關(guān)于35kV 輸電線路懸垂塔水平檔距的折算

王 陽，周宇飛，李 博

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

1 引言

目前35kV 輸電線路的懸垂塔和耐張塔一般均采用通用設(shè)計(jì)的定型塔，一個(gè)塔型僅依據(jù)最高呼高塔型規(guī)劃一種水平檔距。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)桿塔規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，每種塔型一般按高度不同分別規(guī)劃4～5 種塔型。

定型設(shè)計(jì)中不論懸垂塔還是耐張塔所規(guī)劃的一個(gè)塔型中對應(yīng)著各種不同呼高的桿塔，但僅對應(yīng)著一種水平檔距，基本都以最高呼高的水平檔距控制整個(gè)塔型的風(fēng)壓荷載，對于最高呼高的鐵塔是合理的，但對于低呼高桿塔，實(shí)際導(dǎo)、地線線條風(fēng)壓荷載較高呼高桿塔有所減小，桿塔計(jì)算時(shí)仍以最高呼高計(jì)算導(dǎo)、地線線條風(fēng)壓荷載，顯然不太合理。如果實(shí)際呼高為低呼高桿塔，可以通過實(shí)際使用呼高與最高呼高進(jìn)行對比來折算水平檔距，從而提高桿塔的利用率。

2 水平檔距

架空輸電線路桿塔在工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓三種工況下，相應(yīng)的導(dǎo)、地線風(fēng)荷載使絕緣子串產(chǎn)生風(fēng)偏，這種風(fēng)偏必然會(huì)引起帶電部分的導(dǎo)線、懸垂線夾等設(shè)備的偏斜，使得導(dǎo)線對桿塔部分，如桿塔身、橫擔(dān)、拉線及腳釘?shù)鹊目諝忾g隙減少。在工程設(shè)計(jì)中考慮不周，就會(huì)引起閃絡(luò)接地故障，空氣間隙擊穿影響輸電線路運(yùn)行安全。

當(dāng)計(jì)算桿塔結(jié)構(gòu)所承受的導(dǎo)線橫向風(fēng)荷載時(shí)，其荷載通常近似認(rèn)為是導(dǎo)線單位長度上的風(fēng)壓與桿塔兩側(cè)檔距平均值之乘積，這個(gè)檔距平均值稱為水平檔距。

3 懸垂塔水平檔距折算

按照《66 kV 及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，桿塔的荷載可分為下列兩類：永久荷載：導(dǎo)線、地線、絕緣子及其附件的重力荷載，桿塔構(gòu)件及桿塔上固定設(shè)備的重力荷載，土壓力和預(yù)應(yīng)力等；可變荷載：風(fēng)荷載，導(dǎo)、地線張力荷載，導(dǎo)、地線覆冰荷載，附加荷載，活荷載等。懸垂塔主要考慮大風(fēng)、覆冰、低溫、斷線及安裝等工況[1］，但斷線以無風(fēng)考慮，覆冰及安裝以低風(fēng)速考慮，對桿塔影響較少，即懸垂塔主要受最大風(fēng)控制。在定型設(shè)計(jì)中同一塔型所有呼高均采用一種水平檔距，在排桿定位設(shè)計(jì)時(shí)一旦出現(xiàn)超限水平檔距，需要更換水平檔距更大的塔型，如果在超過規(guī)劃水平檔距不多的情況下，更換設(shè)計(jì)條件更大的塔型，必定導(dǎo)致桿塔利用率降低，增加工程投資。由于35 kV 輸電線路中桿塔高度都較低，在不考慮桿塔風(fēng)壓荷載以及垂直檔距已定的前提下，根據(jù)導(dǎo)、地線線條風(fēng)荷載的計(jì)算原理，折算出不同呼高所對應(yīng)的水平檔距，保證同一懸垂塔的不同呼高的桿塔總體受力接近，以達(dá)到提高懸垂塔利用率的目的，保證桿塔設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

為保證懸垂塔在用于超限水平檔距的安全使用，其折算原則必須按照呼高桿塔的水平力總和不超過計(jì)算呼高桿塔的水平力總和，即檔距折算后的導(dǎo)、地線水平風(fēng)壓荷載不能超過計(jì)算呼高下標(biāo)準(zhǔn)檔距時(shí)導(dǎo)、地線的水平風(fēng)壓荷載。

導(dǎo)線及地線風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值[2］：

式中：Wx為垂直于導(dǎo)線及地線方向的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN；a 為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，取0.75；βC為35 kV 的線路取1.0；z為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，基準(zhǔn)高度為10 m；SC為導(dǎo)線或地線的體型系數(shù)，線徑＆lt;17mm 或覆冰時(shí)（不論線徑大?。㏒C=1.2；線徑≥17mm，SC=1.1；d 為導(dǎo)線或地線的外徑或覆冰時(shí)的計(jì)算外徑，m；LH為桿塔的水平檔距，m；B 為覆冰時(shí)風(fēng)荷載增大系數(shù)，5 mm 冰區(qū)取1.1，10 mm 冰區(qū)取1.2； 為風(fēng)向與導(dǎo)線或地線方向之間的夾角，（°）；W0為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN／m2。W0=v2／1600，其中v 為基準(zhǔn)高度10 m 的風(fēng)速。

風(fēng)速在近地層中的變化原因有動(dòng)力和熱力因數(shù)，前者主要由于與地面摩擦產(chǎn)生摩擦力，和地球表面植被、建筑或其他障礙物有關(guān)，在不同的地面粗糙度風(fēng)速隨高度變化差異很大；后者主要表現(xiàn)與近地層大氣垂直穩(wěn)定度的關(guān)系。

所以風(fēng)速由地面粗糙程度、基本風(fēng)速、計(jì)算高度等條件來控制。當(dāng)輸電線路規(guī)定的基準(zhǔn)高度為10 m 時(shí)，而導(dǎo)、地線的實(shí)際掛線點(diǎn)高度不是10 m 時(shí)，其所處高度的風(fēng)壓應(yīng)乘風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》列出了風(fēng)壓高度變化系數(shù)的計(jì)算公式：

式中：h 為風(fēng)距地面的高度，m；B 為田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)。

從導(dǎo)線及地線風(fēng)壓荷載的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式可以看出，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載計(jì)算中只有風(fēng)壓高度變化系數(shù)Z與桿塔的呼高有關(guān)，其余系數(shù)與桿塔高度無關(guān)。

根據(jù)上述的檔距折算原則，同一塔型不同呼高的直線塔導(dǎo)線平均高度處實(shí)際最大風(fēng)荷載Wsj取值等于設(shè)計(jì)風(fēng)荷載Wjs，折算出不同呼高桿塔的最大使用檔距，因此有：

令不變值aW0SCβCdBsin2=C ，即CZJSLJS= CZSJLSJ

由此推導(dǎo)出折算后的水平檔距為：

式中：hjs為計(jì)算呼高，m；hsj為實(shí)際呼高，m；Lisx為設(shè)計(jì)水平檔距，m；LSJ為折算后水平檔距，m。

根據(jù)推導(dǎo)出的水平檔距折算公式，現(xiàn)在以06B1-Z1 懸垂塔為例進(jìn)行桿塔計(jì)算檔距的折算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 06B1-Z1 直線塔不同呼高水平檔距折算表

從上表可以看出，呼高每變化3 m，06B1-Z1 懸垂塔實(shí)際使用水平檔距在5 m～22 m 之間變化，對于常用的呼高18 m桿塔，增加30 m 水平檔距在實(shí)際應(yīng)用中有一定的指導(dǎo)作用。更多的35 kV 輸電線路其他定型模塊（06B2、06B3、06B4 等）懸垂塔也可通過此折算方法計(jì)算出各個(gè)呼高對應(yīng)的水平檔距，既增加了鐵塔的使用條件，又能保證鐵塔使用的安全性。

4 耐張塔水平檔距的折算

對于輸電線路耐張塔，桿塔的橫向荷載主要是導(dǎo)線風(fēng)壓荷載和導(dǎo)線張力在水平方向上的分量（角度荷載）及桿塔自身的風(fēng)荷載三部分組成。以06B1-J4-24 米耐張塔為例，耐張塔24 m 呼高時(shí)荷載所占比例見表2。

表2 06B-J4-24 鐵塔荷載組成百分比

從表3 看出，對耐張塔而言桿塔荷載主要受導(dǎo)線角度荷載控制，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力只占17.3%；導(dǎo)、地線風(fēng)荷載所占比例會(huì)隨著使用呼高的降低而逐漸降低。

桿塔隨呼高的變化，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載變化較小，即對耐張塔的水平荷載影響也較小，而且會(huì)隨著耐張塔轉(zhuǎn)角度數(shù)增大會(huì)進(jìn)一步降低影響。因此對于耐張塔而言，設(shè)計(jì)工作中不論實(shí)際呼高多高都使用桿塔規(guī)劃水平檔距，即不會(huì)造成工程的浪費(fèi)也可以保證工程設(shè)計(jì)的安全。

5 結(jié)論及建議

對于06B1-Z1 系列懸垂塔呼高每變化3 m，桿塔實(shí)際使用水平檔距在5 m～22 m 之間變化。當(dāng)排塔定位設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)超限水平檔距，在不考慮桿塔風(fēng)壓荷載以及垂直檔距已定的前提下，根據(jù)導(dǎo)、地線線條風(fēng)荷載的計(jì)算原理，優(yōu)先考慮在不更換水平檔距更大的塔型，通過水平檔距折算考慮是否此種塔型可以滿足超限水平檔距，對設(shè)計(jì)工作提供了新的思路，可以提高桿塔利用率，節(jié)省工程投資。35 kV 輸電線路其他定型模塊（06B2、06B3、06B4 等）懸垂塔也可通過此折算方法計(jì)算出各個(gè)呼高對應(yīng)的水平檔距，既可增加了鐵塔的使用條件，又能保證鐵塔使用的安全性。桿塔隨呼高的變化，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載變化較小，即對耐張塔的水平荷載影響也較小，而且會(huì)隨著耐張塔轉(zhuǎn)角度數(shù)增大會(huì)進(jìn)一步降低影響。因此對于耐張塔而言，設(shè)計(jì)工作中不論實(shí)際使用呼高多高都使用桿塔規(guī)劃水平檔距，既不會(huì)造成工程的浪費(fèi)也保證了工程設(shè)計(jì)的安全。

（1）懸垂塔的主要控制工況為大風(fēng)工況，為保證懸垂塔在用于超限水平檔距的安全使用，其折算原則必須按照呼高桿塔的水平力總和不超過計(jì)算呼高桿塔的水平力總和，即檔距折算后的導(dǎo)、地線水平風(fēng)壓荷載不能超過計(jì)算呼高下標(biāo)準(zhǔn)檔距時(shí)導(dǎo)、地線的水平風(fēng)壓荷載。

（2）由于懸垂塔實(shí)際使用水平檔距增加，必定影響塔頭電氣間隙，因此實(shí)際使用中需要校驗(yàn)塔頭電氣間隙以及導(dǎo)線相間距離以保證工程應(yīng)用的安全性。

（3）根據(jù)相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算原理對懸垂塔設(shè)計(jì)水平檔距進(jìn)行折算，可以達(dá)到增大桿塔設(shè)計(jì)使用檔距和節(jié)約工程投資的目的。

（4）在檔距折算時(shí)應(yīng)注意折算檔距與呼高之間并非線性關(guān)系，設(shè)計(jì)工程中需要經(jīng)過精確計(jì)算，以保證工程安全可靠。