沿海地區(qū)10 kV 配電線路設(shè)計電桿選型分析

覃 丹，陳奕達，王玫尹

（海南電網(wǎng)公司，海南 ?？?570203）

自2018-04 海南建設(shè)自由貿(mào)易試驗區(qū)和中國特色自由貿(mào)易港以來，海南的經(jīng)濟發(fā)展及城市建設(shè)提速，居民用電水平快速攀升，為全面支撐海南“一區(qū)一港”建設(shè)，海南的配電網(wǎng)設(shè)計管理需更加精細化。

1 當前海南10 kV 配電網(wǎng)桿塔設(shè)計過程中存在的問題以及難點

由于海南特殊的地理位置，部分沿海風(fēng)區(qū)最大風(fēng)速達39 m/s，標準設(shè)計風(fēng)速超出35 m/s 區(qū)域防風(fēng)校驗為空白，無法為配網(wǎng)線路設(shè)計和評審提供可靠依據(jù)；其次，配網(wǎng)工程勘測設(shè)計單位桿塔選型計算過程、參數(shù)選擇存在錯誤，計算結(jié)果也差異較大，導(dǎo)致不同設(shè)計單位設(shè)計的線路標準不統(tǒng)一，單位造價也相差較大。其結(jié)果要么給電網(wǎng)的工程質(zhì)量及運行維護埋下隱患；要么標準過高，給國家和企業(yè)造成不必要的資金浪費。隨著海南自貿(mào)港建設(shè)的推進，美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的全面鋪開，電力需求快速增加，大截面導(dǎo)線的設(shè)計使用越來越普遍，而受征地及安全性限制，使用普通電桿達打拉線的方式越來越難實施，高強度電桿及鐵塔的使用越來越多，因此在桿塔選型計算上應(yīng)更加嚴謹，結(jié)合海南實際的風(fēng)區(qū)分布提出統(tǒng)一的設(shè)計標準。

2 10 kV 配電線路設(shè)計電桿選型場景選取分析

海南四面環(huán)海，臺風(fēng)多發(fā)，“三高”氣候環(huán)境常常給沿海電力設(shè)備帶來巨大的運行風(fēng)險與經(jīng)濟損失，根據(jù)海南省地區(qū)的氣象條件，考慮到經(jīng)濟性、安全性和通用性，最大設(shè)計風(fēng)速采用離地10 m 高，30 年一遇10 min 平均最大風(fēng)速，分別取30 m/s 、35 m/s 和40 m/s 三種場景下電桿選型進行分析。其中 30 m/s、35 m/s 場景下的安全系數(shù)及檔距的選取可根據(jù)典型設(shè)計，按統(tǒng)一標準選??；40 m/s 場景下的參數(shù)選取沒有依據(jù)。因此通過測算和驗證，在安全性和經(jīng)濟性之間尋找最優(yōu)方案：JKLYJ-70 mm2導(dǎo)線（安全系數(shù)取3），檔距不宜超過60 m；JKLYJ-120 mm2導(dǎo)線（安全系數(shù)取4）、JKLYJ-185mm2導(dǎo)線（安全系數(shù)取5）、JKLYJ-240 mm2導(dǎo)線（安全系數(shù)取6）。

3 10 kV 配電線路設(shè)計電桿選型參數(shù)選取分析

10 kV 配電線路電桿受力計算過程中參數(shù)的選取對結(jié)果的影響較大，目前各設(shè)計單位參數(shù)的選取遵循不同的規(guī)范，如μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》與《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊（第四版）》取值標準就不一樣，究竟在配電網(wǎng)的設(shè)計中應(yīng)該如何選擇。本次按照發(fā)布時間最新、最適用于配電網(wǎng)設(shè)計的原則進行分析，最終統(tǒng)一參數(shù)標準如下。

3.1 運行工況下導(dǎo)線風(fēng)荷載及電桿風(fēng)荷載參數(shù)的選取

導(dǎo)線自身風(fēng)荷載標準值計算公式如下：

式（1）中：ɑ為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，按《南方電網(wǎng)公司配電線路防風(fēng)設(shè)計技術(shù)規(guī)范》表7.1.2 取值0.9；Wo=V2/1 600 kN/m2（基本風(fēng)壓標準值）；μs為導(dǎo)線風(fēng)荷載體系系數(shù)，線徑大于17 mm 時取1.1；d為導(dǎo)線的外徑，m；LP為水平檔距，m。

電桿自身風(fēng)荷載標準值計算公式如下：

式（2）中：β為風(fēng)振系數(shù)，按GB 50061—2010《66kV 及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》表8.1.5 取值1；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，環(huán)形混凝土電桿、鋼管桿干身取0.7；μZ為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊（第四版）》10.3.9 取值0.74；A為桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件迎風(fēng)面的投影面積，風(fēng)壓投影面積=（稍徑+底徑）×高度/2；Wo=V2/1 600 kN/m2（基本風(fēng)壓標準值）。

此外，按GB 50061—2010《66 kV 及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》第10.1.13 條無拉線錐形單桿可按受彎構(gòu)件進行計算，彎矩應(yīng)乘以增大系數(shù)1.1。

3.2 斷線工況(僅考慮直線耐張和轉(zhuǎn)角耐張)

斷線張力計算公式為σ斷線張力=σmax（最大使用張力百分比）%。

導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力σmax=0.95σp/K，σp為額定拉斷力，K為放線安全系數(shù)。由于導(dǎo)線上有接續(xù)管、耐張管、補修管，使導(dǎo)線拉斷力降低，因此設(shè)計使用的導(dǎo)線保證計算拉斷力為就散拉斷力的95%。

（最大使用張力百分比）%，按GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》表8.1.12 和8.1.13 取值70%。耐張型桿塔的斷線工況選取應(yīng)按GB 50061—2010《66 kV 及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》第8.1.10 和8.1.11 要求，耐張型桿塔單回路及雙回路均按同檔斷兩相導(dǎo)線考慮。

導(dǎo)線張力作用下電桿的彎矩標準值計算公式：T1為斷線張力之和，T2為未斷導(dǎo)線角度合力之和。

單回：T1=σ斷線張力×上導(dǎo)線力臂+σ斷線張力×下導(dǎo)線力臂，T2=2T最大拉力×sin（α/2）×下導(dǎo)線力臂。

雙回：T1=σ斷線張力×上導(dǎo)線力臂×2，T2=2T最大拉力×sin（α/2）×中導(dǎo)線力臂×2+2T最大拉力×sin（α/2）×下導(dǎo)線力臂×2。

4 經(jīng)濟性比較

經(jīng)過上述參數(shù)的選取，以單回架設(shè)絕緣導(dǎo)線，以35 m/s風(fēng)速場景下的應(yīng)用計算為例，進行經(jīng)濟性比較。單回架設(shè)絕緣導(dǎo)線如表1 所示。

表1 單回架設(shè)絕緣導(dǎo)線（風(fēng)速v=35m/s）

表1 中的桿塔選型推薦是由設(shè)計值得出，但不一定是最經(jīng)濟的，以JKLYJ-70 mm2在90°轉(zhuǎn)角桿的選型為例，在滿足安全性的要求下，可以選擇最經(jīng)濟的鐵塔型號H1J37-10，綜合造價為4.46 萬元；在地形沒有特殊要求的情況下，也可以選擇BY-Z-350×15-250 kN·m，綜合造價為3.25 萬元，造價減少1.21 萬元。

以此類推，以一條12 km 的架空絕緣線路設(shè)計，路徑曲折系數(shù)取1.15，同樣場景下，按照之前的設(shè)計標準，造價約在580 萬元，按照優(yōu)化參數(shù)后經(jīng)濟比選，造價降低約61 萬元，在確保配網(wǎng)線路安全性的基礎(chǔ)上，將為公司節(jié)約大量的投資。

5 結(jié)論

通過統(tǒng)一電桿選型計算過程中參數(shù)的選取，統(tǒng)一了全省10 kV 配電網(wǎng)設(shè)計及評審標準，彌補了標準設(shè)計風(fēng)速超出35 m/s 區(qū)域防風(fēng)校驗空白，為配網(wǎng)線路設(shè)計和評審提供了可靠依據(jù)，保證配網(wǎng)線路的安全性和經(jīng)濟性。