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空区塌陷引起输电线路杆塔倾斜的研究和防范
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摘要：山西地矿资源丰富，每年开采掘取地下矿产造成的地表沉降、塌陷，给地表上的附属物形成极大的危害；输电线路杆塔发生倾斜，倒塔的事故时有发生，影响电网的安全运行。为了防止此类事故的发生，深入地分析、研究采空区的演变特征及引起的危害，输电线路的故障如何避免和下一步采取的防范措施，是输电运行专业人员解决问题的根本。
关键词：采空区；输电杆塔；倾斜；分析研究；防范措施
引言
煤炭开采长期以来一直是临汾市的支柱产业，不论是在能源的生产还是消费领域，煤炭始终占据70%以上的比重。临汾地区所辖输电线路必经煤矿区，煤矿开采后留下大面积采空面及巷道，矿体上覆盖岩层失去支撑，周围岩体失去原来的平衡状态，随之产生弯曲或断裂、坍塌，地面沉降，导致其上的输电线路铁塔、绝缘子倾斜，架空地线弛度变小，基础不均匀沉降。为了确保线路安全运行，提高对采空区塌陷区的管控水平，真正做到“可控、再控、能控”，避免因此引起的线路跳闸事故，分析采空区对输电线路的危害要进行深入的研究。
1采空区杆塔倾斜的探讨
1.1杆塔倾斜
采空区发生塌陷后，其对地表的影响首先是不均匀沉降，有的地方下沉值大，有的地方下沉值小，位于布均匀沉降区的杆塔基础或拉线基础会随之出现倾斜。同时，地表的移动也会导致杆塔的倾斜。杆塔倾斜后，最直接的现象就是直线杆塔的绝缘子串和地线悬垂线夹偏移。这是因为杆塔倾斜后，塔头就会出现位移，而导地线由于其本身的应力作用及分布，极力使挂点位置维持在原位，这就导致了绝缘子串和架空地线悬垂线夹偏移。
对于导线来说，由于绝缘子有一定的长度，可以自行调节一部分不平衡张力，且其位于杆塔头部下方，偏移小于杆塔顶，因此轻微的倾斜不会对导线造成较大危害。而架空地线位于杆塔顶部，其偏移值几乎与杆塔顶相同，且其可自调节部分很小，一般只有一至两个金具，因此其受力最大，严重的可拉断架空地线或地线横担。同时，由于杆塔倾斜的方向与架空地线拉力方向相反，铁塔主材或混凝土杆体会出现挠度。
1.2杆塔位移
采空区塌陷不仅使地表出现倾斜，而且会使杆塔位置出现水平位移，这种位移同样会使绝缘子串和架空地线悬垂线夹出现偏移，其后果与杆塔倾斜一样。
1.3杆塔构件变形、撕裂
采空区塌陷引起的地表各点移动不尽相同，因此杆塔基础之间的移动和下沉也不仅相同，这就会引起基础根开的变化。基础根开的变化会导致杆塔构件间应力的重新调整，当超过其弹性变形范围后，钩边就出现撕裂或变形。
1.4导地线间距变化
无论是杆塔倾斜还是杆塔位移，均会使导地线出现不平衡张力，尤其是架空地线，其反映更为明显，表现为杆塔一侧架空地线弧垂增大，另一侧减小。对于弧垂减小的一侧，导地线之间距离加大，对于弧垂增大的一侧，导地线之间距离缩小，当缩小到一定程度时，在风力作用下就可能引发导地线短路。
2采空区综合分析
2.1采空区杆塔OPGW(复合光纤架空地线)地线应力变化计算
采空区上的杆塔发生倾斜时，会造成导、地线的张力发生变化，尤其OPGW复合光缆，因其特殊的联结方式，它的应力变化较大，有时发生导、地线安全距离不足而发生掉闸事故、严重造成横担变形，导线拉断严重后果。所以必须予以重视和验算。
杆塔倾斜造成OPGW复合光缆长度变化有以下三部分组成：
（1）杆塔倾斜造成导线伸长值
注：杆塔向大号侧倾斜时大号侧的档距为反之小号侧的档距为+。
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地线收紧（放松）弧垂后，因地线曲线的几何变形而引起的地线剩余长度
挂线侧杆塔挂线点产生的挠曲
如果杆塔挠曲和地线蠕变及联结金具的弹性伸长等可略去不计，那么，地线应力随杆塔倾斜值的变化而变化的长度为：
(1)
式中(2)
(3)
为杆塔倾斜后的应力；为地线原有应力。
将（2）及（3）代入（1）式中，即得到杆塔倾斜后地线应力状态方程；
(4)
表1某线路杆塔倾斜地线（OPGW）应力变化
序号
杆塔倾斜方向
倾斜位移值（m）
大号侧应力（N/cm2）
小号侧（N/cm2）
1
小号侧
0.0
27.27
27.27
2
小号侧
0.1
31.1
24.7
3
小号侧
0.2
36.5
22.7
4
小号侧
0.3
44.4
21
5
小号侧
0.4
55.7
19.7
6
小号侧
0.5
70.8
18.6
7
小号侧
0.6
89
17.69
8
小号侧
0.7
108.98
16.87
如下图计算机软件计算的地线驰度的变化情况
2.2采空区杆塔导线应力变化计算
2.2.1架空线各点所受应力的方向，是沿切线方向变化的，最低点的应力为水平应力。在悬点等高档距中，悬A所受张力TA可分解为水平分力和垂直分力，见图，即：
（5）
=T0=（6）
=nLvS（7）
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