NSA鋼管桿設計系統在工程設計中的應用

崔 軍

鋼管桿是220 kV及220 kV以下架空輸配電線路新型的非標桿塔類型。它具有結構簡單,挺拔美觀;強度高,耐外力沖擊;分段設計,運輸和安裝方便;熱鍍鋅防腐,經久耐用;占地面積小等優點。為適應現代電力電網建設對鋼管桿的使用需求,滿足對鋼管桿的設計要求,北京道亨公司設計開發了《NSA鋼管桿設計系統》。本文將以一種鋼管桿的設計過程,簡單介紹一下《NSA鋼管桿設計系統》在實際工程中的應用。

1 工程應用

《NSA鋼管桿設計系統》設計軟件根據鋼管桿基礎數據的輸入方法不同,分為手工輸入分段數據法和快速輸入鋼管桿數據法。本文根據軟件在多個工程中的應用經驗,介紹一下較為簡單、便于操作的快速輸入鋼管桿數據法,供輸配電設計人員參考。

快速輸入鋼管桿數據法為用戶提供了簡便的數據輸入方法,用戶可以通過本方法快速輸入節點、桿件及相應的桿件連接數據。用戶輸入主桿和橫擔等數據后,系統自動填寫桿件力學參數及連接數據。

為了具體說明軟件在輸配電工程設計上的應用方法及產生的經濟效益,將以一條35 kV供電線路中一種鋼管桿的設計為例,具體說明軟件在鋼管桿的設計上的應用。

雁60～雁63斷塊為采油一廠的一個較大產能斷塊。整個斷塊主供電電源為附近變電站引來的35 kV架空線路供電。線路的轉角、耐張及部分直線跨越桿塔均采用鋼管桿。

以本工程帶地線直線鋼管桿ZXB(17)(呼稱高17 m)為例,具體說明利用軟件進行鋼管桿設計過程。

1.1 鋼管桿設計

鋼管桿設計過程分為鋼管桿桿型簡圖設計及桿塔詳設兩部分內容。

1.1.1 鋼管桿桿型簡圖設計

工程設計人員根據現場實際及計算結論,確定鋼管桿的呼稱高及桿頭尺寸,初步確定鋼管桿的梢徑及根徑,并繪制出鋼管桿簡圖。這部分內容為設計人員的基礎設計,在這里就不再詳細說明。

1.1.2 桿塔詳設

根據鋼管桿桿型簡圖,利用《NSA鋼管桿設計系統》設計軟件對鋼管桿進行詳設及校核。具體步驟如下:

1)運行程序。打開【NSA鋼管桿設計系統】組中的“NSA鋼管桿設計系統”即可運行程序。

2)建立新文件。執行【文件(F)】下的【新建】命令,進入新建文件界面,新建一個“ZXB(17)”的工程文件,將其保存到用戶的文件夾下。

3)輸入鋼管桿數據。進入主菜單后,單擊【文件(F)】下的【快速輸入界面】按鈕,進入快速輸入界面。根據軟件窗口提示信息,依照鋼管桿桿型圖,依次填寫【輸入主桿】及【直線型橫擔】等窗口信息。本設計ZXB(17)主桿梢徑設計為300 mm,根徑設計為600 mm;主桿連接選擇法蘭連接。

選擇橫擔類型:橫擔類型分三種,包括管狀橫擔、直線型橫擔及雁翅型橫擔。選中橫擔后,會在【輸入主桿】按鈕右邊出現相對應的按鈕。

【直線型橫擔】。ZXB(17)為直線型橫擔。單擊【直線型橫擔】按鈕,按順序進行填寫。ZXB(17)直線型橫擔選擇箱形。點擊【展開數據】按鈕,生成鋼管桿ZXB(17)的單線圖。

4)各種集中載荷計算。單擊【1.計算荷載【小院版】】按鈕進入鋼管桿荷載計算程序。根據軟件窗口的提示,選擇地形類別、桿型類型、電壓等級及直線塔導線掛線方式,并依次進行氣象條件、荷載工況、檔距及導地線參數等內容的輸入,完成鋼管桿外部環境設定。單擊【選擇需要計算的工況】,對鋼管桿的計算工況重新選擇。點擊【開始計算】按鈕完成鋼管桿外部荷載的受力計算。點擊【退出】,返回軟件主頁面。返回主頁面后,單擊【導入荷載】按鈕,將鋼管桿的外部荷載導入桿塔設計主程序。

5)有限元計算。單擊【有限元計算】按鈕進入有限元計算界面。根據軟件窗口的信息提示,對鋼管桿的其他限制條件進行填寫。填寫完畢后,單擊【開始計算】按鈕,進行鋼管桿各個部件的強度校核。

6)有限元計算結果。鋼管桿有限元計算完成后,程序自動進入【有限元計算結果】,這時軟件窗口顯示出鋼管桿主桿及橫擔的設計結果。

當計算出不合理的主桿及橫擔結果時,屏幕會提示出錯,相應出錯內容會顯示紅色。這時需重新回到鋼管桿快速輸入界面,并對應出錯內容,修改相應主桿或橫擔的技術參數。接著重新點擊【有限元計算】,進行鋼管桿的有限元計算,然后根據【有限元計算結果】,查看主桿或橫擔設計結果是否正確。否則重新進行以上操作,直到結果顯示正確為止。

7)連接計算。有限元計算結果合理后,單擊【連接計算】按鈕,進入鋼管桿主桿連接設計和橫擔連接設計界面。

本工程ZXB(17)鋼管桿桿體采用法蘭連接,點擊【主桿法蘭設計】,進入主桿法蘭連接計算。

橫擔連接設計。本工程ZXB(17)鋼管桿橫擔為槽型橫擔,點擊【橫擔根部槽型/加強型支座設計】,進入槽型橫擔連接計算。計算完畢后,退出相應界面。

8)施工圖輸出。選擇【輸出】菜單中的【鋼管桿繪圖】項,進入鋼管桿繪圖程序。

在【選擇圖式】的下拉框中選擇【鋼管桿組裝圖】選項,單擊綠色圖標或直接按【F5】,進入鋼管桿組裝圖繪圖界面。

9)基礎設計。設計完成后,可以進入【基礎設計】。根據荷載的標準值和設計值的基礎作用力,進而對基礎進行設計。本部分設計由土建結構專業完成,本設計不再詳述。

1.2 鋼管桿統計

雁60～雁63斷塊 35 kV供電線路設計13種鋼管桿,共18基。生產廠家根據設計院提供鋼管桿桿型簡圖,也提供了相應的設計,每基桿塔重量均大于設計院設計的1.5倍～2.0倍。經與廠家多次反復核減,每基鋼管桿的重量均大幅度減少,絕大多數桿塔重量最終與設計相吻合,少數桿塔由于桿塔主桿分段不同而略有不同。

1.3 經濟效益分析

根據雁60～雁63斷塊35 kV供電線路鋼管桿重量的統計,共核減鋼材重量26 227.8 kg。按鋼管桿的價格8 500元/t計算,共節約投資222 936.3元。對于鋼管桿在運輸及安裝等情況下所節約的工程費用,本文就不再進行統計。

2 結語

輸配電線路設計人員學習并掌握NSA鋼管桿設計軟件后,可根據不同電壓等級的輸配電線路,選擇設計合適的鋼管桿,極大地豐富了設計人員桿塔設計的方案,對優化架空線路設計,提高設計人員設計水平,具有重要意義。同時,還可以對廠家提供的鋼管桿設計方案進行工程驗證,配合甲方、業主選擇合適廠家,避免不合理的工程投資。

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]GB 50061-97,66 kV及以下架空電力線路設計規范[S].