線路跳閘主要包括絕緣子覆冰雪閃絡(luò)和導(dǎo)地線放電。如果采用防污閃輔助傘裙提高線路絕緣子配置水平，采用地線開耐張方式的直線塔防止導(dǎo)地線放電，則雨雪冰凍氣象條件下的線路跳閘率將極其顯著下降。

進(jìn)一步地，所述直線塔1的數(shù)目為多個(gè)，所述地線2通過水平方式連接在相鄰的兩個(gè)所述直線塔之間，所述導(dǎo)線3采用懸垂方式連接在相鄰的兩個(gè)所述直線塔之間。這樣，可以利用多個(gè)地線開耐張方式的直線塔來避免完全采用耐張塔或整體提高直線塔承受導(dǎo)線和地線上的縱向不平衡張力的能力導(dǎo)致的投資過高的問題。

如圖9所示，本發(fā)明還提出另外一種架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)，所述架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)至少包括：

相鄰的第一直線塔11和第二直線塔12；

地線2，通過水平方式或開耐張方式連接在所述第一直線塔11上；例如，地線2通過耐張線夾和地線絕緣子6連接在所述第一直線塔11上；地線2通過懸垂方式連接在所述第二直線塔12上，例如，地線2通過懸垂線夾和地線絕緣子6懸垂連接在所述第二直線塔12上；

導(dǎo)線3，采用懸垂方式連接在第一直線塔11和第二直線塔12上；例如導(dǎo)線3都通過懸垂線夾和懸垂絕緣子8連接在第一直線塔11和第二直線塔12上。

上述架空輸電線路的耐張段的安裝結(jié)構(gòu)，可以適用于一個(gè)比較長的耐張段，該耐張段一半在覆冰較輕的區(qū)域，另一半在覆冰較重的區(qū)域，于是只在覆冰較重的區(qū)域采用地線開耐張的直線塔安裝結(jié)構(gòu)(即采用第一直線塔11)，而另一半仍然采用普通直線塔結(jié)構(gòu)(即采用第二直線塔12)，這樣，可以提高架空輸電線路的防冰災(zāi)能力，而且投資較少。

導(dǎo)地線上的縱向不平衡張力對線路支撐塔的威脅大大高于垂直荷載，因此提高支撐塔承受縱向不平衡張力的能力是線路防冰災(zāi)的重要措施。但以往提高支撐塔縱向不平衡張力的措施是同時(shí)針對導(dǎo)線和地線實(shí)施的，并未充分考慮導(dǎo)線和地線在冰災(zāi)中的運(yùn)行差異，如：①在架空輸電線路防冰災(zāi)改造時(shí)，運(yùn)行單位普遍偏好增加耐張塔的數(shù)量和比例。與直線塔相比，耐張塔承受地線和導(dǎo)線的縱向不平衡張力的能力同時(shí)大幅度提高，防冰災(zāi)作用極其顯著但投資巨大而難以承受。②國家電網(wǎng)公司企標(biāo)《中重冰區(qū)架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(Q/GDW182-2008)增加了兩側(cè)導(dǎo)地線不均勻覆冰時(shí)支撐塔的抗縱向不平衡張力，設(shè)計(jì)參數(shù)為一側(cè)導(dǎo)地線按100％覆冰，另一側(cè)按75％覆冰，該條款同時(shí)適用于導(dǎo)線和地線。線路的抗冰水平很大程度上體現(xiàn)在支撐塔及其基礎(chǔ)的機(jī)械強(qiáng)度，而支撐塔的機(jī)械強(qiáng)度很大程度上取決于導(dǎo)地線上形成的垂直荷載和縱向不平衡張力，其中導(dǎo)線上形成的機(jī)械荷載又遠(yuǎn)大于地線，以某500kV線路為例：單相導(dǎo)線形成的縱向不平衡張力為單根地線的10倍，而三相導(dǎo)線形成的垂直荷載為2根地線的15倍，即導(dǎo)線對于支撐塔強(qiáng)度的影響大大高于地線，因此上述同時(shí)針對導(dǎo)線荷載和地線荷載的抗冰措施中，用于承受導(dǎo)線荷載的支撐塔投資占據(jù)了主要部分，而用于承受地線荷載的支撐塔投資僅占據(jù)了次要部分。

地線開耐張方式的直線塔替代常規(guī)直線塔作為線路防冰災(zāi)措施，將導(dǎo)致直線塔及其地線支架在某些工況下承受的縱向不平衡張力有所增大，一是兩側(cè)地線不均勻覆冰工況：常規(guī)直線塔的懸垂連接方式地線會在縱向不平衡張力作用下產(chǎn)生一個(gè)0～“地線金具+地線絕緣子”長度之間的縱向偏移，縱向不平衡張力相應(yīng)有所減小；而地線開耐張直線塔的地線即使在縱向不平衡張力作用下也不會產(chǎn)生偏移，因此相應(yīng)的縱向不平衡張力將大于常規(guī)直線塔。二是一側(cè)地線斷線工況：常規(guī)直線塔的懸垂連接方式地線會在縱向不平衡張力作用下產(chǎn)生一個(gè)“地線金具+地線絕緣子”長度的縱向偏移，縱向不平衡張力相應(yīng)有所減小；而地線開耐張直線塔的地線不會產(chǎn)生偏移，因此相應(yīng)的縱向不平衡張力將大于常規(guī)直線塔。但考慮到本發(fā)明僅對直線塔的地線實(shí)施開耐張連接方式而維持導(dǎo)線的懸垂連接方式，且地線對于支撐塔強(qiáng)度的影響大大低于導(dǎo)線(<10％)，因此與耐張塔等針對導(dǎo)線和地線全面提高抗縱向不平衡張力的方案相比，本發(fā)明的地線開耐張直線塔方案投資增加十分有限，并且是在充分比較了導(dǎo)線和地線在冰災(zāi)中的運(yùn)行差異后提出，針對性強(qiáng)，可在電網(wǎng)防冰災(zāi)工作中起到事半功倍的效果，對于降低冰災(zāi)中的線路跳閘率和停運(yùn)率具有重要意義。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。為本發(fā)明的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。