110kV輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

鄭春生

（勝利油田電力管理總公司，山東　東營(yíng)　257000）

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110kV輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

鄭春生

（勝利油田電力管理總公司，山東東營(yíng)257000）

〔摘 要〕針對(duì)110kV輸電線路導(dǎo)線對(duì)地安全距離不足，易造成線路事故并嚴(yán)重威脅人身安全的問(wèn)題，提出了采用“2只復(fù)合橫擔(dān)+4只復(fù)合絕緣子”的組合型式對(duì)線路桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，取得良好的效果，最后對(duì)桿塔新結(jié)構(gòu)提出了進(jìn)一步的改進(jìn)措施。

〔關(guān)鍵詞〕輸電線路；安全距離；復(fù)合橫擔(dān)；復(fù)合絕緣子

0　引言

某110kV輸電線路直線桿塔多采用鋼筋砼電桿雙桿組裝，且在空曠鹽堿野地建設(shè)，線路防護(hù)區(qū)開(kāi)闊。隨著城鄉(xiāng)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，由于城市建設(shè)、農(nóng)村擴(kuò)張、地形地貌變化、各類路網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)提升和農(nóng)林種植綠化等諸多原因，多處線路導(dǎo)線對(duì)地、對(duì)構(gòu)筑物、對(duì)林木等距離嚴(yán)重不足，已不能滿足規(guī)程規(guī)定的安全距離要求。特別是直線桿Z-18（呼稱高度13 m）和直線跨越桿Z1-21（呼稱高度16.9 m）2種桿型，因?qū)Φ鼐嚯x不足曾引發(fā)多起線路跳閘、人身事故。

針對(duì)這些安全隱患，以往采取的措施為：

（1）重新規(guī)劃，改變路徑；

（2）在2桿塔之間增加1基新桿塔；

（3）更換或升高跨越物兩端桿塔。

但實(shí)施這些措施不僅停電難度大、建設(shè)周期長(zhǎng)，而且路徑規(guī)劃受工農(nóng)關(guān)系限制，成本昂貴。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)外復(fù)合絕緣子產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展和實(shí)際運(yùn)用，2004年開(kāi)始采用“復(fù)合橫擔(dān)+復(fù)合絕緣子”方式，對(duì)線路桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過(guò)改變導(dǎo)線懸掛方式，提升桿塔呼稱高度，滿足導(dǎo)線對(duì)地安全距離要求。

1　桿型結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)思路和分析

1.1直線桿型的基本結(jié)構(gòu)

以Z-18桿型為例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。桿型采用φ230上下2段拔稍雙桿，呈水平排列布置，無(wú)橫梁（叉梁）型式，桿型高度為18m，適用于LGJ-150型導(dǎo)線。拉線使用4根GJ-70鋼絞線對(duì)地夾角60°布置，桿塔基礎(chǔ)采用底盤、拉盤直埋基礎(chǔ)方式。

桿塔上部由導(dǎo)線鐵橫擔(dān)HZC-450-1（總長(zhǎng)9m，總重150.5 kg），1根橫拉桿及4根斜拉桿（拉桿為φ16鋼筋及調(diào)節(jié)螺栓等）組成。

圖1　直線桿Z-18原結(jié)構(gòu)

1.2桿塔改進(jìn)思路及設(shè)計(jì)

（1）在不進(jìn)行導(dǎo)線馳度調(diào)升的情況下，滿足導(dǎo)線馳度對(duì)地安全距離要求最簡(jiǎn)便的辦法是增大導(dǎo)線呼稱高度，以提升導(dǎo)線懸掛高度，因而需要對(duì)桿塔上部導(dǎo)線鐵橫擔(dān)及橫拉桿、斜拉桿組件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。由于導(dǎo)線鐵橫擔(dān)及橫拉桿均有穿釘與電桿成整體結(jié)構(gòu)，因此通過(guò)提高導(dǎo)線鐵橫擔(dān)及橫拉桿安裝高度，增大導(dǎo)線呼稱高度以提升導(dǎo)線懸掛高度的辦法不可行。

（2）桿塔改進(jìn)的原則是：雙桿布置型式、桿塔基礎(chǔ)及拉線基礎(chǔ)、拉線懸掛及布置型式、桿塔電氣性能、機(jī)械性能及整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性保持不變。只能通過(guò)提高導(dǎo)線懸掛高度和改變導(dǎo)線懸掛方式，同時(shí)提升避雷線懸掛點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。

（3）選用實(shí)心復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子替代懸掛導(dǎo)線的鐵橫擔(dān)及橫拉桿、斜拉桿等組件，采用“邊相復(fù)合橫擔(dān)+中相懸式復(fù)合絕緣子”方式懸掛導(dǎo)線。2個(gè)邊相各選用1只復(fù)合橫擔(dān)+1只棒形懸式復(fù)合絕緣子呈“∠”型布置。復(fù)合橫擔(dān)水平安裝，固定在電桿適當(dāng)高度，起到原邊相導(dǎo)線鐵橫擔(dān)作用，用于支撐導(dǎo)線；棒形懸式復(fù)合絕緣子起斜拉桿作用。中相選用2只棒形懸式復(fù)合絕緣子呈“∨”型布置，并在桿塔頂端加裝鐵橫梁，用于固定“∨”型絕緣子串。為保證桿塔整體穩(wěn)定性，在桿塔中部加裝鐵橫梁，以防桿塔扭曲變形。改進(jìn)設(shè)計(jì)后桿塔整體結(jié)構(gòu)呈“H”型，如圖2所示。

圖2　直線桿Z-18改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)

（4）邊導(dǎo)線保護(hù)角核算。提高架空避雷線懸掛高度，將雙避雷線懸掛點(diǎn)上移，規(guī)程規(guī)定：桿塔上避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角一般為20°。使用復(fù)合橫擔(dān)后，導(dǎo)線懸掛點(diǎn)升高，保護(hù)角變小，為使其保護(hù)角滿足防雷要求，應(yīng)提升避雷線支架或縮短導(dǎo)線橫擔(dān)長(zhǎng)度，但顯然縮短導(dǎo)線橫擔(dān)長(zhǎng)度不能滿足電氣絕緣間隙要求。

由于桿塔采用對(duì)稱雙避雷線，中導(dǎo)線位于2避雷線中央，故中導(dǎo)線不做保護(hù)角核算，只需考慮邊導(dǎo)線。按照避雷線支架安裝高度2.7m，復(fù)合橫擔(dān)（導(dǎo)線懸掛點(diǎn)，導(dǎo)線呼稱高度）安裝在原導(dǎo)線鐵橫擔(dān)橫拉桿位置以上1.5 m處核算，邊相導(dǎo)線保護(hù)角在避雷線保護(hù)范圍內(nèi)。導(dǎo)線懸掛高度約提升3.2m。

1.3穩(wěn)定性分析

桿塔基礎(chǔ)作為輸電線路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，主要對(duì)線路桿塔起到穩(wěn)定作用，防止桿塔在導(dǎo)線自重、風(fēng)載、覆冰、斷線張力等垂直荷載、水平荷載或其他外力作用下而發(fā)生拔出、下壓、傾覆等事故。

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的桿塔承受的風(fēng)荷載、覆冰荷載及導(dǎo)線避雷線張力等可變荷載沒(méi)有變化；但承受的桿塔自重荷載、導(dǎo)線避雷線絕緣子金具的重力等永久荷載，由于導(dǎo)線鐵橫擔(dān)及拉桿等的取消而變小，即減小了垂直于地面方向的荷載，因此作用于桿塔上的所有重力荷載（垂直荷載G）變小。

桿塔改進(jìn)設(shè)計(jì)后其整體結(jié)構(gòu)和型式?jīng)]有改變，桿塔、拉線基礎(chǔ)也沒(méi)有變動(dòng)，因而桿塔穩(wěn)定性相應(yīng)也沒(méi)改變。

2　復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子設(shè)計(jì)及參數(shù)選定

復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子由連接底座、護(hù)套、芯棒、傘裙和掛頭5部分組成，如圖3所示。連接底座是金屬材料經(jīng)加工焊接而成的，它是復(fù)合橫擔(dān)與桿塔金具的連接部件，承受著復(fù)合橫擔(dān)在運(yùn)行過(guò)程中各種力作用下的彎曲負(fù)荷；護(hù)套、芯棒、傘裙的功能、材料及工藝制作與棒形懸式復(fù)合絕緣子基本相同；掛頭采用鑄鋁件并具有拉環(huán)，直接與導(dǎo)線綁扎固定。

圖3　復(fù)合橫擔(dān)結(jié)構(gòu)

根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)與導(dǎo)線懸掛縱向點(diǎn)上移安裝，維持原桿型結(jié)構(gòu)尺寸不變的原則，選取產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)如下。

（1）復(fù)合橫擔(dān)：結(jié)構(gòu)高度1 580mm，絕緣距離1 260mm，重21.5 kg，芯棒直徑60mm。固定導(dǎo)線端部有拉環(huán)與斜拉絕緣子U型端頭配合使用。

（2）復(fù)合絕緣子：結(jié)構(gòu)高度1 490mm，絕緣距離1 260mm，芯棒直徑18mm，重量4.8 kg，兩端采用U型金具。

（3）避雷線選擇使用2.7 m高度的槽鋼鐵帽支架支撐。

復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子的材料選用與制作，需按照相關(guān)文獻(xiàn)的技術(shù)要求進(jìn)行，并應(yīng)完成機(jī)械、電氣性能和相關(guān)型式試驗(yàn)。

3　試驗(yàn)及掛網(wǎng)運(yùn)行情況

2004年5月，在該110kV孤五線15號(hào)、34號(hào)、40號(hào)、41號(hào)4基桿塔試點(diǎn)施工試驗(yàn)，使用保定電力修造廠生產(chǎn)的FHD-110/10（帶拉環(huán)）復(fù)合橫擔(dān)，改“導(dǎo)線鐵橫擔(dān)+3只復(fù)合（瓷）絕緣子”為“2只復(fù)合橫擔(dān)+4只復(fù)合絕緣子”組合型式，一般能使導(dǎo)線懸掛點(diǎn)提高3.0-4.5m。很好地解決了導(dǎo)線馳度與構(gòu)筑物的安全距離不足的問(wèn)題，降低了桿塔上部荷載。經(jīng)過(guò)10年試驗(yàn)運(yùn)行，效果良好。目前，在該110kV輸電線路上已有65基桿塔130支復(fù)合橫擔(dān)在網(wǎng)運(yùn)行。

4　桿塔新結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)與改進(jìn)建議

4.1新結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

（1）豐富了桿型型式。桿塔使用復(fù)合橫擔(dān)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于110kV雙桿取消了導(dǎo)線鐵橫擔(dān)，降低了桿塔上部荷載，優(yōu)化了桿塔結(jié)構(gòu)，豐富了線路桿型型式。同時(shí)，110kV雙桿線路導(dǎo)線使用復(fù)合橫擔(dān)與復(fù)合絕緣子懸掛，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

（2）降低了線路改造成本。使用復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子與原來(lái)采用增加桿塔等方式處理交叉跨越問(wèn)題相比，能有效地利用狹窄的走廊，降低桿塔高度，施工簡(jiǎn)便易行，可節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力。

4.2優(yōu)化定型結(jié)構(gòu)

（1）大截面導(dǎo)線綁扎會(huì)在運(yùn)行中存在隱患，因而橫擔(dān)掛頭須采用上下2個(gè)拉環(huán)，并改變導(dǎo)線綁扎形式，用線夾固定導(dǎo)線并懸掛于掛頭下拉環(huán)。

（2）桿塔中部加裝的固定鐵橫梁應(yīng)采用槽鋼或工字鋼。

5　結(jié)束語(yǔ)

（1）復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子抗彎曲性能好、防污能力強(qiáng)、抗沖擊能力強(qiáng)、防震和防脆斷性能好、安裝方便，可免維護(hù)、不需人工清掃，運(yùn)行安全可靠性高。

（2）使用“2只復(fù)合橫擔(dān)+4只復(fù)合絕緣子”組合型式，簡(jiǎn)化原有桿塔結(jié)構(gòu)，提升導(dǎo)線懸掛高度，調(diào)整交叉跨越距離是可行的。這對(duì)調(diào)整線路對(duì)地安全距離具有很好的借鑒作用，同時(shí)，施工簡(jiǎn)便、成本費(fèi)用低廉。

（3）復(fù)合橫擔(dān)的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)尚需積累，運(yùn)行年限有待實(shí)驗(yàn)研究，以確定合理的運(yùn)行時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

1 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T50064—2014交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

2 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，2003.

3 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T19519—2014架空線路絕緣子 標(biāo)稱電壓高于1 000V交流系統(tǒng)用懸垂和耐張復(fù)合絕緣子定義、試驗(yàn)方法及接收準(zhǔn)則［S］.北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2014.

收稿日期：2015-11-13。

作者簡(jiǎn)介：

鄭春生（1966-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力生產(chǎn)技術(shù)管理及電網(wǎng)運(yùn)行工作，email：zhengchunsheng.slyt@sinopec.com。