基于三维坐标系法的耐张塔多分裂跳线装配式施工工艺

▲ 耐张塔跳线串

1 工艺简介

跳线装配式施工工艺，是指通过计算准确确定耐张塔跳线的长度，根据确定的长度，在材料站完成跳线导线的制作（包括导线量取、割线下料、引流板压接、间隔棒与线夹安装位置标记），将跳线导线运输到现场后直接进行吊装、悬挂，从而完成耐张塔跳线安装操作的施工方法。

2 跳线装配式施工工艺流程

跳线装配式施工工艺流程如图2-1所示。

3 三维坐标系法计算跳线长度

装配式施工工艺的关键是跳线长度的确定。基于三维坐标系法计算跳线长度，是一种全新的跳线长度确定方法。其原理是建立三维坐标系，然后根据设计提供的转角度数、铁塔横担尺寸、跳线支架尺寸、金具尺寸及其空间位置关系，赋予每根跳线挂点、跳线线夹的三维坐标值，通过坐标值计算跳线两端悬挂点之间的间距和高差角，如图3-1所示。在已知跳线挂点间距、高差角和设计给定弧垂值的情况下，便可以利用引入调整值后的斜抛物线线长公式计算每根跳线的长度。具体流程如图3-2。

3.1 建立三维坐标系

（1）建立三维坐标系的目的，是为了赋予两端跳线挂点、中间跳线线夹在该坐标系内的坐标值，从而对其进行定位，计算出间距和高差角，满足后续跳线长度计算的需要。坐标系的设置，应考虑计算的方便和简化，减少计算公式编制的工作量。

（2）以横担下平面横线路中线为X轴（方向指向角内侧）、前后侧挂点连线为Y轴（方向指向大号侧）、竖直向下为Z轴建立三维坐标系，坐标原点位于前后侧挂点连线的中心。如图3-3所示。

3.2 确定坐标值

（1）计算需要的数据及代号

（2）坐标值计算公式

坐标值的计算公式应在充分分析跳线结构及各部件相互位置关系的基础上进行，以特高压交流同塔双回路线路工程为例的公式，编制表格计算样表如下：

续前表

▲ 跳线挂点及弯折点坐标值计算结果

3.3 计算跳线挂点间距与高差

确定跳线两端（挂点和弯折点）的坐标值后，就可以利用两点间距离公式计算出弦长L1及高差角Φ。计算公式如下：

△x、△y、△z为跳线两端挂点相应坐标值之差，计算高差角Φ时，△z取正值。

3.4 计算跳线长度

由于跳线一般长度不大，而用来制作跳线的导线截面较大，刚性影响明显，所以此时不能把跳线当做理想柔索进行计算，而需要在柔索的基础上进行修正调整。

本标段工程每根跳线被跳线串分隔为大小号侧两个弧形和中间直线三部分，弧形部分一端为耐张线夹，另一端钢管支架端部间隔棒，两者高差角较大，应视为斜抛物线进行线长计算，并加以修正。公式如下：

L1、L2分别为大小号侧弧形跳线弦长，ft1、ft2为跳线设计弧垂，?1、?2为高差角，c为经验调整值，取0.45m。ly是引流管长度，由于计算所设定的挂点，是引流板轴线与导线轴线的交点，并不是实际的安装挂点，挂点与跳线导线之间通过引流管压接后连接，所以实际下料长度需要减去引流管长度。

实际单根下料总线长：

线长计算结果样表：

4 耐张金具串下倾角的计算

耐张金具串下倾角，是指金具串挂点与金具串端部之间的连线与水平面形成的夹角。如图4-1所示，θ1、θ2即分别为耐张塔小号侧、大号侧耐张金具串的下倾角。同一层横担，其对应的下倾角相同；当耐张塔前后档距较大时，可以认为该基耐张塔小号侧所有相别金具串下倾角相同、大号侧所有相别金具串下倾角相同；当耐张塔前后档距较小时，上、中、下横担应分别计算。

必须注意的是，不能将耐张金具串的轴线与水平面夹角当做下倾角，耐张金具串包括金具和绝缘子，其悬挂曲线不是直线，如图4-2所示。下倾角一般为正值，当耐张金具串上扬时，下倾角为负值。

图4-2 耐张金具串下倾角实物图

下倾角概念的提出及计算方法，是本施工技术的关键创新点之一，是跳线挂点、弯折点坐标值计算准确的基础数据。下倾角的计算方法相对复杂，需要进行一元四次方程求解，建议采用Excel表格编制程序进行批量计算，如图4-3。

5 跳线长度调整值（子线间调整和总长调整）

5.1 子线间调整

跳线由多根子导线构成（子导线数量一般与线路本体导线分裂数量相同），子导线间安装间隔棒，形成间距均匀的笼式结构。受间隔棒的约束，导线自由悬挂的曲线，与安装间隔棒后的曲线并不完全相同。对于同一处跳线，每根子导线的弧垂均为设计弧垂，但是弦长却长短不一（结构设计需要），导致自由悬挂时，上下两根子导线之间的间距不均匀，中间间距小、两头间距大，如果要使得间隔棒安装后形成间距均匀的笼式结构，就需要对上下线长度差进行调整。

子线间调整值的大小与跳线两端挂点间距、高差角、设计弧垂大小及耐张金具串上扬情况有关，取值有规律性。根据施工经验及CAD模拟，确定各种工况下的子线调整值，编制成子线调整值规律表，便于检索选用。对于特高压线路工程，由于跳线采用刚性鼠笼，软跳线部分两端高差较大，可以不考虑子导线间长度调整值。

5.2 总线长调整值

所谓总线长，是指单根跳线的总长度。特高压鼠笼式刚性跳线是由两端的软跳线部分和中间的刚性部分总成。总线长需要调整的原因包括两方面：一是上层跳线的引流板与铅垂线倾斜一定角度，导致上层跳线引流板与下层跳线引流板之间存在长度差，需要进行补偿；二是由于引流板的刚性作用，使实际悬挂曲线与理想计算曲线之间存在偏差，根据研究发现，下倾角越小，偏差越大，耐张串上扬时影响更为明显，如图5-1所示。同样，可以根据不同的下倾角大小，编制总线长调整值查询表。

6 该施工工艺技术优点

基于三维坐标系法的耐张塔跳线装配式施工技术，具有以下优点：

（1）跳线在材料站或加工场内完成预制，劳动条件好；

（2）跳线在地面压接，避免了压接设备运输和起吊升空，工人劳动强度降低；

（3）避免了塔上高空模拟、比量，两端压接并做好间隔棒安装位置标记的跳线，运至现场直接吊装悬挂，施工效率高；

（4）最大限度地减少了高空作业量，降低了施工安全风险；

（5）跳线精确下料，在一定程度上节约了导线；

（6）施工工艺质量好，为工程创优奠定基础；

（7）该技术适用范围广，可以应用于各种电压等级、各种分裂数量的跳线施工，包括耐张塔跳线和换位塔跳线施工。

（8）特殊情况下施工，如抢建抢修、冬季施工、运输条件恶劣的山区施工等，该技术能够有效确保施工安全和缩短工期。

该技术的应用，只需技术人员掌握其原理和方法，不需要额外的资源投入。利用电脑编制Excel计算表格进行批量操作，可以方便快捷的完成计算，增加的工作量小。

7 技术创新点

（1）提出了跳线三维坐标系建立的基本原则并成功应用；

（2）提出耐张金具串下倾角的概念及其计算方法，从而为准确确定跳线挂点、弯折点三维坐标值奠定了十分关键的基础；

（3）提出跳线子线间长度调整值的概念及其确定方法，并将其引入线长计算公式；

（4）总结了适用于不同设计类型跳线的经修正的斜抛物线长度计算公式；

（5）分别编制了四分裂、六分裂、八分裂跳线线长自动化计算表格。

该施工技术主要建立在设计图纸的理想数据之上，忽略了对跳线安装效果影响细微的因素，根据实践经验进行了相应的补偿措施，针对不同工况提出了相应的解决方案，在多个工程中成功应用实践，适用于各种电压等级的跳线型式，基本解决了跳线长度精确计算的难题。

8 施工成品图

▲ 四分裂跳线装配式施工成品

▲ 装配式施工地面压接

▲ 八分裂跳线装配式施工成品

陆旺旺著