330 kV輸電線路鉆越塔型式選擇研究

梁巖濤 李 偉 劉 釗 祖金龍

(國網(wǎng)甘肅省電力公司建設分公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

近年來，經(jīng)濟的快速發(fā)展促進了電力工業(yè)的發(fā)展。伴隨著我國輸電線路的電壓等級不斷提高和線路走廊寬度的局限，增加了新建線路的路徑選擇難度和施工難度。鉆越塔的應用可有效緩解線路緊張的問題。鐵塔的合理選型及優(yōu)化分析對于整條輸電線路起著至關重要的作用[1,2]。目前，國內對于鉆越塔的研究較少[3-5]，本文以甘肅河西走廊地區(qū)輸電線路為背景，采用鐵塔專業(yè)設計軟件SmartTower進行設計優(yōu)化，分析對比干字型、酒杯型、門型輸電鐵塔的自重、上拔和下壓基礎作用力以及鐵塔模態(tài)和桿件受力，綜合確定較優(yōu)的塔型，可為實際工程應用提供參考。

1 設計條件

本文主要研究區(qū)域為甘肅河西走廊地區(qū)，針對該區(qū)域線路工程概況和氣象條件，確定的設計條件為：水平檔距300 m，垂直檔距400 m，代表檔距200/400。導線型號為2*LGJ400/35，地線型號為JLB20A-120，覆冰厚度10 mm，最大風速為29 m/s，轉角度數(shù)為0°～60°。風壓高度系數(shù)按B類選取；桿塔覆冰后塔身風荷載增大系數(shù)10 mm冰區(qū)取1.2。采用角鋼塔，桿塔材料采用Q235B，Q345B及Q420B級角鋼。

2 鉆越塔設計與計算

2.1 塔型選擇

根據(jù)輸電線路設計規(guī)范[6]和設計經(jīng)驗，目前常用的鉆越塔型有干字型、門字型、酒杯型等。干字型鐵塔形狀如“干”字，塔架上設兩根避雷線，導線采用三相三角排列，中相位于較高位置。此種塔型受力明確、結構緊湊，有較好的經(jīng)濟技術指標。門字型鐵塔導線采用三相水平排列方式，可以有效降低鐵塔的高度。酒杯型鐵塔導線布置與門型塔較為相似，呈三相水平排列方式。一般在走廊寬度限制條件較小的地段使用較為普遍，具有受力合理，剛度大等優(yōu)點。

2.2 設計計算

采用輸電線路鐵塔設計軟件SmartTower，以DL/T 5154—2012架空輸電線路桿塔結構設計技術規(guī)定與電氣間隙等相關要求為依據(jù)，對上述三種鐵塔進行結構布置，并根據(jù)相應的邊界條件進行鐵塔計算。

依據(jù)鐵塔設計規(guī)程[7-13]，三種不同型式等呼高(均為15 m)輸電鐵塔的設計結果如下：

干字型塔地線架長3.5 m，外角側橫擔長6.3 m，內角側橫擔長6.3 m，地線掛點與導線掛點垂直高度11.5 m。鐵塔根開5.95 m，全高26.5 m，主材最大規(guī)格角鋼選用L250×35，結構簡圖如圖1所示。

酒杯型塔邊設置跳線架，中相V串跳線掛在塔窗與橫擔根部處，由于其橫擔縱向厚度較大，可以滿足電氣要求，無需再縱向設置跳線架。外角側導線橫擔長4 m，內角側橫擔長4 m。塔窗橫擔長6 m，塔窗高11 m，鐵塔根開5 m，全高21.3 m，主材最大規(guī)格角鋼選用L300×35，結構簡圖如圖2所示。

門型塔跳線架高度6.3 m，外角側導線橫擔長4.2 m，內角側橫擔長4.2 m，中相橫擔長8.6 m，桿塔呼高15 m，全高21.3 m。主柱角鋼最大規(guī)格選用L300×35，結構簡圖如圖3所示。

2.3 不同塔型的經(jīng)濟性分析

門型塔和酒杯塔導線排列方式采用三相水平排列，塔高為21.3 m。干字型塔采用三相三角排列方式且中相較高，導致干字型塔高最高為26.5 m，高于前者24%。但干字型塔受力合理、結構簡單，橫擔長度相對較短，塔重分別比門型塔和酒杯型塔減少約13%和21%。酒杯塔塔窗較大，橫擔長度較長，橫擔的縱向厚度較大，因此塔重最大(見表1)。工程實際中各類型塔的基礎工程量大小與基礎作用力呈正相關關系，對干字型、門型和酒杯型輸電鐵塔的上拔和下壓基礎作用力進行比較，如表2所示。由表2可知，干字型塔基礎工程量最大，酒杯型塔次之，門型塔最小。

表1 桿塔重量

表2 基礎作用力

3 鐵塔模態(tài)比較

輸電鐵塔為常見的高聳結構，其前幾階模態(tài)為主要模態(tài)。通過SmartTower軟件對酒杯塔、干字型及門型塔進行模態(tài)分析，不同塔型的前3階振型如圖4～圖6所示，各塔的自振頻率如表3所示。干字型鐵塔高度26.5 m，其1階自振周期為0.263 s，因干字型鐵塔塔身較高，在設計中需要通過增加自身剛度來提高安全性與穩(wěn)定性。酒杯型和門型鐵塔高度為21.3 m，其1階自振周期分別為0.315 s與0.235 s。三者對比分析可知：酒杯塔1階頻率最小，門型塔次之，干字型塔最大。由不同型式鐵塔的變形模態(tài)可知，鐵塔在受到外部荷載作用時X方向易折斷且上部結構容易發(fā)生扭轉。

表3 自振周期

4 鐵塔桿件受力分析

通過SmartTower軟件對干字型、門型及酒杯塔進行受力分析，比較不同塔型桿件的受力。各塔型桿件最大拉力、壓力如表4所示。由表4可知，酒杯型塔的桿件受力明顯偏大，干字型塔桿件受力略低，門型塔桿件受力最小，門型塔的桿件受力更加合理。

表4 不同塔型桿件受力對比分析

5 結語

采用鐵塔專業(yè)設計軟件SmartTower對330 kV等呼高的干字型塔、酒杯塔、門型塔等三種不同型式的鉆越塔進行了分析，比較了其鐵塔自重、基礎受力、結構模態(tài)及桿件受力。結論如下：

1)門型塔的受力性能好且鐵塔用鋼量較低。

2)對鐵塔的模態(tài)分析表明，干字型塔、酒杯塔、門型塔在受到外部荷載作用時X方向易折斷且上部結構容易發(fā)生扭轉，應針對破壞特點采取加強措施。

3)干字型塔、酒杯型塔、門型塔的受力分析表明，門型塔桿件受力最合理。