斷線工況對輸電鐵塔重量的影響

賈國強，武 力

(內蒙古電力勘測設計院，內蒙古 呼和浩特 010020)

斷線工況對輸電鐵塔重量的影響

賈國強，武 力

(內蒙古電力勘測設計院，內蒙古 呼和浩特 010020)

對110kV單回路輸電線路鐵塔進行結構設計時，為了弄清楚斷線工況對鐵塔重量的影響程度以及斷線工況所控制的桿件位置及類型，首次計算并未考慮斷線工況對鐵塔的影響，并得到了滿應力計算結果。第二次計算時，通過追加斷線工況荷載，驗算了首次滿應力計算結果，并得到了斷線工況所控制的桿件位置及類型。對比兩次計算最終結果，得到了斷線工況對鐵塔重量的影響程度。

斷線工況； 斜材； 主材； 鐵塔重量。

1 概述

輸電線路斷線事故屬于小概率事件，但一旦發(fā)生，輕者造成供電中斷，重者發(fā)生倒塔、線路癱瘓，其造成的破壞不容小視。斷線情況的起因多表現(xiàn)為自然災害、線路自身缺陷和安裝不合格等因素。在進行輸電線路鐵塔結構設計時，斷線工況為鐵塔設計的一種重要工況，通常會控制較多桿件的選材。2010年7月1日實施的《110kV～750kV架空輸電線路設計規(guī)范》GB 50545－2010也將斷線情況的荷載取值進行了提高。按照新規(guī)程的設計要求，本文針對我院設計的110kV鐵塔的四種轉角塔和三種直線塔分別進行了斷線工況下的計算，并進行了分析研究。

2 鐵塔設計條件

1 1 0 k V單回路系列鐵塔，設計風速28m/s(10m高)，覆冰厚度為10mm，最低氣溫－40℃。導線采用1XLGJ－240/30型號，地線采用GJ－80型號。4個轉角塔最大呼高均為24m，水平檔距450m，轉角度數分別按0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～90°設計，其中JG4同時兼做終端塔。ZM1最大呼高24m，水平檔距350m；ZM2最大呼高27m，水平檔距500m；ZB1最大呼高24m，水平檔距450m；導線安全系數取2.5，地線安全系數取3.0。

3 鐵塔計算分析

為了找到斷線工況所控制的桿件，首次計算時有意識地將斷線工況去掉，得到了鐵塔在滿足設計要求下的滿應力結果，也即此時所計算出的鐵塔如果不考慮斷線工況的存在，鐵塔各項計算是滿足設計要求及規(guī)程規(guī)定的。在進行第二次計算時，用斷線工況下的荷載去驗算首次計算的結果，得到了受斷線工況控制的桿件及滿應力結果。

3.1 計算結果

為了弄清楚鐵塔受斷線工況控制的桿件有哪些，應力情況如何，分別截取兩次計算下的鐵塔應力圖，詳見圖1和圖2，其中圖1為不考慮斷線工況下的應力圖，圖2為用斷線工況下的荷載驗算首次計算結果得到的應力圖。圖2紅色方框示意處為被斷線工況控制的桿件，且桿件應力比超過100%。

圖1 應力圖一

圖2 應力圖二

通過調整圖2超限桿件的規(guī)格，使其滿足斷線工況的計算，最終得到了考慮斷線工況后鐵塔的重量，將兩次計算結果進行比較，得出了在斷線工況控制下鐵塔重量的增加量，詳見表1。

表1 鐵塔重量增量對比

3.2 結果分析

從圖2可以看出，對轉角塔而言，斷線工況主要控制的是塔身斜材、腿部斜材和橫擔主材。除JG1導線橫擔上部塔身主材受斷線工況控制之外，轉角塔塔身主材均不受斷線工況控制。同時從表1鐵塔重量增量可以看出，轉角塔主材重量的增加最大為3.28%，最小為0.28%，斜材重量的增加最大為40.62%，最小為17.51%；也即轉角塔由斷線荷載而引起鐵塔重量的增加主要是由于斜材重量增加所引起的。圖3為轉角塔各呼高由斷線工況而引起單基塔重量增加變化情況。

從圖3可以看出，隨著鐵塔高度的增加，鐵塔增重逐漸減小，且隨著轉角塔轉角度數的增加，鐵塔增重也在減小。

對直線塔而言，從圖2可以看出，斷線工況主要控制的是塔身、塔頭主材、塔身斜材、腿部斜材，且從表1主材增量和斜材增量計算結果對比可知，主材重量增加幅度要大于斜材重量增加幅度。圖4為直線塔各呼高由斷線工況而引起單基塔重量增加變化情況，對比ZM1和ZM2，可以發(fā)現(xiàn)，斷線工況對ZM1的影響要大于ZM2，說明檔距越小，斷線工況對鐵塔的影響也越大。從圖4還可以看出，ZB1塔受斷線的影響要遠遠大于其他2個直線塔，這主要是因為ZB1塔塔頭構造和塔頭尺寸比其他2個直線塔大所造成的。

從表1、圖3和圖4結果來比較斷線工況對直線塔和轉角塔的影響程度可以發(fā)現(xiàn)，斷線工況對直線塔的影響程度要比對轉角塔的影響程度大，同時從另一方面也說明，在發(fā)生斷線情況時，直線塔抵抗斷線荷載的能力要比轉角塔弱。

計算結果還表明，斷線荷載無論是對直線塔還是轉角塔，對塔身上部的影響要大于下部，這與相關鐵塔試驗是相符的。

圖3 轉角塔增重百分比

圖4 直線塔增重百分比

4 結論

(1)考慮斷線工況后，轉角塔單基塔重最大增加了20.48%，最小增加了7.48%；直線塔單基塔重最大增加了34.41%，最小增加了12.4%。斷線工況對直線塔的影響要大于對轉角塔的影響。

(2)對轉角塔，斷線工況主要控制的是塔身斜材、腿部斜材和橫擔主材；對直線塔，斷線工況主要控制的是塔身、塔頭主材、塔身斜材、腿部斜材。

(3)對轉角塔，斷線工況引起鐵塔重量的增加主要是由鐵塔斜材重量增加引起的，而對直線塔，鐵塔重量的增加主要是由斜材和主材重量增加共同引起的。

(4)隨著塔高的增加，斷線工況引起鐵塔重量的增加在逐漸減小，也即鐵塔重量的增加主要是由鐵塔上部桿件變化引起的。

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[3]Bob Oswald，Dennis Schroeder，Peter Catchpole.Investiga－tive summery of the July 1993 Nebraska Public District Grand Island－Moore 345kV transmission line failure[C].Transmis－sion and Distribution Conference，Proceedings of the 1994 IEEE PowerEngineering Society，1994.

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[5]默增祿，張子富，胡光亞．±800 kV直流特高壓直線塔模型的導線斷線試驗分析[J]．電力建設，2010，31(1)．

Effect of Breaking Line Condition on Weight of Transmission Line Iron Tower

JIA Guo-qiang, WU Li
(Inner Mongolia Power Exploration and Design Institute, Huhhot 010020, China)

While doing structure design to 110kV single－circuit transmission tower, in order to make clear how broken wire conditions effect the tower weight and find out controlled rods position and type by broken wire conditions, we don’t consider the influence of broken wire conditions to tower weight for the first calculating and obtain full stress calculation results. When beginning compute for the second time, we add broken wire load, check full stress calculation results of the first calculating, and get controlled rods position and type by broken wire conditions.Contrast twice calculating results, we know that how broken wire conditions effect the tower weight.

broken wire conditions; cross members; main members; tower weight.

TM726

B

1671-9913(2014)03-0064-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.013

2013-05-28

賈國強(1980- )，男，內蒙古呼和浩特市人，碩士研究生，工程師，主要從事輸電線路結構設計工作。