华东177;1100kV特高压直流输电线路工程杆塔设计原则

华东±1100kV特高压直流输电线路工程杆塔
设计原则
-----------------------作者：
-----------------------日期：
准东-华东±1100kV特高压直流
输电线路工程
杆塔设计原则
国家电网公司直流建设部
二○一五年十月
目录
1 工程概况1
2 技术标准和规程规1
3 电气条件2
3.1气象条件组合2
3.2导地线方案及参数16
3.3计算用最大风速18
3.4空气间隙18
3.5极间距取值19
3.6绝缘子串型及参数20
3.7导地线布置方式29
3.8防雷保护29
4 杆塔型式和杆塔规划30
4.1杆塔型式30
4.2杆塔规划30
5 荷载计算55
5.1导地线风荷载计算55
5.2绝缘子及金具荷载56
5.3杆塔荷载条件57
5.4电气荷载表58
5.5杆塔荷载计算58
5.6荷载组合62
6 杆塔设计64
6.1构造要求64
6.2杆塔材料的使用66
6.3特殊杆塔设计70
6.4铁塔与基础连接设计72
附录1 角钢构件轴心受力强度与稳定计算75
附录2 耐塔45度大风工况计算77
附录3 铁塔计算工况组合80
表110MM冰区悬垂直线塔计算工况汇总80
表210MM冰区悬垂转角塔计算工况汇总81
表310MM冰区耐塔计算工况汇总82
表410MM冰区加强型悬垂直线塔计算工况汇总84表515MM中冰区悬垂直线塔计算工况汇总85
表615MM中冰区悬垂转角塔计算工况汇总86
表715MM中冰区耐塔计算工况汇总88
表8单极终端塔计算工况汇总90
表9重冰区悬垂直线塔荷载组合93
表10重冰区耐塔荷载组合94
1工程概况
准东-华东±1100kV特高压直流输电线路工程起于准东五彩湾换流站，止于皖南换流站，输送容量12000MW。

线路航空直线长度2997.1km，初设路径全长约3324.143km（含长江大跨越3.143km），曲折系数1.11。

线路途经、、、、、六省区，其中境约614km，境约1282.5km，境约187.5km，境约404km，境约530.5km，境约305.643km。

沿线海拔0m～2400m之间，地形比例为：平地46.1％，丘陵21.1％，一般山地18.8％，高山大岭4％，河网/泥沼5.2％，沙漠4.8％。

设计基准风速取27m/s、29m/s、30m/s、31m/s、32m/s、33m/s、36m/s、37m/s、38m/s、41m/s、43m/s等十一种。

设计覆冰取5mm、10mm、15mm、20mm、30mm五种。

本工程在5mm、10mm冰区平丘地段采用8×JL/G3A－1250/70钢芯铝绞线；10mm冰区山区、15mm、20mm（重）冰区段采用8×JL/G2A－1250/100钢芯铝绞线，30mm冰区采用8×JLHA4/G2A－1250/100钢芯中强度铝合金导线。

地线一根地线采用JLB20A-240铝包钢绞线，另一根地线采用OPGW-240复合光缆。

长江大跨越导线采用6×JLHA1/G4A-900/240特强钢芯高强铝合金绞线。

复合架空地线采用OPGW-300。

2 技术标准和规程规
包含但不仅限于下述技术标准和规程规适用于本工程的结构设计：
（1）《±1100kV直流架空输电线路设计规》（报批稿）
（2）《建筑结构荷载规》（GB50009-2012）
（3）《钢结构设计规》(GB50017-2003)
（4）《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2012）
（5）《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T5440－2009）
（6）《输电线路铁塔制图和构造规定》（DL/T5442-2010）
（7）参照执行《110kV～750kV架空输电线路设计规》（GB 50545-2010）、《±800kV直流架空输电线路设计规》（GB50790-2013）及其他有关规程、规、技术规定和参考资料
（8）关于印发《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》的通知(国家电网生技[2012]352号)
（9）《国家电网公司“两型三新”线路设计建设导则》（国家电网基建[2009]26号）
（10）《工程建设标准强制性条文》（电力工程部分）
（11）《输变电工程建设标准强制性条文实施管理规程》
（12）参照执行锡泰、上山、酒湖、灵绍等±800kV特高压直流输电线路工程的杆塔设计原则、研究成果及会议纪要等。

（13）本工程相关专题研究报告。

3电气条件
3.1 气象条件组合
根据沿线气象台的统计资料、风压分布图及附近电力线路运行、设计经验，确定本工程一般线路段气象条件组合如下表所示：
表3.1-1全线气象条件一览表
.专业. .专注.
.专业. .专注.
.专业. .专注.
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2）雷电过电压工况的气温宜采用15℃，当基本风速折算到导线平均高度处其值大于等于35m/s 时雷电过电压工况的风速取15m/s，否则取10m/s；校验导线与地线之间的距离时，应采用无风、无冰工况。

3）操作过电压工况的气温可采用年平均气温，风速取基本风速折算到导线平均高度处值的50％，但不宜低于15m/s，且无冰。

4）带电作业工况的风速可采用10m/s，气温可采用15℃，且无冰
5）大跨越设计冰厚，除无冰区段外，宜较附近一般输电线路的设计冰厚增加5mm。

. .
地线设计冰厚应较导线增加5mm；不平衡力系数取值按导线所在冰区执行；导地线配合及地线机电施工图等电气方面不增加5mm；地线增加5mm 冰，仅针对地线支架强度设计而言，即水平、垂直、纵向荷载按增加5mm 冰计算。

3.2 导地线方案及参数
本工程常规线路导线在5mm、10mm冰区的平丘地形采用8×JL1/G3A-1250/70钢芯铝绞线，5mm、在10mm冰区山地及15mm、20mm冰区采用
8×JL1/G2A-1250/100钢芯铝绞线，30mm冰区采用8×JLHA4/G2A－1250/100钢芯中强度铝合金导线。

导线分裂间距550mm。

长江大跨越段采用6×JLHA1/G4A-900/240特强钢芯高强铝合金绞线，分裂间距暂取550mm。

注：参数以最终招标为准。

设计拉断力均取额定拉断力的95%。

常规线路段地线采用LBGJ-240-20AC铝包钢绞线和一根OPGW-240复合光缆；大跨越地线采用两根OPGW-300复合光缆。

表3.2-2地线参数表
20℃直流电阻
（/km）
弹性模量（MPa ） 147220 162000 170100 线膨胀系数（×10
－
6
/℃）
13.0 13.0 12.0 额定拉断力（kN ）
288.89
299.6
432.7
注：1）地线参数按国网招标标准物料参数。

2）OPGW 光缆参数为暂定参考值,以最终招标为准。

光缆的力学特性与一般地线相似，在计算荷载时，水平荷载、垂直荷载及纵向力均按普通地线增加10%考虑。

3.3 计算用最大风速
3.3.1 设计基本风速的基准高度为10m ，重现期为100年。

风压高度变化系数z 按《±800kV 直流架空输电线路设计规》的规定取值。

3.3.2 一般线路导线平均高度取40m ，地线平均高取65m ，导、地线力弧垂计算时分别采用40m 和65m 高的风速值。

3.3.3 塔头设计时风压不均匀系数按下表确定。

表3.3-1 风压不均匀系数(
)
3.3.4 校验塔头间隙时风压不均匀系数 随水平档距不同按下表取
值。

表3.3-2 风压不均匀系数
随水平档距变化取值
水平档距（m ）
≤200 250 300 350 400 450 500 ≥550
0.80
0.74
0.70
0.67
0.65
0.63
0.62
0.61
3.4 空气间隙
3.4.1 悬垂塔不同海拔空气间隙要求如下表所示（操作过电压倍数分别按取1.5和1.58考虑）
基本设计风速(m/s) V<20 20≤V<27 27≤V<31.5
31.5≤V<36
V ≥36 塔头设计（摇摆角计算）
1.00 0.75 0.61 0.61 0.75 （计算杆塔荷载） 1.00 0.85 0.75 0.70 0.70 c （杆塔荷载）
1.00
1.10
1.20
1.30
1.30
表3.4-1 空气间隙表
护和绝缘配合研究专题》最终结论为准。

3.4.2 耐塔跳线空气间隙暂取1.1倍的间隙值。

3.4.3 间隙裕度
（1）悬垂塔、耐塔间隙裕度：对横担下平面取300mm，对塔身取350mm；
（2）裕度为电气、结构的总裕度。

3.4.4 规划耐塔间隙时，跳线型式按笼式硬跳线考虑。

3.4.5 悬垂塔小弧垂
悬垂塔间隙圆小弧垂参考取值，平地塔：1型取0.40m，2型取0.45m，3型取0.50m，4型取0.60m。

山地塔：1型取0.7m，2型取0.8m，3型取0.9m，4型取1.0m，5型取1.2m，6型取1.3m。

导线操作过电压风偏角统一取15°。

3.5 极间距取值
3.5.1 直线塔极间距按下表取值
悬垂直线塔极间距离不受可听噪声等电磁环境因素控制，悬垂直线塔最小极间距由塔头空气间隙、绝缘子串长及V串夹角控制。

轻、中冰区直线塔极间距参照下表取值，重冰区极间距由绝缘子串长控制：
表3.5-1 轻、中冰区直线塔最小极间距离
注：1、此表针对27m/s风速，直线塔绝缘子串V串夹角75°条件。

当风速大于27m/s、V串夹角增
大时，极间距离要根据表3.5-2适当增大。

2、此表计算过程中塔身宽度取4.2m，当实际塔身宽度不同时，应调整最小极间距离。

3.5.2 耐塔极间距离
海拔1000m及以下可听噪声限值45dB（A）、海拔1000m以上可听噪声限值50dB（A）控制的耐塔最小极间距离均为22m。

3.5.3 F型塔极间距根据串长和空气间隙确定。

3.6 绝缘子串型及参数
轻、中冰区导线悬垂串、跳线串均采用复合绝缘子；重冰区导线悬垂串及跳线串采用盘形绝缘子；耐串均采用盘型绝缘子。

3.6.1 绝缘子参数
根据特高压直流复合绝缘子在弱憎水性下的人工污秽试验结果，伞型采用一大二小伞型，对弱憎水性表面的复合绝缘子，考虑以往工程已采用过的复合绝缘子规格，本工程不同污秽等级下所用的复合绝缘子长度见表3.6-1。

表3.6-1 不同海拔高度复合绝缘子技术参数表
耐绝缘子片数见下表：
表3.6-2-1 耐串所用550kN盘形绝缘子片数选择
.专业. .专注.
.专业. .专注.
.专业. .专注.
表3.6-2-2进线档耐串绝缘配置(300kN钟罩/三伞形)
.专业. .专注.
本工程20mm、30mm重冰区位于第16、19标段，海拔1500m～2500m，其中20mm冰区段为轻、中污区，30mm冰区段均为轻污区。

按照覆冰耐压选择绝缘子片数，不同污区和海拔条件下绝缘子片数见下表。

表3.6－3 覆冰耐压法选择重冰区悬垂串推荐配置(外伞型绝缘子)
等污秽条件下耐串可能比本表更长，但北方地区覆冰少冻雨，一般不如南方地区桥接严重，因此此类地区悬垂串和跳线串取表3.6-2中耐串长度，不同机械强度绝缘子串与550kN同长度。

包16中咀西~富梁段7.5km（2000米）中含5.8km重冰中污区（盐密值0.06），按污秽条件控制配置为：103（550kN钟罩）、92（550kN三伞）。

同等条件下2500米海拔下相应配置为：105（550kN钟罩）、94（550kN三伞）。

因此，本工程重冰区悬垂串推荐配置如下：
表3.6－4本工程重冰区悬垂串推荐配置(外伞型绝缘子)
3.6.2绝缘子串
导线悬垂串在轻、中冰区推荐采用双联或三联420kN、550kN复合绝缘子V串型式，试点应用双联840kN、1000kN和三联840kN复合绝缘子V串型式；在重冰区推荐采用三联420kN、双联或三联550kN盘形绝缘子V串型式，试点应用双联840kN盘形绝缘子V串型式。

V型串迎风肢绝缘子最大偏移角暂按7.5°考虑。

杆塔V串夹角由各院独立计算，按5°一档取值。

导线耐串采用六联550kN绝缘子串。

耐串与导线横担均采用三挂点联接，六联绝缘子上下两层布置。

挂点间距取值为：0°～20°耐塔820mm，20°～40°耐塔850mm，40°～60°耐塔920mm，60°～90°耐塔1130mm。

导线跳线串在轻、中冰区推荐采用单联160kN复合绝缘子双V串，V型串夹角不小于80°；在重冰区推荐采用单联210kN盘形绝缘子双V串，V型串夹角不小于75°。

F塔跳线串推荐采用160kN复合绝缘子I型串。

各直线塔计算荷载时应考虑出现的最大荷载，选配合适的串型。

本工程绝缘子串参数参考电科院《特高压直流8×1250mm2导线串型及配套金具设计研究》。

表3.6-5 绝缘子串参考串重配置表
②跳线串采用V串硬跳线，重量包括跳线串、硬跳鼠笼、重锤片及间隔棒的重量,，。

③轻、中冰区悬垂串和耐串的联间距均为800mm。

重冰区悬垂串联间距为1000mm，耐串联间距为1200mm
④以上串重仅供参考，各在提荷载时表中数据必须对串重进行校核。

⑤耐串挂点金具需核实挂点金具是否与杆塔触碰。

直线塔悬垂串的悬垂联板与一侧绝缘子串联接位置至大均压环距离需保证不小于1400mm（双联）/1600(三联)/1700(四联)，跳线绝缘子均压环至联板挂点距离可取800mm，均压环半宽为700mm，悬垂联板孔间距为800mm。

八分裂悬垂联板绝缘子串挂孔与悬垂线夹挂孔垂直距离为160mm （单、双联）和250mm（三联/四联），悬垂线夹高度按225mm。

根据电科院提供的阶段性成果，轻中冰区V串每肢除复合绝缘子外金具部分的最短长度参考表3.6-6。

绘制间隙圆时，根据污区、海拔、塔串（不使用调整板时）配合情况选择最长的复合绝缘子，短串可增加调整板调节长度。

表3.6-6 绝缘子串除绝缘子外金具部分最短长度表
鼠笼跳线系统风荷载受风面积可按18m2考虑（仅不含跳线线条部分）。

计算绝缘子风偏角度时，绝缘子串重量按塔串配合结果中重量最轻的选择；计算荷载时按最重的考虑。

3.6.3 挂点型式
杆塔挂点布置按照杆塔使用条件和绝缘子串强度进行塔串配合后进行规划。

绝缘子及金具应按照本工程《金具施工图》执行。

挂点要求如下：（1）悬垂直线塔：导地线悬垂串挂点形式一致，采用耳轴挂板（EB），导线悬垂串挂点螺栓轴线方向按平行线路方向设计；地线悬垂串挂点螺栓轴线方向轻、中冰区按平行线路方向设计。

（2）悬垂转角塔：导地线悬垂串挂点形式一致，采用耳轴挂板（EB），导、地线悬垂串挂点按螺栓轴线方向平行线路方向设计。

（4）耐塔：导地线耐串挂点形式一致，采用联塔金具（GD ），导线挂点采用两挂点水平布置，挂点连线按平行于横担主材布置；跳线串挂点形式采用耳轴挂板（EB ），按螺栓轴线方向平行线路方向设计。

（5）在所有地线挂线孔附近设置Ф18接地孔，便于地线金具串直接接地用。

3.7 导地线布置方式
（1）一般段杆塔导线采用水平排列，个别拥挤地段导线采用垂直排
列。

（2）导、地线水平位移按地线保护角确定。

覆冰地区导线和地线间的水平偏移应满足导线和地线在不均匀覆冰、不同期脱冰时静态和动态接近的电气间隙要求。

（3）地线的表面电场强度按不超过18kV/cm 考虑，导、地线垂直距离不小于22m 。

3.8 防雷保护
（1）所有杆塔均采用负保护角，其地杆塔地线保护角不大于-10°，平丘杆塔地线保护角不大于0°；地线保护角以外侧子导线计算。

（2）杆塔上两根地线之间的距离，不宜超过地线与导线间垂直距离的5倍。

（3）确定导地线垂直距离同时应校核线路雷击档距中央时的反击耐雷水平。

在一般档距的档距中央导线与地线的距离可按下校验：（气温+15℃，无风）
0.015/5002m S L U =++
式中：
S ——导线与地线间的距离，m ； L ——档距，m ；
U m ——最系统最高工作电压。

4 杆塔型式和杆塔规划
4.1 杆塔型式
本工程常规杆塔采用导线水平排列的自立式铁塔。

悬垂塔采用V型绝缘子串；悬垂转角塔采用L型绝缘子串；耐塔采用干字型塔，常规杆塔系列跳线串采用双V串笼式硬跳线，特殊杆塔系列（F塔）跳线串采用双I串笼式硬跳线。

终端塔采用单极塔；走廊拥挤地段采用导线垂直排列的F型塔。

4.2 杆塔规划
（1）本工程悬垂直线塔采用V型串自立塔，耐塔采用干字型塔，导线水平排列，走廊拥挤地段采用导线垂直排列的F型塔。

（2）本工程非低温区风速有27m/s、30m/s和33m/s三种；低温区风速有27m/s、30m/s、31m/s、33m/s、37m/s、43m/s六种。

（3）本工程覆冰有10mm、15mm、20mm（重冰区）和30mm四种。

（4）本工程海拔按1000m一级划分，0－1000m为一档，1000－2000m 为一档，2000－2500m海拔根据实际情况单独划分系列或者进行归并。

（5）本工程10mm冰区理想平地情况下的经济塔高为66m，经济档距为580m。

（6）根据最新的过电压分布及限值研究成果，综合考虑经济性和塔型兼容性，建议11～17包全段按1.58p.u.规划，1～10包、18～27包两端包段中与11～17包重合的系列根据技术经济比较确定归并或差异化设计，其余不涉及11～17包的系列按1.5p.u.规划。

（7）根据工程实际需要，增加了加强型悬垂直线塔、F型塔等塔型。

（8）本工程地形中平地、丘陵、一般山地、高山大岭均占一定比例，因此杆塔按平腿（小减腿）和全方位高低腿分别设计。

（9）平丘塔型减腿均按-1m，-2m,-3m规划，在丘陵地形可与不等高基础配合使用。

（10）杆塔规划种类统计如表4.1-1所示，本工程共规划了26个杆塔系列，24个常规系列，2个特殊系列塔，共199种塔型，其中直线135种、耐64种。

共有24个系列纳入±1100kV 直流线路1250导线铁塔通用设计模块。

表4.1-1 准东-华东特高压直流线路杆塔规划种类统计表
.专业. .专注.
.专业. .专注.
.专业. .专注.
由于本工程海拔划分较多，为了方便确认塔型所使用的海拔区间，常规导线轻中冰区塔型后缀统一为：
A－代表0-1000m海拔。

B－代表1000-2000（2500）m海拔。

L－低温区。

T－防串倒加强型塔。

1－操作过电压倍数1.5p.u.
2或缺省－操作过电压倍数1.58p.u.
如Z27102B1L，为27/10气象区1000-2000m海拔下按操作过电压倍数1.5p.u.设计的低温区2号平丘悬垂直线塔；再如ZC3010ATL，为30/10气象区0-1000m海拔下按操作过电压倍数1.58p.u.设计的低温区加强型山地悬垂直线塔。

按照杆塔规划专题中的归并原则，区段较短的平丘地段如没有规划相应的平丘塔可采用相应山地塔。

4.1.1 杆塔系列一
设计条件：V＝27m/s、C＝10mm、平丘、0＜H＜1000m、8×JL1/G3A－1250/70导线，轻中重污区，操作过电压倍数1.5，线路长度620.2km。

表4.1-2 杆塔系列一
0～1
0～2
0～3
0～20
20～
40
40～
60
60～
90
4.1.2 杆塔系列二
设计条件：V＝27m/s、C＝10mm、山地、0＜H＜1000m轻中重污区，操作过电压倍数1.5，8×JL1/G2A－1250/100导线，线路长度131.8km。

表4.1-3杆塔系列二
0～1
0～2
0～3
0～3
4.1.3 杆塔系列三
设计条件：V＝27m/s、C＝10mm、山地、1000＜H＜2000m、8×JL1/G2A
324.8km。

表4.1-4杆塔系列三
0～1
0～2
0～3
0～3
3～12
0～20
20～
40
40～
60
60～
90
4.1.4 杆塔系列四
设计条件：V＝27m/s、C＝10mm、平丘、1000＜H＜2000m、8×JL1/G3A
表4.1-5杆塔系列四
0～1
0～2
0～3
3～12
0～20
20～
40
40～
60
4.1.5 杆塔系列五
设计条件：V＝27m/s、C＝15mm、山地、1000＜H＜2000m、轻中重污区，操作过电压倍数1.58，8×JL1/G2A－1250/100导线，低温区，线路长度44.4km。

表4.1-6杆塔系列五
3～12
4.1.6 杆塔系列六
设计条件：V＝30m/s、C＝10mm、平丘、0＜H＜1000m、轻中重污区、操作过电压倍数1.5，8×JL1/G3A－1250/70导线，线路长度187.2km。

表4.1-7杆塔系列六
0～1
0～2
0～3
30～
70
4.1.7 杆塔系列七
设计条件：V＝30m/s、C＝10mm、平丘、1000＜H＜2000m、轻中重污区、操作过电压倍数 1.58，8×JL1/G3A－1250/70导线，线路长度63.9km。

表4.1-8杆塔系列七
0～1
0～2
0～3
3～12
0～20
20～
40
40～
60
60～
90
4.1.8 杆塔系列八
设计条件：V＝30m/s、C＝10mm、山地、0＜H＜2000m、中重污区、操作过电压倍数1.5、8×JL1/G2A－1250/100导线，线路长度49.9km。

表4.1-9杆塔系列八
0～1
0～2
0～3
0～3
4.1.9 杆塔系列九
设计条件：V＝30m/s、C＝10mm、山地、1000＜H＜2000m、中重污区、操作过电压倍数 1.58、8×JL1/G2A－1250/100导线，线路长度21.6km。

表4.1-10杆塔系列九
0～1
0～2
0～3
0～3
0～1
3～12
0～20
20～
40
40～
60
60～
90
4.1.10 杆塔系列十
设计条件：V＝30m/s、C＝10mm、平丘、1000＜H＜2000m、中重污区、操作过电压倍数 1.5、8×JL1/G3A－1250/70导线，线路长度110.4km，低温区。

表4.1-11杆塔系列十
0～1
0～2
0～3
4.1.11 杆塔系列十一
设计条件：V＝30m/s、C＝10mm、平丘、1000＜H＜2000m、中重污区、操作过电压倍数 1.58、8×JL1/G3A－1250/70导线，线路长度118.6km，低温区。

表4.1-12杆塔系列十一
0～1
0～2
0～3
0～1
3～
12
0～
20
20～
40
40～
60
60～
90
4.1.12 杆塔系列十二
设计条件：V＝30m/s、C＝15mm、山地、1000＜H＜2000m、轻中重污区、操作过电压倍数1.58、8×JL1/G2A－1250/100导线，低温区，线路长度14.7km。

表4.1-13杆塔系列十二
4.1.13 杆塔系列十三
设计条件：V＝30m/s、C＝15mm、山地、1000＜H＜2000m、轻中重污区、操作过电压倍数 1.5、8×JL1/G2A－1250/100导线，线路长度24.9km。

表4.1-14杆塔系列十三
4.1.14 杆塔系列十四
设计条件：V＝30m/s、C＝20mm、山地、1500＜H＜2500m、轻中污区、操作过电压倍数1.58、8×JL1/G2A－1250/100导线，低温区，线路长度26.1km。

表4.1-15杆塔系列十四
4.1.15 杆塔系列十五
设计条件：V＝30m/s、C＝30mm、山地、2000＜H＜2500m、轻污区、操作过电压倍数1.5、8×JLHA4/G2A－1250/100导线，线路长度4km。

表4.1-16杆塔系列十五
4.1.16 杆塔系列十六
设计条件：V＝31m/s、C＝10mm、平丘、1500＜H＜2500m、中重污区、操作过电压倍数1.58、8×JL1/G3A－1250/70导线，线路长90km，低温区。

表4.1-17杆塔系列十六。