重冰區(qū)220kV線路桿塔選型與設(shè)計(jì)優(yōu)化

王強(qiáng)　田云

摘要：近年來(lái)，我國(guó)頻繁受到嚴(yán)寒和冰雪天氣的襲擊，冬季輸電鐵塔和導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)于鐵塔以及輸電線路導(dǎo)線產(chǎn)生不良影響，引發(fā)嚴(yán)重的安全隱患與造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。文章對(duì)于重慶萬(wàn)州地區(qū)的220kV線路桿塔選型以及設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行探討，期望為重冰區(qū)的線路桿塔選型與設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：重冰區(qū)；220kV線路；桿塔選型；桿塔設(shè)計(jì)；輸電線路 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM753 文章編號(hào)：1009-2374（2015）09-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0775

1 概述

近年來(lái)我國(guó)輸電線路頻繁受到嚴(yán)寒和冰雪天氣的襲擊，重冰區(qū)的輸電鐵塔和導(dǎo)線覆冰現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致鐵塔所受的不平衡力顯著增加，而且覆冰導(dǎo)線對(duì)于鐵塔施加很大的沖擊載荷，容易造成桿塔的疲勞損害，形成裂紋，造成嚴(yán)重的安全隱患和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)對(duì)電力需求日益增加，桿塔所設(shè)的導(dǎo)線密度越來(lái)越大，因此對(duì)桿塔的承載能力要求越來(lái)越高，而且重冰區(qū)對(duì)桿塔的影響更加明顯，對(duì)于重冰區(qū)的桿塔進(jìn)行合理選型與優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠確保重冰區(qū)線路桿塔的穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)重慶地區(qū)220kV線路桿塔選型與設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)程與重冰區(qū)桿塔存在的問(wèn)題，探討桿塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 重冰區(qū)桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)與選型

2.1 重冰區(qū)桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)

對(duì)于重冰區(qū)的桿塔設(shè)計(jì)而言，線路定位檔距不宜過(guò)大，為了確保線路張力平衡，需要盡量保證檔距均勻設(shè)置，而且鄰檔的高差也盡量一致，避免脫冰跳躍和不均覆冰時(shí)引起懸垂絕緣子串上翻。根據(jù)220kV重慶地區(qū)的線路工程，在桿塔的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中，需要確保檔距合理，控制耐張塔轉(zhuǎn)角度在40°以內(nèi)，從而確保檔距的合理設(shè)置。對(duì)于不同冰區(qū)的桿塔進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，其中20mm冰區(qū)直線塔采用ZBC21、ZBC22，30mm冰區(qū)直線塔采用ZBC31、ZBC32，保證2型轉(zhuǎn)角塔同時(shí)兼做冰區(qū)分界塔。

2.2 重冰區(qū)桿塔選型

常見(jiàn)的桿塔選型包括直線塔選型與耐張塔選型，根據(jù)《110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》一般規(guī)定，桿塔結(jié)構(gòu)荷載包含最大風(fēng)、無(wú)冰、未斷線荷載組合；最大覆冰、相應(yīng)風(fēng)速以及未斷線荷載組合；最低氣溫、無(wú)風(fēng)、無(wú)冰、未斷線荷載組合。重冰區(qū)的桿塔選型包括：（1）直線塔選型，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，重冰區(qū)V串懸掛布置的可靠性更高，而且相比于單回路桿塔，直線塔中的貓頭塔與酒杯塔是相對(duì)成熟的型式，以重慶地區(qū)的20mm冰區(qū)1型的直線塔為例，酒杯塔導(dǎo)線的走廊寬度大，而且傳力路徑更為清晰，相對(duì)于貓頭塔，酒杯塔的塔身與塔腿主材規(guī)格相對(duì)較小，更利于山地運(yùn)輸。在重慶地區(qū)的220kV線路桿塔一般位于山區(qū)，根據(jù)DL/T 5440-2009規(guī)程，需要保證桿塔采用水平排列，有利于防止導(dǎo)線脫冰跳躍時(shí)過(guò)于接近而出現(xiàn)的閃絡(luò)跳閘等情況的出現(xiàn)；（2）耐張塔選型，常見(jiàn)的220kV以及以上等級(jí)的耐張塔常用干字型塔，該種塔型架構(gòu)簡(jiǎn)單，受力清晰，占用線路走廊窄，重慶地區(qū)的220kV線路桿塔采用干字型塔，施工安裝以及檢修比較方便，根據(jù)轉(zhuǎn)角的不同，選擇不同的導(dǎo)線掛點(diǎn)，以獲得更佳的電氣安全距離。

3 重冰區(qū)220kV線路桿塔設(shè)計(jì)優(yōu)化

《110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50545-2010）》對(duì)輸電桿塔做出了如下規(guī)定：桿塔結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)采用指標(biāo)度量進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度計(jì)算，對(duì)于重冰區(qū)220kV線路桿荷載、材料性能以及幾何參數(shù)進(jìn)行分項(xiàng)系數(shù)的研究。為了確保重冰區(qū)220kV線路桿塔安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)線路桿塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 塔位與路徑優(yōu)化

在桿塔的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，如果基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)深及地下水滲透嚴(yán)重、垮塌現(xiàn)象也很嚴(yán)重，為了確保桿塔的安全施工與管理，需要對(duì)部分基礎(chǔ)型式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低施工難度，為了滿足桿塔的設(shè)計(jì)要求，在保證桿塔設(shè)計(jì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上取消幾基桿塔，解決工程投資。工程建設(shè)施工過(guò)程中，為了降低工程投資，節(jié)省線路通道資源，需要對(duì)線路路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 塔身節(jié)間與隔面布置

鐵塔的主材節(jié)間的布置以及塔身斜材的布置是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，在桿塔設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要按照受力最佳以及結(jié)構(gòu)最優(yōu)的原則進(jìn)行布置計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)以下兩方面進(jìn)行調(diào)整，從而確保設(shè)計(jì)均勻，減小桿件規(guī)格：（1）控制主材構(gòu)件長(zhǎng)度，因?yàn)橹貞c地區(qū)的220kV線路桿塔設(shè)計(jì)位于山區(qū)，因此在建設(shè)的過(guò)程中，需要考慮到運(yùn)輸和組裝的方面，為了避免主材構(gòu)件相互碰撞產(chǎn)生的變形，需要確保主材單根構(gòu)件長(zhǎng)度不超過(guò)9m，而且通常采用Q420高強(qiáng)鋼，重量不超過(guò)500kg，以保證主材運(yùn)輸安全；（2）根據(jù)計(jì)算與施工經(jīng)驗(yàn)，桿塔斜材抵抗外荷載的能力與斜材與水平面夾角等有關(guān)，而且塔身斜材與水平面夾角取35°～45°較為合適，塔腿斜材夾角不得小于18°，對(duì)夾角進(jìn)行有效控制，能夠保證斜材具有較高的荷載能力。

坡斷面處、直接受扭力斷面處和塔頂及塔腿頂部斷面處設(shè)置橫隔面，考慮到重冰區(qū)線路桿塔的特點(diǎn)，需要按照不大于平均寬度的3倍、不大于3個(gè)主材節(jié)間分段設(shè)置隔面，確保塔身具有較強(qiáng)的剛度，應(yīng)付重冰區(qū)的塔身強(qiáng)度要求。

3.3 塔頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了確保重冰區(qū)的線路桿塔穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)塔頭進(jìn)行有效布置，保證導(dǎo)地線載荷傳力清晰可靠。導(dǎo)地線通暢通過(guò)曲臂傳遞至塔身，而且上下曲臂交點(diǎn)處表現(xiàn)為點(diǎn)接觸，為了確保線路的點(diǎn)接觸與有效管理，需要對(duì)曲臂焦點(diǎn)的主材之間進(jìn)行有效設(shè)置，保證主材之間的夾角大于20°。因?yàn)闃?gòu)造原因，塔頭的上下曲臂內(nèi)部的桿件平面斜材桿件負(fù)端距大、偏心大，為了保證重冰區(qū)桿塔的安全性，需要考慮到環(huán)境以及結(jié)構(gòu)的影響，保證主材傳遞塔頭的受力，保證受力清晰可靠，塔頭穩(wěn)定。

3.4 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造優(yōu)化

在220kV線路桿塔設(shè)計(jì)過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造是桿塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，為了保證桿塔在重冰區(qū)能夠加高強(qiáng)度，需要避免節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不當(dāng)而造成的桿塔受力破壞，為了確保桿塔的設(shè)計(jì)穩(wěn)定，可以從以下方面進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化：（1）對(duì)直線塔上下曲臂的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行卷邊處理，從而盡量減少曲臂受力桿件的負(fù)端距，保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度；（2）改良直線塔塔身的變坡位置，采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)能夠保證傳力更為可靠，確保桿塔安全穩(wěn)定；（3）直線塔頸口處采用雙面連接，并且以火曲角鋼進(jìn)行角鋼強(qiáng)化，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與剛度。

4 結(jié)語(yǔ)

重冰區(qū)的桿塔受到天氣影響嚴(yán)重，冬季寒冷季節(jié)覆蓋冰荷載較大，因此在桿塔的選型與設(shè)計(jì)中，需要對(duì)重冰區(qū)的冰荷載以及風(fēng)荷載進(jìn)行分析，采取有效方式進(jìn)行計(jì)算，確保桿塔選型與設(shè)計(jì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文通過(guò)對(duì)重慶地區(qū)的220kV線路的桿塔規(guī)劃、選型、線路、結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，確保桿塔滿足重冰區(qū)的規(guī)范要求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力線路的設(shè)計(jì)施工要求越來(lái)越高，因此重冰區(qū)桿塔設(shè)計(jì)方案需要不斷的研究與試驗(yàn)，確保桿塔的可靠性，同時(shí)充分考慮桿塔加工、運(yùn)輸以及組裝的方便，全面保障重冰區(qū)輸電線路的安全

運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟遂民，孔偉.架空輸電線路設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50545-2010）[S].

[3] 李宏男，白海峰.高壓輸電塔-線體系抗災(zāi)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007，40（2）.

作者簡(jiǎn)介：王強(qiáng)（1982-），男，山西陽(yáng)泉人，國(guó)網(wǎng)陽(yáng)泉供電公司經(jīng)研所設(shè)計(jì)室工程師；田云（1971-），男，山西沁源人，國(guó)網(wǎng)陽(yáng)泉供電公司經(jīng)研所設(shè)計(jì)室工程師。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）