重冰区110kV输电线路杆塔规划与设计优化 王龙

重冰区110kV输电线路杆塔规划与设计优化王龙

发表时间：2018-04-19T15:25:31.563Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：王龙巩鑫龙孟旭红

[导读] 摘要：重冰区输电铁塔和导线覆冰现象严重，对于铁塔以及输电线路导线产生不良影响，引发严重的安全隐患与造成巨大的经济损失。

（国网宁夏电力有限公司经济技术研究院宁夏银川）

摘要：重冰区输电铁塔和导线覆冰现象严重，对于铁塔以及输电线路导线产生不良影响，引发严重的安全隐患与造成巨大的经济损失。本文对固原六盘山地区的110kV线路杆塔规划以及设计优化进行探讨，期望为重冰区的线路杆塔规划与设计提供参考。

关键词：重冰区；杆塔规划；设计优化

1 概述

在重冰区输电工程中，导线覆冰现象较为普遍，输电线路覆冰引起的故障严重地影响了电力系统的正常运行。覆冰可以引起导线舞动、杆塔倾斜、倒塌、断线及绝缘子闪络，从而造成重大事故。研究重冰区线路的杆塔规划与优化设计，可为电网的安全运行提供技术参考。

固原六盘山地区海拔高度2840m，最低气温-28.7℃，覆冰15-35mm。由于特殊的气候特点以及六盘山地形情况，给输电线路的杆塔设计提出新的课题，因此设计人员必须了解该地区因气候特点呈现的重覆冰的特性，根据掌握的附近线路运行资料，设计合理的杆塔型式，从而保证输电线路工程经济合理、安全可靠。本文以固原六盘山地区渝河～隆德110kV线路π入原州变工程为例，对110kV输电线路杆塔规划与设计优化进行研究和探讨。

2 重冰区杆塔规划及选型

2.1 杆塔规划

对于重冰区的杆塔设计而言，宜采用单回路铁塔，耐张段不宜超过3km，转角度数不宜过大。线路定位档距不宜过大，为了确保线路张力平衡，需要尽量保证档距均匀设置，而且邻档的高差也尽量一致，避免脱冰跳跃和不均匀覆冰时引起悬垂绝缘子串上翻。

根据渝河～隆德110kV线路π入原州变工程实例，在直线塔的规划设计中，水平档距设置为比一般110kV线路杆塔更小的280m，对于不同冰区的杆塔进行合理设计，其中25mm冰区和35mm冰区直线塔都规划了3种塔型，可以满足不同档距及呼高范围的杆塔使用。在耐张转角塔的规划设计中，水平档距设置为比一般110kV线路杆塔更小的270m，35mm覆冰区控制耐张塔转角度在60°以内，考虑到冰区分界的需要，设计时将25JC4兼用作15mm冰区和25mm冰区的分界塔，35JC3、35JC4兼用作25mm冰区和35mm冰区的分界塔，设计时考虑相应的张力差。

2.2 杆塔选型

对于直线塔来说，国内外输电线路工程广泛使用的铁塔有导线水平排列的酒杯型和导线成三角形排列的猫头型两种。酒杯塔和猫头塔的导线挂线方式直接决定了塔头尺寸的大小，从而影响到铁塔的钢材耗量、线路走廊宽度。直线塔导线的挂线方式有“I 串”和“V 串”。酒杯塔和猫头塔各有优缺点，酒杯塔相间距较大，线路走廊较宽，但酒杯塔耗钢量省。根据本工程具体情况，线路主要位于重冰区、山区，走廊清理费用占总投资比例较小，不是主要控制因素，且根据重冰区线路设计运行经验和重冰区规程要求，重冰区杆塔导线宜采用水平排列，故悬垂直线塔型式推荐采用酒杯型杆塔。

耐张转角塔可选塔型有酒杯型塔、“干”字型塔。“干”字型塔具有受力简洁、抗变形能力好、线路走廊占用少等优势，但由于其导线为三角形排列，存在重冰区塔型的导地线舞动、脱冰跳跃的问题；而酒杯型耐张塔，导线为水平排列，在满足重冰区的电气性能方面具有优势，但其占用线路走廊资源大、铁塔抗变形能力较“干”字型塔弱。针对两种塔型的优缺点，规划一种重冰区水平耐张“干”字塔，可以使导线水平排列、杆塔受力与“干”字型塔相似。

3 重冰区杆塔结构设计优化

3.1 酒杯塔“K”节点布置型式

曲臂“K”节点一直是酒杯塔中较为薄弱的环节，普通的轻冰区酒杯塔“K”节点一般设计为铰接点，从结构力学上来讲，其计算模型为双绞拱模型。但通过以往酒杯塔的真型实验来看，铰接的“K”型节点由于难于构造、内曲臂主材负端距大，安装时初变形较大等问题，其真实受力情况与计算也相差较多，因而曲臂提前破坏的情况发生较多。

酒杯塔“K”节点按梯形方式布置，虽然铁塔重量有所增加（1~2%左右），但可有效减小曲臂主材的负端距、减小节点变形、杆塔计算模型也更接近于实际情况，因而能够提高重冰区酒杯塔的安全可靠性，因此推荐重冰区酒杯塔采用梯形“K”节点型式。

3.2 塔身主斜材布置

铁塔的主材节间的布置以及塔身斜材的布置是相互关联、相互影响的，在杆塔设计过程中，需要按照受力最佳以及结构最优的原则进行布置计算，可以对以下两方面进行调整：（1）控制主材构件长度，减小杆件规格。因为六盘山地区的110kV线路杆塔设计位于山区，因此在建设的过程中，需要考虑到运输和组装的方面，为了避免主材构件相互碰撞产生的变形，需减小主材长度，可采用Q420高强钢；（2）调整塔身交叉斜材的计算长度。通过对塔身交叉斜材的调整，使得塔身交叉材不出现或少出现同时受压控制，以减小斜材的规格。塔身斜材常用的布置型式有交叉式、正K型、倒K型等布置，以往单一的交叉布置型式容易使斜材产生同时受压，几种方式组合布置可以避免同时受压的发生，使斜材受力成为拉压系统，可减小斜材规格，降低塔重。

4 结语

重冰区的杆塔受到天气影响严重，冬季寒冷季节覆冰荷载较大，因此在杆塔的规划与设计中，需要对重冰区的冰荷载以及风荷载进行分析，采取有效方式进行计算，确保杆塔规划与设计满足相关标准。随着社会经济的发展，电力线路的设计施工要求越来越高，因此重冰区杆塔设计方案需要不断的研究与试验，确保杆塔的可靠性，同时充分考虑杆塔加工、运输以及组装的方便，全面保障重冰区输电线路的安全运行。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准．110～750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-2010）.

[2]中华人民共和国电力行业标准.重覆冰架空输电线路设计技术规程（DL/T 5440-2009）.

[3]孟遂民，孔伟．架空输电线路设计[M]．北京：中国电力出版社，2007．

作者简介：

王龙（1988-），男，宁夏，硕士研究生，研究方向输电线路结构设计