重冰區220kV線路桿塔選型與設計優化

王強　田云

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象嚴重，對于鐵塔以及輸電線路導線產生不良影響，引發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的220kV線路桿塔選型以及設計優化進行探討，期望為重冰區的線路桿塔選型與設計提供參考。

關鍵詞：重冰區；220kV線路；桿塔選型；桿塔設計；輸電線路 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM753 文章編號：1009-2374（2015）09-0040-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0775

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，重冰區的輸電鐵塔和導線覆冰現象嚴重，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，而且重冰區對桿塔的影響更加明顯，對于重冰區的桿塔進行合理選型與優化設計，能夠確保重冰區線路桿塔的穩定運行。本文對重慶地區220kV線路桿塔選型與設計進行分析，結合現行的設計規程與重冰區桿塔存在的問題，探討桿塔的優化設計。

2 重冰區桿塔規劃設計與選型

2.1 重冰區桿塔規劃設計

對于重冰區的桿塔設計而言，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220kV重慶地區的線路工程，在桿塔的規劃與設計中，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。對于不同冰區的桿塔進行合理設計，其中20mm冰區直線塔采用ZBC21、ZBC22，30mm冰區直線塔采用ZBC31、ZBC32，保證2型轉角塔同時兼做冰區分界塔。

2.2 重冰區桿塔選型

常見的桿塔選型包括直線塔選型與耐張塔選型，根據《110～750kV架空輸電線路設計規范》一般規定，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。重冰區的桿塔選型包括：（1）直線塔選型，根據以往經驗，重冰區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，以重慶地區的20mm冰區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格相對較小，更利于山地運輸。在重慶地區的220kV線路桿塔一般位于山區，根據DL/T 5440-2009規程，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的閃絡跳閘等情況的出現；（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220kV線路桿塔設計優化

《110～750kV架空輸電線路設計規范（GB 50545-2010）》對輸電桿塔做出了如下規定：桿塔結構應該采用極限狀態設計方法進行計算，同時采用指標度量進行結構構件可靠度計算，對于重冰區220kV線路桿荷載、材料性能以及幾何參數進行分項系數的研究。為了確保重冰區220kV線路桿塔安全穩定運行，需要對線路桿塔進行優化設計。

3.1 塔位與路徑優化

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，節省線路通道資源，需要對線路路徑進行優化設計。

3.2 塔身節間與隔面布置

鐵塔的主材節間的布置以及塔身斜材的布置是相互關聯、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的原則進行布置計算，根據設計經驗，可以對以下兩方面進行調整，從而確保設計均勻，減小桿件規格：（1）控制主材構件長度，因為重慶地區的220kV線路桿塔設計位于山區，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個主材節間分段設置隔面，確保塔身具有較強的剛度，應付重冰區的塔身強度要求。

3.3 塔頭結構優化

為了確保重冰區的線路桿塔穩定運行，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，為了保證重冰區桿塔的安全性，需要考慮到環境以及結構的影響，保證主材傳遞塔頭的受力，保證受力清晰可靠，塔頭穩定。

3.4 節點構造優化

在220kV線路桿塔設計過程中，節點構造是桿塔設計的重要環節，為了保證桿塔在重冰區能夠加高強度，需要避免節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定，可以從以下方面進行節點優化：（1）對直線塔上下曲臂的節點進行卷邊處理，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，增強節點的強度與剛度。

4 結語

重冰區的桿塔受到天氣影響嚴重，冬季寒冷季節覆蓋冰荷載較大，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的220kV線路的桿塔規劃、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的規范要求。隨著社會經濟的發展，電力線路的設計施工要求越來越高，因此重冰區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，全面保障重冰區輸電線路的安全

運行。

參考文獻

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[3] 李宏男，白海峰.高壓輸電塔-線體系抗災研究的現狀與發展趨勢[J].土木工程學報，2007，40（2）.

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。

（責任編輯：秦遜玉）