直线杆塔摇摆角计算方法分析

直线杆塔摇摆角计算方法分析
摘要：在送电线路设计过程中，直线杆塔的允许摇摆角是一项至关重要的数据。

但是由于风力等外力的作用，送电线路直线杆塔工频、操作、雷电过电压等不同
电压情况下的允许摇摆角会发生适当的变化，而以往图解法的摇摆角计算缺乏一
定精确性，因此本文根据带三角函数的计算方式对直线杆塔要摆角的计算方法进
行了适当的分析。

关键词：直线杆塔；摆角计算
前言
直线杆塔运行摇摆角计算，主要是由于线路运行过程中风力导致的悬垂绝缘
子串摆动、导线摆动等现象，从而对直线杆塔构件安全距离造成一定的影响，因
此在线路设计过程中应通过对直线杆塔摇摆角的计算控制杆塔允许摇摆角，从而
避免超出杆塔允许摇摆角而导致的定位失误，全面保证直线杆塔稳定运行。

一、电力送电线路工程中杆塔概述
直线杆塔又可称为过线杆、中间杆，直线杆塔在实际应用中主要在送电线路
的直线段位置，当电力送电线路正常运行过程中，直线杆塔的应用可以促使线路
直线段脱离导线的张力，在这种情况下，电力送电线路仅仅承受金具、绝缘子、
导线、避雷线等重力作用，且这种重力为垂直线路水平荷载，可以避免拉线导致
的送电线路断线张力过大。

在直线杆塔定位过程中，需要依据每基杆塔的位置进
行摇摆角的检验，当确定其在杆塔运行摇摆角允许范围内，可保证电力送电线路
工程的稳定运行。

二、直线杆塔摇摆角计算方法
1.直线杆塔摇摆角公式推导
作图法计算方法由于比较耗费时间且具有较大的误差，其并不能保证整体结
果的均匀一致性，尤其是利用直线杆塔摇摆角作图法计算头部形状较复杂的允许
摇摆角时会出现较大的构建允许摇摆角计算困难，而利用带三角函数解析法进行
直线杆塔摇摆角计算可以通过直线杆塔头部相关线段的投影拉线，进行拉线平面
的设置，然后在整体的拉线平面上，以拉线为原点到导线在平面上投影的垂直线
段长度，即为拉线、导线之间的空间最小距离，而这个最小距离与安全间隙值相
等时，其绝缘子串偏移度数为杆塔允许摇摆角范围。

在带三角函数解析法进行直
线杆塔摇摆角计算时，首先应设定拉线挠度为直线，从而在直线杆塔拉线位置的
任意一点作为空间直角坐标系的原点，通过空间之间坐标系的原点进行X轴的设置，其中空间直线坐标系X轴与地面成水平，且与拉线直线成90°，以同样的方
法作垂直于X轴的Y轴。

为了保证整体空间坐标系的准确规范，可基于整体空间
直角坐标系的位置进行投影线夹投影坐标的公式推导。

在投影线夹出口处的悬垂
角度，主要有两相邻杆塔导线悬挂点高度差角、导线弧度垂角等几个部分组成，
若假定投影面上投影线夹附近任一直线导线为投影线夹到导线点的距离C，则其
在整个投影面上的长度X轴坐标则为：C*{cosa（cos悬挂高差角*cos弧度垂角-sin 悬挂高差角*sin弧度垂角*cos&）+sin弧度垂角*sin&sina}
投影线夹到导线点距离C在整体投影面上Y轴坐标为：C{sinbsina（cos悬挂
高差角*cos弧度垂角-sin悬挂高差角*sin弧度垂角*cos&）-sinbcosasin弧度垂角
*sin&-cosb（cos弧度垂角*sin悬挂高差角+sin弧度垂角*cos悬挂高差角*cos&）} 其中a为拉线与横担长度之间的角度，b为拉线与地之间的角度，&为导线风
偏角，在实际计算中可&计算公式为tg与导线水平风压比栽除以导线自重比栽之
间的差值；摇摆长度，C为线夹到导线之间的长度，一般来说，由于线夹附近导
线可看做为直线，在导线数据大小变化并不会对整体计算结果由较大的影响，因
此为了降低计算难度，一般将投影线夹与导线原点间距离C数值近似取值为1米[1]。

通过投影线夹与导线点距离C之间的关系，可得出投影线夹与导线点之间的
空间直角坐标方程为：投影线夹与导线点距离CX/投影线夹与导线点距离CY*（X-
投影线夹X）+投影线夹y
那么投影线夹与拉线原点之间的最短距离则为：{k*投影线夹X-投影线夹Y}/
（1+k2）1/2
其中k为投影线夹与导线点距离Cy坐标与x坐标之间的比值，在整个计算过
程中需要投影线夹与导线点距离Cx轴坐标均不为零，且投影线夹与拉线原点之
间的最短距离为常数。

2.直线杆塔摇摆角计算
通过以上公式可得，直线杆塔摇摆角在之间过程中，直线与原点之间的距离
与绝缘子串偏角相似，而在具体直线杆塔摇摆角计算过程中，可将导线悬挂点高
差角、线夹出口处弧度垂角一般为固定的数值，若在直线杆塔摇摆过程中，其构
件绝缘子串原定状态为铅直状态，若其在风力作用下开始偏转，则偏转角度与导
线到拉线间的距离有一定比例关系，结合直线杆塔电压变化对其摇摆角安全间隙
值的影响，可得出直线杆塔允许摇摆角与绝缘子串偏转增量成正比关系，且直线
杆塔摇摆角随着绝缘子量取值的增加而增加，在实际计算过程中，为了保证计算
效率及计算准确度，可利用变步长方法对直线杆塔允许摇摆角理论值进行逼近分析，以直线杆塔拉线为例，可得出直线杆塔绝缘子串构件拉线移动位置的变化，
会导致投影平面出现适当变化，而拉线位置则受拉线与横担长度之间的角度、拉
线与横担长度之间的距离、拉线与地之间的角度、拉线与地之间的距离等相关参
数的影响，若假定拉线与横担长度之间的角度为0°，拉线与地之间的角度呈90°，且拉线与横担长度之间的距离、拉线与地之间的距离均为0时，直线杆塔投影拉
线则会与横担中心出现重合状态，即横担中心近似于拉线，从而得出绝缘子串、
横担之间允许摇摆角的最小值。

同样的方法可以适用于多种杆塔摇摆角计算。

为了进一步提高直线杆塔摇摆角计算效率，可利用计算机软件编程的形式在
电子表格中进行计算，在实际过程中可综合考虑内过电压、外过电压、运行电压
等多种电压变化情况，计算绝缘子串在各种情况下相对于横担、拉线等构件的允
许摇摆角，综合考虑多种情况下计算出的最小数值则为杆塔运行摇摆角[2]。

3.直线杆塔摇摆角超出设计值解决措施
在直线杆塔实际设计过程中，直线杆塔允许摇摆角计算结果直接影响了直线
杆塔运行状态，而在具体直线杆塔定位设计过程中，若在杆塔逐一核验环节出现
数据失误，很可能会导致直线杆塔允许摇摆角超出设计范围的情况，这种情况下，为了避免直线杆塔摇摆角超限对直线杆塔运行状态的影响，可结合以往直线杆塔
运行情况，优先选择耐张能力强的线路，即将摇摆角不足风险较大的杆塔位置进
行更换、转角等措施，但是由于耐张能力强度高的杆塔价格较高且施工工艺较复杂，因此在实际过程中也可通过对绝缘子串悬挂位置或者方式的调整，降低直线
杆塔运行过程中绝缘子串摇摆长度，降低绝缘子串摇摆角度；或者在直线杆塔运
行过程中，适当增加导线悬挂点位置的垂直荷载重量，如绝缘子摇摆串加挂重锤等。

同时选择允许摇摆角较大的杆塔、调整整体直线杆塔位置及高度也可以有效
降低直线杆塔摇摆角超出限额对杆塔运行状态的影响[3]。

总结：
综上所述，在送电线路工程建设过程中，直线杆塔的应用直接影响了整体工
程的运行状态，而在直线杆塔设计过程中，允许摇摆角的合理设置可为直线杆塔
项目设计建设提供有效的依据，因此在直线杆塔允许摇摆角计算过程中，应摒弃
以往作图法计算的方式，改用更加优良精确的带三角解析法，结合适当的直线杆
塔允许摇摆角检查核对工作，保证直线杆塔运行摇摆角计算数值在实际范围内，
最大限度的降低电力传输故障发生概率，保障电力线路传输稳定。

参考文献：
[1]刘广登. 110 kV输电线路直线杆塔结构设计[J]. 科技与创新，2017（1）：
76-77.
[2]魏伯万，王海涛. 110kV输电线路直线杆塔结构设计[J]. 时代农机，2017，
44（3）：80-80.
[3]刘宗濮，张要强. 一种新型直线转角杆塔的规划设计[J]. 中国高新技术企业，2017，1（13）：49-51.。