500 kV大角度偏心耐張塔研究

王 旭 羅先國 鄒相國

（湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

傳統(tǒng)220 kV 及以上電壓等級的線路，單回路耐張塔主要采用“干”字形?！案伞弊中文蛷埶蛘w結(jié)構(gòu)布置勻稱，傳力路徑清晰，運行維護便利，因此在輸電線路中廣泛采用。但是，由于“干”字形耐張塔本身導線布置特點，會存在因轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的永久線條水平合力，轉(zhuǎn)角度數(shù)越大，永久水平合力也越大。該文結(jié)合“干”字形桿塔的優(yōu)缺點，對常規(guī)“干”字形耐張塔進行導線掛點布置優(yōu)化，進而平衡部分線條水平合力產(chǎn)生的彎矩，在確保電氣間隙滿足要求的同時，達到減輕塔重，減小基礎(chǔ)作用力的目的。為使結(jié)論明顯，該文以500 kV 大角度耐張塔為例進行研究。

1 理論分析

以國網(wǎng)某典型設(shè)計塔III 型耐張塔為例，當轉(zhuǎn)角度數(shù)為θ時，前后側(cè)無張力差時，每相導線張力的合力為T合，T合可由計算公式（1）求得：

θ——耐張塔偏轉(zhuǎn)角度（°）。

參考國網(wǎng)典設(shè)，上拔力一般為下壓的0.8 左右。假設(shè)桿塔的重心位于結(jié)構(gòu)對稱中心，基礎(chǔ)根開為A，則根據(jù)力學平衡原理可得出因?qū)Ь€張力合力產(chǎn)生的基礎(chǔ)作用力。具體計算公式如（2）、（3）所示：

T——上拔力（kN）。

N——下壓力（kN）。

A——基礎(chǔ)根開（m）。

WT——導線合力產(chǎn)生的彎矩（kN·m）。

以典設(shè)塔負荷進行具體計算，可以得出因?qū)Ь€張力合力產(chǎn)生的基礎(chǔ)下壓力占比26%～35%，上拔力占比25%～35%。轉(zhuǎn)角度數(shù)越大，因張力合力所產(chǎn)生的作用力占整體比例也越大。

大風工況、覆冰工況下導線垂直荷載基本與導線張力相當，因此從導地線布置方面來進行優(yōu)化，利用導線自身重量來平衡一部分導線張力合力產(chǎn)生的彎矩，達到降低塔重以及減小基礎(chǔ)作用力是可行的。

充分利用導線自身重量來平衡導線張力合力，盡量將導線掛點向張力合力相反方向移動，使得左右兩邊導線自重產(chǎn)生的彎矩不相等，用以平衡一部分導線張力合力產(chǎn)生的彎矩，從而降低塔重以及減小基礎(chǔ)作用力。偏心耐張塔其受導線作用 ，如圖1 所示。

圖1 偏心耐張塔受導線作用示意圖

導線重力產(chǎn)生的彎矩M=G×L1+G×L3-G×L2，則公式（3）可變?yōu)楣剑?）：

根據(jù)公式（4）可知，由于導線自重彎矩平衡了部分張力彎矩，因此基礎(chǔ)作用力有所減小。相對應的塔身主材規(guī)格受力也會減小。

2 計算分析

按40°～60°轉(zhuǎn)角設(shè)計的III 型耐張塔，在結(jié)構(gòu)外荷載、開口、根開以及呼高均相同的情況下，對2 種結(jié)構(gòu)形式分別運用桿塔分析軟件建模并進行了線性計算對比分析，其中建模參數(shù)見表1[1]。2種塔型塔身主材及斜材的控制工況基本相同，受力比較如表2 所示[1-2]。

表1 2 種塔型基本參數(shù)表

表2 塔身主、斜材關(guān)鍵參數(shù)對比表

由表2 可知，2 種塔型的橫擔主材均由斷線控制，2 種塔型的外橫擔長度基本相等，因此橫擔內(nèi)力相差不大。塔身主材均由覆冰工況控制，由于偏心耐張塔通過優(yōu)化使導線自重平衡了部分導線張力合力產(chǎn)生的彎矩，因此主材內(nèi)力減小6%左右，主材規(guī)格降低1～2 個規(guī)格。塔身斜材均由扭轉(zhuǎn)控制，由于偏心耐張塔導線橫擔變得不對稱，使整個結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)增大，增大了斜材受力，相比“干”字形耐張塔，部分塔身斜材規(guī)格相應增加1 個規(guī)格左右。其塔重對比情況見表3。

表3 III 型偏心耐張塔與III 型“干”字形耐張塔估重對比表

由此可見，對于36 m 呼高III 型耐張，偏心耐張塔可較常規(guī)“干”字形降低塔重5.4%。通過計算分析其他塔型及呼高計算結(jié)果，偏心耐張塔大致可節(jié)省塔材約3%～6%。

基礎(chǔ)作用力方面，III 偏心耐張塔與“干”字形耐張塔在相同參數(shù)情況下基礎(chǔ)作用力對比見表4。

表4 III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔基礎(chǔ)作用力對比表

III 型偏心耐張塔上拔減少7.2%，下壓減少6.4%。對比分析其他塔型及呼高計算結(jié)果，偏心耐張塔減小基礎(chǔ)作用力在3%～8% 。以典型的丘陵壟崗地段的粉質(zhì)黏土地質(zhì)條件為例（地質(zhì)參數(shù)見表5），對III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔2 種塔型的基礎(chǔ)指標進行了計算分析，結(jié)果見表6。

表5 典型地質(zhì)主要物理力學指標

表6 III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔基礎(chǔ)指標對比表

通過表6 分析可知， III 型偏心耐張塔混凝土和鋼筋減少8.0%左右。對比分析其他塔型及呼高計算結(jié)果，偏心耐張塔混凝土和鋼筋減少5%～8%。

按照目前取費標準，對比分析III 型偏心耐張塔與常規(guī)“干”字形耐張塔的經(jīng)濟性，并且考慮III 型偏心塔8m 的硬跳線，2 種塔型的綜合經(jīng)濟性對比分析見表7。

表7 III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔綜合經(jīng)濟性對比表

通過上表分析可知，與常規(guī)“干”字形耐張塔相比，III型偏心耐張塔總體費用節(jié)約4.7%。對比分析其他塔型及呼高計算結(jié)果，偏心耐張塔總體費用節(jié)省3%～5%，具有較好的經(jīng)濟性，并且施工安裝與常規(guī)“干”字形耐張塔相差不大，由于內(nèi)側(cè)導線掛點位置在塔身附近，因此減小了內(nèi)側(cè)線路走廊，III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔的走廊對比可節(jié)約走廊寬度5.3 m，因此偏心耐張塔具有較強的適用性，轉(zhuǎn)角度數(shù)越大，其經(jīng)濟適用性越明顯。

3 結(jié)論

500 kV 單回路耐張塔采用偏心耐張塔形式，利用導線自重產(chǎn)生的彎矩平衡部分導線張力產(chǎn)生的彎矩，可有效降低塔重以及減小基礎(chǔ)作用力，從而降低線路工程的綜合造價，可進一步研究推廣。