探討220KV窄基鋼管塔線路的設計與規劃

摘要:本文介紹了220 kV窄基鋼管塔的設計規劃，進行不同絕緣子串型、振型與結構設計、技術指標的比較，為城郊線路工程設計提供參考。

關鍵詞:窄基鋼管塔 L型絕緣子串 規劃與設計

1塔型規劃設計

為減少占地，可采用電纜埋管方式或鋼管桿。電纜本體投資是架空線路的10倍以上，受地形、地下管道、河流等影響較大。鋼管桿工程造價比鐵塔明顯增加。綜合考慮以上因素，同時滿足鐵塔根開4m，決定采用窄基塔設計方案。為了減小線路走廊，通過比較不同的導線布置型式、絕緣子串型，選擇優化的設計方案。

1.1導線布置形式及絕緣子串的比較

常規雙回路塔型導線布置有三角形排列和垂直排列。導線三角形排列時，橫擔為兩層結構，雖然塔高較低，但由于下層橫擔布置了四相導線，使下層橫擔過長，增加了走廊寬度。垂直排列塔型導線橫擔為三層結構，減少了下層橫擔的導線相數，使橫擔寬度明顯小于三角形排列的塔形結構。因此，該工程采用導線垂直排列。

1.1.1直線塔串型

垂直排列雙回路直線塔的串型有多種形式，如全I串、全V串、IV組合串、Y型串、L型串等。工程中常用全I串、全V串。表1從線路走廊和鋼材指標的角度比較了全I串、全V串、全L串3種串型對應塔型的性能。

根據表1，L串線路綜合走廊與V串線路相當，比I串線路減小約20%;L串塔型橫擔較短，塔重比I串塔型減小約6%，比V串塔型減小約13%。可以看出，采用L串節約走廊資源優勢顯著，同時也減少鐵塔耗鋼量。

1.1.2耐張塔串型

耐張塔串型有耐張絕緣子串和跳線串。耐張絕緣子串對塔型規劃影響不大，可采用一般工程使用的常規復合絕緣子耐張串。考慮到本項目塔型適用于基本風速38 m/s地區，結合以往塔型設計的經驗，宜推薦采用防風偏跳線串。

1.2塔身主材截面選擇

窄基塔根開比常規鐵塔小40%～60%，抗彎剛度比常規角鋼塔小，在水平荷載作用下，水平位移增大。為了減小塔身風荷載、控制位移、增加鐵塔的整體穩定性，主材使用鋼管截面。

2塔型振型分析與結構設計

現有關于桿塔結構自振周期的估算公式不能完全適用于窄基塔。輸電鐵塔結構形式多樣，在幾何尺寸、質量分布、剛度分布和擋風面積等方面存在變異性，現行規范在風振系數計算公式中沒有考慮這些變異性的影響，其給出的風振系數βZ無法普遍適用于各種塔架結構形式。該工程鐵塔的設計首先采用VTLA軟件試算鐵塔構件規格;再通過有限元軟件ANSYS建模，應用子空間迭代法求解鐵塔的自振頻率和振型，得到鐵塔自振周期，根據規范公式求解風振系數βZ;將βZ代入鐵塔設計軟件VT-LA，重新計算鐵塔構件規格。經過幾次迭代后，得到較滿意的設計結果，并通過有限元的線性分析對比鐵塔設計軟件的計算結果。

2.1直線塔2ZA－SZK1振型分析

應用ANSYS通用有限元軟件，建立直線塔2ZA－SZK1的空間有限元模型，建模方法采用梁－桿混合單元，主材采用PIPE16單元。為避免體系的幾何可變性，橫隔外圍桿件用梁單元Beam4模擬，與主材剛結，其他桿件(如斜材、橫擔等)均采用空間桿單元Link8模擬。應用子空間迭代法求解了鐵塔的自振頻率和振型。直線塔2ZA－SZK1的前十階頻率見表2，相應的振型見圖3。

通過有限元分析，主要結論有:

(1)在前十階振型中，除部分出現橫隔面局部振動的振型外，鐵塔的振型主要有一階彎曲、二階彎曲、三階彎曲、一階扭轉和二階扭轉。由于結構在X向和Y向上具有一定的對稱性，所以兩方向的同階彎曲模態的頻率近似。

(2)42 m呼高直線塔2ZA－SZK1的基本周期T1為0．737 s。

(3)第一階扭轉模態周期與基本周期相差較大，說明結構布置對扭轉有利。可利用有限元分析求得基本周期，根據規范公式求解風振系數βZ。

2.2結構設計考慮的問題

(1)塔身與橫擔的風振系數取值。

(2)L型絕緣子串、硬支撐跳線的特殊構造。

(3)窄基鋼管塔的標準化設計要求:鋼管庫、鋼管主材徑厚比、節點構造、法蘭設計等。

(4)為方便運輸與施工，窄基塔的每段主材控制在6 m左右，并配有抱桿提升孔。

(5)由于該工程窄基塔塔位在公路綠化帶中央，需在塔腿鋼管主材噴涂交通警示。

3結論

該工程使用的窄基鋼管塔，采用了L型絕緣子串與硬支撐跳線技術，結構計算過程合理確定了風振系數取值。通過技術指標比較，論證了窄基鋼管塔設計方案在走廊狹小地區使用的可行性與優勢。