工程師論文重冰區(qū)220kV線路桿塔選型與設計優(yōu)化
摘要：近年來，我國頻繁受到嚴寒和冰雪天氣的襲擊，冬季輸電鐵塔和導線覆冰現(xiàn)象嚴重，對于鐵塔以及輸電線路導線產生不良影響，引發(fā)嚴重的安全隱患與造成巨大的經濟損失。文章對于重慶萬州地區(qū)的220kV線路桿塔選型以及設計優(yōu)化進行探討，期望為重冰區(qū)的線路桿塔選型與設計提供參考。
關鍵詞：工程師論文,重冰區(qū),220kV線路,桿塔選型,桿塔設計,輸電線路
1 概述
近年來我國輸電線路頻繁受到嚴寒和冰雪天氣的襲擊，重冰區(qū)的輸電鐵塔和導線覆冰現(xiàn)象嚴重，導致鐵塔所受的不平衡力顯著增加，而且覆冰導線對于鐵塔施加很大的沖擊載荷，容易造成桿塔的疲勞損害，形成裂紋，造成嚴重的安全隱患和巨大的經濟損失。隨著我國對電力需求日益增加，桿塔所設的導線密度越來越大，因此對桿塔的承載能力要求越來越高，而且重冰區(qū)對桿塔的影響更加明顯，對于重冰區(qū)的桿塔進行合理選型與優(yōu)化設計，能夠確保重冰區(qū)線路桿塔的穩(wěn)定運行。本文對重慶地區(qū)220kV線路桿塔選型與設計進行分析，結合現(xiàn)行的設計規(guī)程與重冰區(qū)桿塔存在的問題，探討桿塔的優(yōu)化設計。
2 重冰區(qū)桿塔規(guī)劃設計與選型
2.1 重冰區(qū)桿塔規(guī)劃設計
對于重冰區(qū)的桿塔設計而言，線路定位檔距不宜過大，為了確保線路張力平衡，需要盡量保證檔距均勻設置，而且鄰檔的高差也盡量一致，避免脫冰跳躍和不均覆冰時引起懸垂絕緣子串上翻。根據(jù)220kV重慶地區(qū)的線路工程，在桿塔的規(guī)劃與設計中，需要確保檔距合理，控制耐張塔轉角度在40°以內，從而確保檔距的合理設置。對于不同冰區(qū)的桿塔進行合理設計，其中20mm冰區(qū)直線塔采用ZBC21、ZBC22，30mm冰區(qū)直線塔采用ZBC31、ZBC32，保證2型轉角塔同時兼做冰區(qū)分界塔。
2.2 重冰區(qū)桿塔選型
常見的桿塔選型包括直線塔選型與耐張塔選型，根據(jù)《110～750kV架空輸電線路設計規(guī)范》一般規(guī)定，桿塔結構荷載包含最大風、無冰、未斷線荷載組合;最大覆冰、相應風速以及未斷線荷載組合;最低氣溫、無風、無冰、未斷線荷載組合。重冰區(qū)的桿塔選型包括：(1)直線塔選型，根據(jù)以往經驗，重冰區(qū)V串懸掛布置的可靠性更高，而且相比于單回路桿塔，直線塔中的貓頭塔與酒杯塔是相對成熟的型式，以重慶地區(qū)的20mm冰區(qū)1型的直線塔為例，酒杯塔導線的走廊寬度大，而且傳力路徑更為清晰，相對于貓頭塔，酒杯塔的塔身與塔腿主材規(guī)格相對較小，更利于山地運輸。在重慶地區(qū)的220kV線路桿塔一般位于山區(qū)，根據(jù)DL/T 5440-2009規(guī)程，需要保證桿塔采用水平排列，有利于防止導線脫冰跳躍時過于接近而出現(xiàn)的閃絡跳閘等情況的出現(xiàn);(2)耐張塔選型，常見的220kV以及以上等級的耐張塔常用干字型塔，該種塔型架構簡單，受力清晰，占用線路走廊窄，重慶地區(qū)的220kV線路桿塔采用干字型塔，施工安裝以及檢修比較方便，根據(jù)轉角的不同，選擇不同的導線掛點，以獲得更佳的電氣安全距離。
3 重冰區(qū)220kV線路桿塔設計優(yōu)化
《110～750kV架空輸電線路設計規(guī)范(GB 50545-2010)》對輸電桿塔做出了如下規(guī)定：桿塔結構應該采用極限狀態(tài)設計方法進行計算，同時采用指標度量進行結構構件可靠度計算，對于重冰區(qū)220kV線路桿荷載、材料性能以及幾何參數(shù)進行分項系數(shù)的研究。為了確保重冰區(qū)220kV線路桿塔安全穩(wěn)定運行，需要對線路桿塔進行優(yōu)化設計。
3.1 塔位與路徑優(yōu)化
在桿塔的設計施工過程中，如果基礎開挖過深及地下水滲透嚴重、垮塌現(xiàn)象也很嚴重，為了確保桿塔的安全施工與管理，需要對部分基礎型式進行優(yōu)化設計，降低施工難度，為了滿足桿塔的設計要求，在保證桿塔設計滿足相關標準的前提下，在原設計基礎上取消幾基桿塔，解決工程投資。工程建設施工過程中，為了降低工程投資，節(jié)省線路通道資源，需要對線路路徑進行優(yōu)化設計。
3.2 塔身節(jié)間與隔面布置
鐵塔的主材節(jié)間的布置以及塔身斜材的布置是相互關聯(lián)、相互影響的，在桿塔設計過程中，需要按照受力最佳以及結構最優(yōu)的原則進行布置計算，根據(jù)設計經驗，可以對以下兩方面進行調整，從而確保設計均勻，減小桿件規(guī)格：(1)控制主材構件長度，因為重慶地區(qū)的220kV線路桿塔設計位于山區(qū)，因此在建設的過程中，需要考慮到運輸和組裝的方面，為了避免主材構件相互碰撞產生的變形，需要確保主材單根構件長度不超過9m，而且通常采用Q420高強鋼，重量不超過500kg，以保證主材運輸安全;(2)根據(jù)計算與施工經驗，桿塔斜材抵抗外荷載的能力與斜材與水平面夾角等有關，而且塔身斜材與水平面夾角取35°～45°較為合適，塔腿斜材夾角不得小于18°，對夾角進行有效控制，能夠保證斜材具有較高的荷載能力。
坡斷面處、直接受扭力斷面處和塔頂及塔腿頂部斷面處設置橫隔面，考慮到重冰區(qū)線路桿塔的特點，需要按照不大于平均寬度的3倍、不大于3個主材節(jié)間分段設置隔面，確保塔身具有較強的剛度，應付重冰區(qū)的塔身強度要求。
3.3 塔頭結構優(yōu)化
為了確保重冰區(qū)的線路桿塔穩(wěn)定運行，需要對塔頭進行有效布置，保證導地線載荷傳力清晰可靠。導地線通暢通過曲臂傳遞至塔身，而且上下曲臂交點處表現(xiàn)為點接觸，為了確保線路的點接觸與有效管理，需要對曲臂焦點的主材之間進行有效設置，保證主材之間的夾角大于20°。因為構造原因，塔頭的上下曲臂內部的桿件平面斜材桿件負端距大、偏心大，為了保證重冰區(qū)桿塔的安全性，需要考慮到環(huán)境以及結構的影響，保證主材傳遞塔頭的受力，保證受力清晰可靠，塔頭穩(wěn)定。
3.4 節(jié)點構造優(yōu)化
在220kV線路桿塔設計過程中，節(jié)點構造是桿塔設計的重要環(huán)節(jié)，為了保證桿塔在重冰區(qū)能夠加高強度，需要避免節(jié)點構造不當而造成的桿塔受力破壞，為了確保桿塔的設計穩(wěn)定，可以從以下方面進行節(jié)點優(yōu)化：(1)對直線塔上下曲臂的節(jié)點進行卷邊處理，從而盡量減少曲臂受力桿件的負端距，保證節(jié)點的強度;(2)改良直線塔塔身的變坡位置，采用簡化設計能夠保證傳力更為可靠，確保桿塔安全穩(wěn)定;(3)直線塔頸口處采用雙面連接，并且以火曲角鋼進行角鋼強化，增強節(jié)點的強度與剛度。
4 結語
重冰區(qū)的桿塔受到天氣影響嚴重，冬季寒冷季節(jié)覆蓋冰荷載較大，因此在桿塔的選型與設計中，需要對重冰區(qū)的冰荷載以及風荷載進行分析，采取有效方式進行計算，確保桿塔選型與設計滿足相關標準。本文通過對重慶地區(qū)的220kV線路的桿塔規(guī)劃、選型、線路、結構等方面的設計進行總結，確保桿塔滿足重冰區(qū)的規(guī)范要求。隨著社會經濟的發(fā)展，電力線路的設計施工要求越來越高，因此重冰區(qū)桿塔設計方案需要不斷的研究與試驗，確保桿塔的可靠性，同時充分考慮桿塔加工、運輸以及組裝的方便，全面保障重冰區(qū)輸電線路的安全
運行。
參考文獻
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作者簡介：王強(1982-)，男，山西陽泉人，國網陽泉供電公司經研所設計室工程師;田云(1971-)，男，山西沁源人，國網陽泉供電公司經研所設計室工程師。
