ZS型單桿可活動式加高頂架的研制

摘??要：35?kV線路的投運時間較長，原線路的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低。部分35?kV線路的對地距離、對交跨距離嚴(yán)重不足，加之受地形影響，部分線路無法加高，導(dǎo)致夏季高溫弧垂增大，嚴(yán)重影響了線路的安全、穩(wěn)定運行。因此，研究、設(shè)計了35?kV線路ZS型單桿加高頂架，以提高對地和交叉跨越的安全，提高架空輸電線路的安全性和可靠性，從而達到縮短線路停電時間、降低線路改造成本的目的。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);輸電線路;頂架;交叉跨越

中圖分類號：TM75???????????????文獻標(biāo)識碼：A???????????????DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.068

1??線路中存在的問題

在地形和環(huán)境的局限性較大時，存在以下2種情況：①農(nóng)村部分桿塔的對地距離不能滿足運行規(guī)程中的要求，但因空間局限無法加高鐵塔，只能使用頂架。②農(nóng)村部分桿塔的跨越弱電線路中存在安全隱患，無法滿足運行規(guī)程中的要求，但加高鐵塔的費用較高，可在桿塔基礎(chǔ)上加高頂架解決此問題（線地矛盾存在臨界點，比如線下建筑物距線4?m時，只需提高1?m頂架即可滿足運行要求）。

2??加高組立鐵塔

加高時所用桿塔的型號和費用如表1所示。

表1??加高時所用桿塔的型號和費用

電壓等級/kV

線路名稱

桿塔型號

費用/元

更換桿

塔型號

加高費用/元

停電時間/h

35

永寨

ZS

2?500

ZM

15?000

48

ZS

2?500

Z4

5?000

18

ZS

2?500

ZM-21

15?000

45

ZS

2?500

7725

1?000

45

從表1中可以看出，更換桿塔的成本較高，需要耗費大量的人力和財力。

3??重新設(shè)計線路走經(jīng)

原線路走經(jīng)與變更后的線路走經(jīng)對照圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，變更后的線路走經(jīng)與原線路走經(jīng)差別較大。因此，需要重新設(shè)計定位并全面改造線路。此外，線路的張力等問題也需要重新計算、核對。

架空導(dǎo)線長期處于應(yīng)力的作用下，加之受到各種環(huán)境、導(dǎo)線質(zhì)量、大負(fù)荷和導(dǎo)線初伸長等因素的影響，導(dǎo)致線長增加、導(dǎo)線弧垂增大。同時，隨著線路周圍環(huán)境的變化，也應(yīng)全面加高對地不足的臨界點。具體如圖2所示。

圖1??原線路走經(jīng)與變更后的線路走經(jīng)對照圖

圖2??線路對地臨界點示意圖

4??具體的加高過程

4.1??加高目標(biāo)

從整體的角度考慮后得出，桿塔在原有高度上加高1.5?m即可滿足運行的要求。

4.2??加高頂架的材料選取

加高頂架材料應(yīng)能適應(yīng)牢固連接，且據(jù)有較高的可塑性，強度和拉力必須滿足使用要求。小組成員走訪了周邊市場，從強度高、可塑性強、加工便捷等方面入手選擇材料。經(jīng)統(tǒng)計、計算各種材料的數(shù)據(jù)后表明，角鋼的密度僅為工業(yè)純鐵的60%，但其強度高于鋼，比強度（強度/密度）是現(xiàn)代工程金屬結(jié)構(gòu)材

料中較好的。

在詳細(xì)分析了各國現(xiàn)有試驗資料的基礎(chǔ)上，提出了用于平面桁架設(shè)計的等效長細(xì)比計算公式，其主要特點是可以直接計算不同強度等級角鋼壓桿的長細(xì)比，并提出了連接肢寬厚比限值的計算公式。分析結(jié)果表明，對于設(shè)計單邊連接的單角鋼壓桿，除應(yīng)正確計算外，還應(yīng)考慮構(gòu)造措施的影響，且腹桿應(yīng)配置在弦桿一側(cè);也需要考慮節(jié)點連接板的厚度、連接肢的寬厚比等。單邊連接單角鋼壓桿的設(shè)計圖如圖3所示。

圖3??單邊連接單角鋼壓桿的設(shè)計圖

經(jīng)過綜合對比分析，小組決定采用角鋼為加高頂架的材料。

4.3??加高頂架的穩(wěn)定性分析

角鋼失穩(wěn)時，截面彎曲軸不是弱主軸z，而是平行于連接肢的z軸（以下簡稱平行軸），偏離較小的斜軸試件處于受力偏心方向，即在垂直于連接板平面存在彎曲變形和失穩(wěn)破壞。這是因為端部約束使角鋼在桁架平面內(nèi)的彎曲受到了很大的限制。具體如圖4所示。

圖4??失穩(wěn)時的彎曲軸

當(dāng)以短肢連接長肢外伸時，承載能力高于長肢連接，這是因為長肢外伸時的出平面彎曲剛度較大、穩(wěn)定性較好。

4.4??加高頂架角鋼端部連接分析

當(dāng)單角鋼端部用焊縫連接時，仍按通常做法將角焊縫分配在連接肢的肢尖和肢背，具體如圖5所示。

圖5??單角鋼端部用焊縫連接時的具體分配

單角鋼腹桿的承載力會受到構(gòu)造措施的直接影響。為了保證適用性，腹桿應(yīng)配置在弦桿一側(cè)，且節(jié)點連接板件必須達到一定的厚度。此外，連接肢的寬厚比也是設(shè)計時需要關(guān)注的問題，較短、細(xì)比較大的腹桿通常都能滿足要求。

單角鋼腹桿設(shè)計的主視圖和左視圖如圖6所示。

圖6??單角鋼腹桿設(shè)計的主視圖和左視圖

單角鋼腹桿設(shè)計的抱箍分解圖、下端頂架分解圖和側(cè)視圖如圖7所示。

圖7??單角鋼腹桿設(shè)計的抱箍分解圖、下端頂架分解圖和側(cè)視圖

單角鋼腹桿設(shè)計的整體模具CAD制圖和整體實物如圖8所示。

圖8??單角鋼腹桿設(shè)計的整體模具CAD制圖和整體實物

原有頂架和ZS單桿可活動式加高頂架如圖9所示。

圖9??原有頂架和ZS單桿可活動式加高頂架

5??結(jié)束語

加高頂架滿足了部分地形限制較大區(qū)域的安全需求，提高了線路的可靠性。采用該方法不僅縮短了工時和線路的停電時間，還大大降低了工作人員的勞動強度，從而提高了電網(wǎng)運行的可靠性，得到了良好的安全效益。

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作者簡介：賈小龍（1982—），本科學(xué)位，工程師，現(xiàn)工作于國網(wǎng)吳忠供電公司輸配電運檢室。

〔編輯：張思楠〕

ZS?Developed?Single-lever?Moveable?Roof?Rack?Heightening

Jia?Xiaolong

Abstract：?35?kV?line?into?operation?time?is?longer，?lower?design?standards?of?the?original?line.?Part?of?the?35?kV?line?to?ground?from?a?serious?shortage?of?pay?across?distance，?coupled?by?the?topography，?some?lines?can?not?be?heightened，?leading?to?increased?summer?heat?sag，?seriously?affecting?the?safety?of?the?line，?and?stable?operation.?Therefore，?the?study?was?designed?35?kV?single-pole?circuit?ZS?heightening?top?shelf，?in?order?to?improve?the?ground?and?cross?over?the?safety?of?overhead?transmission?lines?to?improve?the?safety?and?reliability?of?power?lines?in?order?to?shorten?the?time?and?reduce?the?cost?of?line?transformation?purposes.

Key?words：?power?systems;?transmission?lines;?overhead;?cross-cutting