对三回同(杆)塔的设计的探讨.doc

1、对三回同(杆)塔的设计的探讨摘要：本文主要通过阐述 220KV 三回同(杆)塔的设计与应用，进一步探讨输电线路铁塔结构设计的现状。输电线路铁塔结构是高压输电线路重要组成部分，输电线路铁塔结构设计必须贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，并提出相应的优化措施。 关键词：线路结构；铁塔设计与应用；优化措施 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 随着近些年国民经济的快速增长,电力需求的迅速增加,在确保运行安全可靠的前提下如何提高输电线路走廊单位土地面积的输送容量、节约走廊用地,减少输电线路对环境的影响、降低建设投资,使铁塔结构更加合理,它已经成为设计人员关注的一个问题。 1、某市 220

2、KV 线路三回同(杆)塔的设计 220kV 输电线路 2x630mm2 大截面导线三回路同塔的设计在行业内尚处于初期阶段,尚无成熟的设计资料和技术成果。三回路输电技术涉及多领域、多学科的综合技术,在技术上、 经济上、生态环境上会带来一些新的问题,如在杆塔结构与导线布置型式、相导线排列方式、 相间距离、绝缘方式、绝缘子串型式、耐雷水平、地面场强、环境保护等方面都与常规单、 双回输电有所不同,所以,如何在经济合理的前提下确保其运行安全和可靠性, 进行相关方 面分析是设计过程中必须予以注意的。 1.1 杆塔结构的设计 1.1.1 杆塔结构设计的主要原则 1) 根据线路走廊狭窄的特点,采用垂直排列的挂

3、线方式,塔头尺寸尽量压缩,铁塔根 开尺寸受地形限制亦不能过大。 2) 根据现场定位后的档距分布情况,控制铁塔的最大使用档距不宜超过 400m,水平档 距使用条件按 250m 和 400m 两种设计,垂直档距按 350m 和 500m 设计。3) 控制塔高,适当考虑高跨电力线及其他建筑物,铁塔过高时须采取其它方法特殊处理(如在塔身中装设独立爬梯和休息平台),以减少电气距离而不增加铁塔高度和宽度等。 4) 靠近城市周边,注意环保意识,根据地形条件采用不同高低塔腿,尽量不破坏自然原状地形,三回路塔造型尽量美观,减少对周边的景观影响,于环境相协调。 1.1.2 单线布置 单线布置采用了 3 个方案进行

4、比较(见图 1) 1.1.3 塔身主材及构件的采用形式 对各塔型进行多方案比较, 以达到经济合理的目标,对各种塔型都做了多种口宽和塔身坡度的比较,以得出经济合理的指标。直线塔塔头采用酒杯型加三层横担。方型塔身可提高整塔的稳定性, 增加塔的纵向刚度。上述塔头结构, 外型上较美观,从全塔的外型来看亦较协调,而不会出现突变现象。 三回线路导线多,对塔本体钢材强度要求高,用 Q-235 和 Q-345 时,用钢量较多,给施工、运输带来一些不便,因此必须开展高强度钢材和不等边角钢的应用工作。对高塔而言,自身风荷载比重相当可观。由于钢管结构塔塔身风荷载体型系数比角钢塔要小 40%左右,因此,在输电线路铁塔

5、选型上,也可采用钢管结构塔可以有效地降低塔重、减小基础作用力。 图 1 三回路铁塔单线图 12 电气部分的设计 主要研究内容包括缩短导、地线横担后,导地线及相邻回路之间的间距；采用短横担后, 采取特殊措施满足电气间隙要求方面；增加三回线路的绝缘配合和防雷措施等方面。 1.2.1 提高电气间隙的措施 为提高电气间隙,本次设计三回路塔为紧凑型线路,边相采用新设计的 L 型横支撑绝缘子串(如图 2 所示),中相(边相也可)采用 V 型绝缘子串把三相导线悬挂在杆塔上(如图 3 所示)。 图 2 L 形悬垂绝缘子串组装图 图 3 V 形悬垂绝缘子串组装图 L 型横支撑绝缘子串: 设计思路是用两个互相垂直

6、的绝缘棒分别承担导线产生的荷载,悬垂绝缘棒承担导线产生的垂直荷载,水平绝缘棒承担导线产生的水平风荷载。由于水平绝缘棒起着支撑导线的作用,因此杆塔横担宽度仅取决于电气安全间隙要求,不受导线规格、风速大小、垂直档距与水平档距比值等因素的影响。采用 L 型绝缘子串限制其风偏摆动,在满足电气安全间隙的情况下, 将杆塔横担尺寸缩小,但从杆塔的结构形式来讲,其杆塔形状与常规垂直排列的双回路塔型形状没有本质的区别,电气安全间隙也符合现行规范要求,对运行维护、检修亦未突破现行运行规范的要求,因此不需改变或重新制定运行检修操作程序。 2) V 形悬垂绝缘子串: 在国内外的超高压送电工程中已广泛地应用,它具有减少

7、塔头尺寸、降低耗钢量；减少线路走廊宽度节省线路走廊费用；绝缘子污秽积存量少、自清洗能力较强、污闪性能较悬垂串好及当发生绝缘子中断裂时可防止事故扩大等众多优点,部分地段走廊比较拥挤, 该地区经济树木较多,为减少线路走径难度,减少房屋拆迁和经济树木的砍伐费用,拟使用 V 形悬垂绝缘子串。图 3 为拟使用的 V 形悬垂绝缘子串组装图。V 形串夹角为90b 左右, 塔头宽度比使用常规 I 形串减少 23m,每基节省 1000kg 钢材左右。 V 形串夹角的大小直接影响塔头尺寸和绝缘子串受力情况及作用于悬挂点的力。国内外 对 V 形串的实验研究表明,可在 80b110b 的范围内确定绝缘子串之间的最合适

8、的角度,此时 是可靠的；而且在许多情况下、导线这样悬挂在直线塔上也是比较经济的。在设计中,可根 据 V 形串的夹角的一半大于导线的最大风偏角,来确定 V 形串的夹角。确定 V 形串的夹角后、 画出直线塔间隙圆图,根据间隙圆图来确定塔头尺寸和 V 形串两边的长度。 图中方案 2 适用于风速、档距小的路径拥挤地区线路,方案 3 适用范围更大, 还可用于 档距大的山区,风速大及污秽高的沿海地区。 导线跳线串及跳线型式；线路的导线跳线在大转角常规采用,双串带角钢双挂点型式,考虑到三回路的间距较小,三回路跳线串改用采用横担式支柱绝缘子双串组装成串,同时在大转角(60b90b)塔的中相跳线,为防止输电线路

9、跳线部分出现间隙不够问题, 或者在特殊情况下出现间隙放电现象,可采用硬跳线减少软跳线的挠度和风偏。 2、输电线路铁塔结构设计的优化措施 在我国高压输电线路的建设中，输电线路铁塔的设计与施工占据重要的地位，其一般由地线支架、导线横担、上、下曲臂或塔头立柱及塔身、塔腿或塔脚及拉线等部件组成。通过铰接组成一个整体。 2.1 拉线 V 型塔优化设计 拉线 V 型塔在结构上布置较为合理,立柱受压、拉线受拉，分别采用格式组合压杆构件和高强度钢铰线，能够充分发挥构件和材料的力学特性。其整体刚度大，稳定性高，抗风能力强，耗钢量较低。但其立柱属细长杆件，需考虑二阶效应；占地面积大，有碍农田机耕作业，赔偿费用较高

10、。是我省 220500KV 线路在平丘非密集农田地区常用的基本塔型。拉线 V 型塔塔头由地线支架和导线横担组成，占整塔重量的 40%，其中导线横担为 36%，地线支架仅 4%。所以塔头优化一般以导线横担为主。影响横担杆件内力和应力的主要因素是横担本身的杆件结构布置形式，如导线拉线挂点与立柱顶端之间的距离选择；中横担立面高度、主材节间选择、主斜材结构布置型式等：可将这些因素作 为设计变量，逐步进行递推优化。 2.2 铁塔与基础同时优化设计 以铁塔耗钢量最小为目标，所求得塔身最佳坡度。对铁塔来讲是经济的。但进一步扩大优化设计的范围。再与基础设计相结合。就不一定是最佳方案。以我国目前在孟加拉所参加承

11、包的 132KV 线路工程为例：该工程位于吉大港城郊。地基土大部分属海相沉积的灰黑色淤泥质粉质粘土、软塑。极限侧摩阻力很小，承载力极低。基础以弹性连梁灌注桩为主。因其钢材、水泥、骨料需全部进口，费用较高。所以，如何降低基础工程造价成为主要矛盾。对铁塔而言，在铁塔容许坡度范围内（即坡度应控制在主材开合角容许范围，否则，斜、主材难 以共面） ，从铁塔最佳坡度开始，塔腿坡度愈大，塔材量增加；但基础作用力减小，基础耗量降低。反之，塔材虽少，但基础作用力增大，基础耗量增加。显然，对铁塔和基础来讲，也存在一个塔材和基础耗量合理配置的优化问题。 3、结语 三回及以上多回同塔输电技术,是近些年在我国城市快速发展中常采用的一种方法。输电铁塔是输电系统的重要组成部分之一，其在设计过程中对于整体强度、安全性、耐腐蚀性都是必要引起高度重视的。 参考文献 1 编委会.电力架空送电线路设计施工与运行检修实用手册M.长春：吉林音像出版 2005 2 贾振宏. 同塔多回路输电线路的设计J.电力建设,2005 作者简介： 郭贤松（1979-） 男湖北武汉人 结构工程师 主要从事高压输电线路结构设计工作。