110 kV輸電線路直線桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉廣登

摘 要：輸電線路桿塔的結(jié)構(gòu)在架空高壓的輸電線路中占有重要地位，輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能提高整個輸電線路建設(shè)的水平。針對110 kV輸電線路導(dǎo)線對地安全距離不足，進(jìn)而造成線路事故等問題，提出了一種新的改進(jìn)設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：輸電線路；桿塔；絕緣子串；導(dǎo)線

中圖分類號：TM753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.076

輸電線路擔(dān)負(fù)著輸送和分配電能的重要任務(wù)，是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，而在整個電網(wǎng)線路中，輸電桿塔占據(jù)著極其重要的地位。輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)是電力架空線路設(shè)施中特殊的支撐結(jié)構(gòu)件，是導(dǎo)線、地線、絕緣子串和基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)紐帶，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將直接影響到整個電網(wǎng)線路的正常、穩(wěn)定、安全運(yùn)行。因此，對于輸電桿塔的設(shè)計(jì)應(yīng)給予重視。由于我國地域廣闊、地形復(fù)雜，且輸電線路中的桿塔施工部分是一項(xiàng)多工種、多專業(yè)的復(fù)雜工程，如何對輸電桿塔進(jìn)行科學(xué)、合理、有效的設(shè)計(jì)是保證電網(wǎng)可靠、安全運(yùn)行的一大關(guān)鍵問題。

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，無橫梁（叉梁）型式，桿型高度為18 m，適用于LGJ-150型導(dǎo)線。拉線使用4根GJ-70鋼絞線對地夾角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9 m，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。

1.2 桿塔改進(jìn)思路及設(shè)計(jì)

在不進(jìn)行導(dǎo)線馳度調(diào)升的情況下，滿足導(dǎo)線馳度對地安全距離要求最簡便的方法是增大導(dǎo)線呼稱高度，以提升導(dǎo)線懸掛高度，因此，需要對桿塔上部導(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。

桿塔改進(jìn)的原則為：雙桿布置形式、桿塔基礎(chǔ)及拉線基礎(chǔ)、拉線懸掛及布置形式、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，只通過提高導(dǎo)線懸掛高度和改變導(dǎo)線懸掛的方式改進(jìn)，并提升避雷線懸掛點(diǎn)。

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”的方式懸掛導(dǎo)線。兩個邊相各選用1只復(fù)合橫擔(dān)+1只棒形懸式復(fù)合絕緣子呈“∠”形布置。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)的作用，用于支撐導(dǎo)線；棒形懸式復(fù)合絕緣子起斜拉桿的作用。中相選用2只棒形懸式復(fù)合絕緣子呈“V”形布置，并在桿塔頂端加裝鐵橫梁，用于固定“V”形絕緣子串。為了保證桿塔整體的穩(wěn)定性，在桿塔中部加裝了鐵橫梁，以防止桿塔扭曲變形。改進(jìn)設(shè)計(jì)后桿塔整體結(jié)構(gòu)呈“H”形，如圖2所示。

在邊導(dǎo)線保護(hù)角的核算中，應(yīng)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)加長避雷線支架或縮短導(dǎo)線橫擔(dān)長度，但縮短導(dǎo)線橫擔(dān)長度無法滿足電氣絕緣間隙的要求。

由于桿塔采用對稱雙避雷線，中導(dǎo)線位于2避雷線中央，因此，不必對中導(dǎo)線的保護(hù)角進(jìn)行核算，只需考慮邊導(dǎo)線。按照避雷線支架安裝高度為2.7 m，復(fù)合橫擔(dān)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3.2 m。

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，主要對線路桿塔起穩(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、水平荷載及其他外力作用下發(fā)生拔出、下壓、傾覆等情況。

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會因?qū)Ь€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)和形式?jīng)]有改變，桿塔、拉線基礎(chǔ)也沒有變動，因此，桿塔的穩(wěn)定性也沒有改變。

2 復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子設(shè)計(jì)

復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子由連接底座、護(hù)套、芯棒、傘裙和掛頭五部分組成。連接底座是金屬材料經(jīng)加工焊接而成的，其復(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。

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1 580 mm，絕緣距離1 260 mm，質(zhì)量21.5 kg，芯棒直徑60 mm。固定導(dǎo)線端部有拉環(huán)與斜拉絕緣子U形端頭配合使用。②復(fù)合絕緣子。結(jié)構(gòu)高度1 490 mm，絕緣距離1 260 mm，芯棒直徑18 mm，質(zhì)量4.8 kg，兩端采用U形金具。③避雷線選擇使用2.7 m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)形式的試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)及掛網(wǎng)的運(yùn)行情況

2004-05，在110 kV孤五線15號、34號、40號、41號4基桿塔進(jìn)行了試點(diǎn)施工試驗(yàn)，使用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”的組合形式，一般可使導(dǎo)線懸掛點(diǎn)提高3.0～4.5 m，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題，減小了桿塔上部的荷載。經(jīng)過10年的試驗(yàn)運(yùn)行，效果良好。目前，在該110 kV輸電線路上已有65基桿塔和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)

4.1.1 豐富了桿型型式

桿塔使用復(fù)合橫擔(dān)簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，110 kV雙桿取消了導(dǎo)線鐵橫擔(dān)，減小了桿塔上部荷載，優(yōu)化了桿塔結(jié)構(gòu)，豐富了線路桿型。同時，110 kV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)用價值。

4.1.2 降低了線路改造成本

使用復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子與原先采用增加桿塔等方式處理交叉跨越問題相比，有效利用了狹窄的走廊，降低了桿塔高度，施工簡便易行，可節(jié)約大量的人力、物力和財力。

4.2 優(yōu)化定型結(jié)構(gòu)

大截面導(dǎo)線綁扎會在運(yùn)行中埋下隱患，因此，橫擔(dān)掛頭須采用上、下2個拉環(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)；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

綜上所述，輸電線路中的桿塔是現(xiàn)代電網(wǎng)中的不可缺少的重要支點(diǎn)，因此，在桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是否科學(xué)、合理、規(guī)范將直接影響著輸電線路的安全性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。本文以直線桿Z-18桿型為例，使用“2只復(fù)合橫擔(dān)+4只復(fù)合絕緣子”組合形式對線路桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過簡化原有桿塔結(jié)構(gòu)，提升了導(dǎo)線懸掛高度，調(diào)整了交叉跨越距離，滿足了導(dǎo)線對地安全距離的要求，且施工簡便、成本費(fèi)用低廉。此外，還對桿塔新結(jié)構(gòu)提出了進(jìn)一步的改進(jìn)措施。如果相關(guān)工作人員的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)尚有不足，則需要其在施工實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。該設(shè)計(jì)的運(yùn)行年限有待研究，以確定合理的運(yùn)行時間。

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〔編輯：張思楠〕