新型桿塔在交叉跨越送電線路中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭 恒，楊璐瑜

(1.重慶電力設(shè)計(jì)院，重慶401125;2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司北碚供電分公司，重慶400711)

0 引言

桿塔是高壓架空輸電線路必不可少的組成部分，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和材料型式隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與電網(wǎng)的發(fā)展也在不斷完善與優(yōu)化。目前，主要應(yīng)用于高壓輸電線路的有砼桿、角鋼塔、鋼管塔與鋼管桿。隨著城市建設(shè)的不斷加快，土地資源的日趨緊張，電力走廊的壓縮和社會(huì)對(duì)環(huán)境要求的提高，鋼管桿以其外表美觀、占地面積小的特點(diǎn)在城市高壓輸電線路建設(shè)中得到了越來越多的應(yīng)用，尤其是在居民眾多、人行道狹窄的城區(qū)和具有成型道路的規(guī)劃區(qū)較常使用［1，2］。

城市發(fā)展與電力發(fā)展具有相輔相成但又相互制約的關(guān)系，一方面，城市的發(fā)展要求電力的發(fā)展，電力的發(fā)展促進(jìn)了城市的發(fā)展;另一方面，隨著城市人口、房屋的增多，電力走廊受到制約，電力輸送停滯不前又阻礙城市的正常發(fā)展。城市化的進(jìn)程使架空電力走廊的選擇日益困難。

本文結(jié)合一條110kV高壓輸電線路中遇到的實(shí)際困難，通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、理論分析、計(jì)算機(jī)仿真和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，設(shè)計(jì)出了一種新型的鋼管桿，其塔頭布置能同時(shí)滿足桿塔兩端，一端穿越、一端跨越的工程技術(shù)難題。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模與概況

新型鋼管桿應(yīng)用于永川南郊110kV輸變電工程中110kV來南東線(來蘇-南郊)段59#塔，為單回耐張鋼管桿，轉(zhuǎn)角0度。

工程線路概況如下:110kV來南東線位于重慶市永川市，新建段桿塔全部沿永川市南郊區(qū)一環(huán)路規(guī)劃公路綠化帶進(jìn)行架設(shè)，新建段除變電站外終端塔采用鋼管桿外，其余均采用鋼管桿進(jìn)行架設(shè)。線路導(dǎo)線采用2×JL/G1A-300/25型鋼芯鋁絞線，地線采用一根光纜OPGW-75，另一根采用鋁包鋼絞線JLB40-100。耐張串絕緣子采用70kN瓷絕緣子，每聯(lián)8片，雙聯(lián)成串。主要?dú)庀髼l件為最高氣溫40℃，最低氣溫-5℃，年平均氣溫15℃，基本風(fēng)速23.5m/s(同時(shí)溫度10℃)，無覆冰。

1.2 工程要求

本文所研究的實(shí)際工程中，對(duì)110kV線路設(shè)計(jì)交叉跨越的要求遵循中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)。

59#桿桿位位置如圖1所示，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，58～59#之間距離325m，需跨越或者穿越110kV永鐵二線。59～60#之間距離147m，需跨越鐵路局家屬院。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)要求和相關(guān)規(guī)范，59#桿必須滿足如下要求:

(1)滿足對(duì)鐵路局家屬院房屋的跨越要求。根據(jù)《規(guī)范》要求，在考慮最大風(fēng)偏情況下，110kV線路對(duì)房屋的凈空距離不得小于4m。

(2)滿足對(duì)110kV永鐵二線的交叉跨越要求。根據(jù)實(shí)測(cè)，交叉點(diǎn)永鐵二線邊導(dǎo)線對(duì)地最低點(diǎn)為26.2m;地線最高為 30.3m。根據(jù)《規(guī)范》要求，110kV與110kV線路之間交叉跨越應(yīng)滿足各種工況下3m。

(3)前后側(cè)導(dǎo)線對(duì)地距離的要求。根據(jù)《規(guī)范》要求，110kV在人口密集區(qū)對(duì)地應(yīng)滿足各種工況下7m。

1.3 工程技術(shù)難點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，存在的主要技術(shù)難點(diǎn)為:

圖1 線路現(xiàn)狀及跨越示意圖

(1)線路全線沿規(guī)劃公路綠化帶進(jìn)行架設(shè)，走廊無法做出重大調(diào)整，無論采取何種方案，均需要跨越或穿越永鐵二線。

(2)若采用傳統(tǒng)的雙回垂直排列塔型，則必須對(duì)永鐵二線采取高跨方案，高跨方案將會(huì)增加鋼管桿直徑與重量、基礎(chǔ)混凝土量，這就增加了征地費(fèi)用和基礎(chǔ)投資。

(3)110kV永鐵二線為鐵路專供線路，停電協(xié)調(diào)難度很大，若采用高跨方案，施工時(shí)必須考慮搭建臨時(shí)鋼架作為保護(hù)措施。

因此，若采用傳統(tǒng)塔形的桿塔，既協(xié)調(diào)困難又增大了投資，施工十分困難。

2 新型鋼管桿應(yīng)用

2.1 新型鋼管桿設(shè)計(jì)

結(jié)合本工程所遇到的實(shí)際困難，設(shè)計(jì)了一種新型異型鋼管桿，其外觀及配置方式如圖2所示，圖中數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)斷面和計(jì)算結(jié)果，按《規(guī)范》所有的要求均留有一定裕度，線路斷面的仿真是通過道亨軟件SLCAD架空送電線路平斷面處理及定位CAD系統(tǒng)得到［4］。

圖2 新型鋼管桿示意圖

對(duì)新型鋼管桿的說明如下:

(1)新型鋼管桿小號(hào)側(cè)為穿越110kV永鐵二線，大號(hào)側(cè)為跨越永川鐵路局家屬院。

(2)鋼管桿呼高19m，分導(dǎo)線上、中、下、附加橫擔(dān)和地線橫擔(dān)。其中，上下橫擔(dān)各長(zhǎng)7m，中橫擔(dān)長(zhǎng)4m，地線橫擔(dān)長(zhǎng)5m，附加橫擔(dān)長(zhǎng)3m。上下橫擔(dān)之間垂直投影距離11m，中下橫擔(dān)之間垂直投影距離3.5m，上橫擔(dān)到地線橫擔(dān)垂直投影距離為3.5m。

(3)對(duì)于地線，58#引入的地線通過塔身引到附加橫擔(dān)上的地線金具掛點(diǎn)處，再由此掛點(diǎn)通過金具引出地線，與60#地線連通。

(4)對(duì)于導(dǎo)線，58#引入的邊相導(dǎo)線通過上橫擔(dān)的絕緣子串后，直接接入下橫擔(dān)上方的絕緣子串，然后通過下橫擔(dān)與60#連接的絕緣子串引出;中相通過上導(dǎo)線絕緣子掛點(diǎn)2，引下到下導(dǎo)線絕緣子附加橫擔(dān)處，再通過中橫擔(dān)附加絕緣子跳線掛點(diǎn)，最后通過下橫擔(dān)中相導(dǎo)線絕緣子串掛點(diǎn)引出，與60#相連接。

2.2 新型鋼管桿與傳統(tǒng)跨越方式的比較

新型鋼管桿與傳統(tǒng)跨越方式進(jìn)行比較，其它結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)均按照文獻(xiàn)［5］的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，若采用傳統(tǒng)跨越方案，則59#呼高需要48m，全高55m。

其中兩種方案跨越永川局家屬院均能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，主要比較對(duì)永鐵二線的交叉跨越，兩種方案在年平工況條件下的斷面如圖3所示。

由圖3結(jié)合計(jì)算結(jié)果可知:對(duì)于方案一，各種工況下58～59#地線距永鐵二線導(dǎo)線最小距離為4.1m，對(duì)下方弱電線路最小距離為3.6m;方案二各種工況下58～59#地線距永鐵二線地線最小距離為4.3m。兩種方案均滿足《規(guī)范》的要求。

圖3 比較方案交叉跨越斷面圖

根據(jù)兩種方案，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性進(jìn)行了比較，其中經(jīng)濟(jì)性的比較如表1所示。

由表1結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可知，相對(duì)于傳統(tǒng)高跨方案，采用新型鋼管桿具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)從單基塔材料成本上節(jié)約了費(fèi)用15.98萬元，且新型鋼管桿占地面積小，減少了征地賠償?shù)馁M(fèi)用。

(2)采用新型鋼管桿，在施工過程中無須對(duì)110kV永鐵2線采取停電措施。若采用傳統(tǒng)高跨方案，則需要對(duì)永鐵2線進(jìn)行停電，并在線下搭建臨時(shí)施工鋼架方能進(jìn)行正常施工。新方案節(jié)約了施工時(shí)間，減少了施工難度，降低了施工費(fèi)用。

2.3 新型鋼管桿應(yīng)用前景展望

研究結(jié)果表明:新型鋼管桿完全滿足《規(guī)范》中的所有要求，且能有效解決線路跨越和穿越的要求，在人口密集、走廊狹窄的地區(qū)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)今后的線路設(shè)計(jì)有良好的借鑒作用。

對(duì)今后此類異型桿塔的設(shè)計(jì)，展望如下:

(1)對(duì)于其它電壓等級(jí)的線路桿塔，也可以采用本工程新型桿塔設(shè)計(jì)的思路，但需要重新根據(jù)各類電壓等級(jí)所要求的電氣距離進(jìn)行校驗(yàn)，以滿足《規(guī)范》的要求。

表1 兩方案的比較

(2)對(duì)于同類電壓等級(jí)，塔身更寬、橫擔(dān)更大的角鋼塔和鋼管塔，需要根據(jù)鐵塔尺寸對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行校驗(yàn)和修正，以滿足《規(guī)范》的要求。

(3)對(duì)于穿越端，當(dāng)檔距較小的情況下，可以考慮檔內(nèi)不架設(shè)地線，以增大對(duì)穿越線及對(duì)地的安全距離。

(4)對(duì)于轉(zhuǎn)角增大的情況，應(yīng)進(jìn)一步校驗(yàn)各相對(duì)塔身各部分的電氣距離，適當(dāng)?shù)卦黾铀沓叽缁蛟黾咏鹁?，如延長(zhǎng)環(huán)等以確保滿足規(guī)程規(guī)范的要求。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)理論與實(shí)踐驗(yàn)證，新型鋼管桿能滿足一側(cè)穿越、一側(cè)跨越的雙重需要，具有良好的工程應(yīng)用和理論參考價(jià)值;

(2)相對(duì)于傳統(tǒng)的高塔跨越方案，新型鋼管桿能節(jié)約投資、減少施工及協(xié)調(diào)難度，具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性;

(3)對(duì)于其它電壓等級(jí)和塔型的同類交叉跨越問題，本文的設(shè)計(jì)思路可以借鑒，但需根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范校驗(yàn)其電氣距離。

(4)對(duì)于轉(zhuǎn)角或檔距不同的情況，可以考慮通過采取增加或減少金具的方式來滿足具體工程的需要。

［1］ 羅建明.鋼管桿在城市輸電線路中的應(yīng)用［J］.農(nóng)村電氣化，2008，(6):10-11.

［2］ 涂崇巍，郭耀杰.鋼管桿輸電線路中K值的取值原則［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版，2008，(7):247-251.

［3］ GB 50545-2010，110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ 王驄，何順華.SLCAD系統(tǒng)在線路平斷面圖測(cè)量中的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，1998，(11):40-42.

［5］ 張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.