關于特高壓桿塔荷載研究

摘要：隨著我國國民經濟的快速發展，促使了我國電力工業的發展。電網建設快速發展需要更高電壓等級的輸電技術，特高壓交流輸電不僅可以減少輸電線路的回路數，節省線路走廊，而且有利于解決短路電流過大超過開關容量極限的問題。發展特高電壓輸電可使電網更加堅強，并且可以引導電源建設，使我國的資源開發更為合理。

關鍵詞： 1000kV輸電線路；特高壓；荷載

1.概述

目前我國交流線路運行的最高電壓等級為500kV，已建成投運的500kV線路達4.4萬多公里，對500kV線路的桿塔設計、荷載組合已有設計規程、規定并有較為豐富的工程設計經驗。1000kV級特高壓輸電線路是迄今為止世界上最高電壓等級的交流輸電線路，在我國還是空白，電壓等級由500kV升到1000kV后，線路桿塔的尺寸、負荷發生了質的變化，據國外已建特高壓輸電線路來看，鐵塔占本體投資的30%左右。現有的桿塔荷載不能適應特高壓交流輸電線路的桿塔荷載。本課題通過對特高壓交流輸電線路的桿塔荷載、荷載組合進行詳細的研究，確定桿塔計算荷載組合原則。將對1000kV輸電線路的桿塔設計起到指導意義，對降低特高壓輸電線路的工程投資，保證特高壓線路的長期安全運行具有重大意義。

2.荷載

2.1我國現有桿塔荷載的情況

目前我國已建成投運330kV輸電線路已有1萬多公里，500kV線路近4.4萬公里，已制定了《110～500kV架空送電線路設計技術規程》，形成了一套既能保證輸電線路桿塔安全運行又經濟合理的荷載組合。從50多年的運行統計來看，出現桿塔倒塔事故的概率極小。統計資料表明，我國500kV線路的倒塔頻率大致在（2～5）10-3（倒塔次數/100km·年），量度在（2.5～8）10-5（倒塔基數/總基數·年），與國際上先進水平基本相當。

倒塔事故的發生主要有下面幾個方面的原因：

（1）風速超過設計值，主要表現在局部地方出現龍卷風，颶風，這種氣象條件，局部時有發生，風速大，造成的局部破壞大，具有不確定因素。在選線時加以避讓、在桿塔使用上適當留有裕度或提高設計荷載。

（2）復冰厚度超過了設計值，如2005年2月7-17日在華中地區出現了罕見的雨雪冰凍天氣，湖南、湖北兩省的電力線路嚴重復冰，復冰厚度明顯超過了15-20mm的設計標準，造成了桿塔傾倒、導線斷裂。針對這種情況，在工程選線和終勘定位時盡量避開重冰區和微地形、微氣象環境，應積累覆冰厚度、覆冰時的風速、溫、濕度、降水量等第一手數據，指導1000kV特高壓線路的覆冰厚度取值。

（3）鐵塔桿件被盜和（或）被外力沖擊引起鐵塔桿件受力狀態發生改變，導致桿塔倒塔。在設計時采取有效措施和加強運行維護。

（4）在塔材材質、金具質量以及設計質量等方面存在一些實質性的缺陷。通過把好器材質量關及加強設計全過程的質量管理，通過必要的試驗來驗證設計的正確性，可以防止這方面原因的倒塔事故。

2.2荷載工況組合

各類桿塔應計算線路正常運行情況、斷地線、導線縱向不平衡張力情況和安裝情況下的荷載組合，必要時還要驗算地震、稀有負冰、稀有風情況。終端桿塔應考慮變電所側導、地線一側已掛和未架兩種情況，對雙回路桿塔只考慮同期架設。架線順序應為，先地線，后導線，對雙回路應為先上層、后中層、最后為下層。

2.2.1正常運行情況：

各類桿塔的正常運行情況，應計算下列荷載組合：最大風速、無冰、未斷線（包括最小垂直荷載和最大水平荷載的組合）；最大復冰、相應風速及氣溫、未斷線；最低氣溫、無冰、無風、未斷線（適用于終端和轉角桿塔）。

2.2.2斷線情況（縱向不平衡張力）：

（1）直線塔

a.單回路和雙回路，任意一相有不平衡張力，地線未斷、無風、無冰；任意一根地線有不平衡張力，導線無不平衡張力、無風、無冰。b.導線的縱向不平衡張力，對平地、丘陵及山地線路，應分別取不小于一相導線最大使用張力的15%、20%及25%，且均不應小于40KN.地線的不平衡張力取地線最大使用張力的50%。

（2）耐張塔

a.在同一檔內斷任意兩相導線（終端塔考慮作用有一相或兩相張力的不利情況）、地線未斷、無冰、無風；b.斷任意一根地線、導線未斷、無冰、無風。斷線情況時，所有的導線和地線的張力，均應分別取最大使用張力的70%及80%。

2.3安裝情況

各類桿塔的安裝情況，應按風速、無冰、相應氣溫的氣象條件下考慮下列荷載組合：

2.3.1直線型（含懸垂轉角型）桿塔的安裝荷載：

（1）提升地線： G=1.1x（1.2x1.1x1.5xG+0.9x1.4xGa）.

H=1.1x0.9x1.4xP

（2） 提升導線：G=1.1x（1.2x1.1x1.5xG+0.9x1.4xGa）.

H=1.1x（1.1x1.2xG+0.9x1.4xP）

說明：原線路規定提升導線都采用雙倍起吊導線，1000kV特高壓線路鐵塔，導線分列數多，導線重量約為500kV線路的2倍，橫擔長度為500kV的2.1倍，750kV的1.3倍，如仍采用雙倍起吊導線，橫擔的大部分桿件是在安裝情況下控制，很不經濟合理。有必要在施工方案上采取措施，采用轉向滑輪提升導線。

1000kV線路施工荷載比較大，施工機具也會比500kV大，對施工場地的要求就更嚴，放線和緊線就不能正好在耐張塔上進行。為了給施工單位提供方便，降低施工費用，要考慮在直線塔上進行錨線。導線及地線錨線作業時，錨線對地夾角應盡量小，一般按不大于20°考慮，錨線張力動力系數采用1.1 ，此時，掛線點處的垂直荷載，取錨線張力的垂直分量和導、地線重力及附加荷載之和，縱向不平衡張力分別取導線、地線張力與錨線張力縱向分量之差。

2.3.2耐張型桿塔的安裝荷載：

（1）導線及地線荷載：錨塔錨地線時，相鄰檔內的導線及地線均未架設；緊線塔緊地線時，相鄰檔內的地線已架設或未架設，同檔內的導線均未架設。

（2）臨時拉線所產生的荷載：錨塔和緊線塔均允許計及臨時拉線的作用，臨時拉線對地夾角不大于 45 0，其方向與導線、地線方向相一致，臨時拉線一般可按平衡導、地線張力的 30 %考慮。

（3）緊線牽引繩所產生的荷載：緊線牽引繩對地夾角一般按不大于 20 0考慮，計算緊線張力時應計及導、地線的初伸長、施工誤差和過牽引的影響。

2.3.3人重控制桿件荷載：

水平和接近水平且可能上人的鐵塔桿件，應能承受 1000N 人重荷載設計值，此時，不與其它荷載組合。

2.4驗算情況

位于基本地震烈度為九度及以上地區的各類桿塔應進行抗震驗算。驗算條件：風荷載取最大設計值的 30 % ，無冰、未斷線。

3.結論與建議

綜上所述，提高設計荷載，無疑對降低倒塔事故是有利的，但會增加塔重和基礎工程量，對控制工程造價是不利的。通過多年的運行和多種鐵塔試驗及與國外輸電線路荷載組合相比表明，我國在桿塔荷載組合方面還是合理的，不存在不足和過嚴之處。因此，我國1000kV特高壓輸電線路桿塔荷載宜根據前蘇聯和日本的經驗，根據1000kV輸電線路的桿塔受力特點，在現有的規程上加以調整，適當提高標準，以求1000kV輸電線路桿塔既安全又經濟。

參考文獻：

【1】[蘇]г.н.亞歷山大羅夫等，超高壓送電線路設計，水利電力出版社；

【2】唐國安，我國500kV線路倒塔事故率淺析，電力建設，94年11期；

【3】國家電力公司赴南非輸電線路考察團考察報告，2000年8月；

【4】《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）；

【5】《110～500KV架空送電線路設計技術規程》（DL/T 5092-1999）；

【6】《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》（DL/T 5154-2002）。