110kV輸電線路桿塔結構的改進設計

鄭春生

（勝利油田電力管理總公司，山東　東營　257000）

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110kV輸電線路桿塔結構的改進設計

鄭春生

（勝利油田電力管理總公司，山東東營257000）

〔摘 要〕針對110kV輸電線路導線對地安全距離不足，易造成線路事故并嚴重威脅人身安全的問題，提出了采用“2只復合橫擔+4只復合絕緣子”的組合型式對線路桿塔結構進行改進設計；通過現場實際應用，取得良好的效果，最后對桿塔新結構提出了進一步的改進措施。

〔關鍵詞〕輸電線路；安全距離；復合橫擔；復合絕緣子

0　引言

某110kV輸電線路直線桿塔多采用鋼筋砼電桿雙桿組裝，且在空曠鹽堿野地建設，線路防護區開闊。隨著城鄉社會的經濟發展，由于城市建設、農村擴張、地形地貌變化、各類路網建設標準提升和農林種植綠化等諸多原因，多處線路導線對地、對構筑物、對林木等距離嚴重不足，已不能滿足規程規定的安全距離要求。特別是直線桿Z-18（呼稱高度13 m）和直線跨越桿Z1-21（呼稱高度16.9 m）2種桿型，因對地距離不足曾引發多起線路跳閘、人身事故。

針對這些安全隱患，以往采取的措施為：

（1）重新規劃，改變路徑；

（2）在2桿塔之間增加1基新桿塔；

（3）更換或升高跨越物兩端桿塔。

但實施這些措施不僅停電難度大、建設周期長，而且路徑規劃受工農關系限制，成本昂貴。經過調查研究，結合國內外復合絕緣子產品的技術發展和實際運用，2004年開始采用“復合橫擔+復合絕緣子”方式，對線路桿塔結構進行改進設計，通過改變導線懸掛方式，提升桿塔呼稱高度，滿足導線對地安全距離要求。

1　桿型結構改進設計思路和分析

1.1直線桿型的基本結構

以Z-18桿型為例，其結構如圖1所示。桿型采用φ230上下2段拔稍雙桿，呈水平排列布置，無橫梁（叉梁）型式，桿型高度為18m，適用于LGJ-150型導線。拉線使用4根GJ-70鋼絞線對地夾角60°布置，桿塔基礎采用底盤、拉盤直埋基礎方式。

桿塔上部由導線鐵橫擔HZC-450-1（總長9m，總重150.5 kg），1根橫拉桿及4根斜拉桿（拉桿為φ16鋼筋及調節螺栓等）組成。

圖1　直線桿Z-18原結構

1.2桿塔改進思路及設計

（1）在不進行導線馳度調升的情況下，滿足導線馳度對地安全距離要求最簡便的辦法是增大導線呼稱高度，以提升導線懸掛高度，因而需要對桿塔上部導線鐵橫擔及橫拉桿、斜拉桿組件進行改進設計。由于導線鐵橫擔及橫拉桿均有穿釘與電桿成整體結構，因此通過提高導線鐵橫擔及橫拉桿安裝高度，增大導線呼稱高度以提升導線懸掛高度的辦法不可行。

（2）桿塔改進的原則是：雙桿布置型式、桿塔基礎及拉線基礎、拉線懸掛及布置型式、桿塔電氣性能、機械性能及整體結構穩定性保持不變。只能通過提高導線懸掛高度和改變導線懸掛方式，同時提升避雷線懸掛點進行改進。

（3）選用實心復合橫擔、復合絕緣子替代懸掛導線的鐵橫擔及橫拉桿、斜拉桿等組件，采用“邊相復合橫擔+中相懸式復合絕緣子”方式懸掛導線。2個邊相各選用1只復合橫擔+1只棒形懸式復合絕緣子呈“∠”型布置。復合橫擔水平安裝，固定在電桿適當高度，起到原邊相導線鐵橫擔作用，用于支撐導線；棒形懸式復合絕緣子起斜拉桿作用。中相選用2只棒形懸式復合絕緣子呈“∨”型布置，并在桿塔頂端加裝鐵橫梁，用于固定“∨”型絕緣子串。為保證桿塔整體穩定性，在桿塔中部加裝鐵橫梁，以防桿塔扭曲變形。改進設計后桿塔整體結構呈“H”型，如圖2所示。

圖2　直線桿Z-18改進后的結構

（4）邊導線保護角核算。提高架空避雷線懸掛高度，將雙避雷線懸掛點上移，規程規定：桿塔上避雷線對邊導線的保護角一般為20°。使用復合橫擔后，導線懸掛點升高，保護角變小，為使其保護角滿足防雷要求，應提升避雷線支架或縮短導線橫擔長度，但顯然縮短導線橫擔長度不能滿足電氣絕緣間隙要求。

由于桿塔采用對稱雙避雷線，中導線位于2避雷線中央，故中導線不做保護角核算，只需考慮邊導線。按照避雷線支架安裝高度2.7m，復合橫擔（導線懸掛點，導線呼稱高度）安裝在原導線鐵橫擔橫拉桿位置以上1.5 m處核算，邊相導線保護角在避雷線保護范圍內。導線懸掛高度約提升3.2m。

1.3穩定性分析

桿塔基礎作為輸電線路結構的重要組成部分，主要對線路桿塔起到穩定作用，防止桿塔在導線自重、風載、覆冰、斷線張力等垂直荷載、水平荷載或其他外力作用下而發生拔出、下壓、傾覆等事故。

改進設計后的桿塔承受的風荷載、覆冰荷載及導線避雷線張力等可變荷載沒有變化；但承受的桿塔自重荷載、導線避雷線絕緣子金具的重力等永久荷載，由于導線鐵橫擔及拉桿等的取消而變小，即減小了垂直于地面方向的荷載，因此作用于桿塔上的所有重力荷載（垂直荷載G）變小。

桿塔改進設計后其整體結構和型式沒有改變，桿塔、拉線基礎也沒有變動，因而桿塔穩定性相應也沒改變。

2　復合橫擔、復合絕緣子設計及參數選定

復合橫擔、復合絕緣子由連接底座、護套、芯棒、傘裙和掛頭5部分組成，如圖3所示。連接底座是金屬材料經加工焊接而成的，它是復合橫擔與桿塔金具的連接部件，承受著復合橫擔在運行過程中各種力作用下的彎曲負荷；護套、芯棒、傘裙的功能、材料及工藝制作與棒形懸式復合絕緣子基本相同；掛頭采用鑄鋁件并具有拉環，直接與導線綁扎固定。

圖3　復合橫擔結構

根據桿塔結構與導線懸掛縱向點上移安裝，維持原桿型結構尺寸不變的原則，選取產品的技術參數如下。

（1）復合橫擔：結構高度1 580mm，絕緣距離1 260mm，重21.5 kg，芯棒直徑60mm。固定導線端部有拉環與斜拉絕緣子U型端頭配合使用。

（2）復合絕緣子：結構高度1 490mm，絕緣距離1 260mm，芯棒直徑18mm，重量4.8 kg，兩端采用U型金具。

（3）避雷線選擇使用2.7 m高度的槽鋼鐵帽支架支撐。

復合橫擔、復合絕緣子的材料選用與制作，需按照相關文獻的技術要求進行，并應完成機械、電氣性能和相關型式試驗。

3　試驗及掛網運行情況

2004年5月，在該110kV孤五線15號、34號、40號、41號4基桿塔試點施工試驗，使用保定電力修造廠生產的FHD-110/10（帶拉環）復合橫擔，改“導線鐵橫擔+3只復合（瓷）絕緣子”為“2只復合橫擔+4只復合絕緣子”組合型式，一般能使導線懸掛點提高3.0-4.5m。很好地解決了導線馳度與構筑物的安全距離不足的問題，降低了桿塔上部荷載。經過10年試驗運行，效果良好。目前，在該110kV輸電線路上已有65基桿塔130支復合橫擔在網運行。

4　桿塔新結構的優點與改進建議

4.1新結構優點

（1）豐富了桿型型式。桿塔使用復合橫擔簡化結構設計，對于110kV雙桿取消了導線鐵橫擔，降低了桿塔上部荷載，優化了桿塔結構，豐富了線路桿型型式。同時，110kV雙桿線路導線使用復合橫擔與復合絕緣子懸掛，具有很高的實用價值。

（2）降低了線路改造成本。使用復合橫擔、復合絕緣子與原來采用增加桿塔等方式處理交叉跨越問題相比，能有效地利用狹窄的走廊，降低桿塔高度，施工簡便易行，可節約大量的人力、物力和財力。

4.2優化定型結構

（1）大截面導線綁扎會在運行中存在隱患，因而橫擔掛頭須采用上下2個拉環，并改變導線綁扎形式，用線夾固定導線并懸掛于掛頭下拉環。

（2）桿塔中部加裝的固定鐵橫梁應采用槽鋼或工字鋼。

5　結束語

（1）復合橫擔、復合絕緣子抗彎曲性能好、防污能力強、抗沖擊能力強、防震和防脆斷性能好、安裝方便，可免維護、不需人工清掃，運行安全可靠性高。

（2）使用“2只復合橫擔+4只復合絕緣子”組合型式，簡化原有桿塔結構，提升導線懸掛高度，調整交叉跨越距離是可行的。這對調整線路對地安全距離具有很好的借鑒作用，同時，施工簡便、成本費用低廉。

（3）復合橫擔的運行維護經驗尚需積累，運行年限有待實驗研究，以確定合理的運行時間。

參考文獻：

1 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T50064—2014交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

2 張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊（第二版）［M］.北京：中國電力出版社，2003.

3 中華人民共和國國家質量監督檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T19519—2014架空線路絕緣子 標稱電壓高于1 000V交流系統用懸垂和耐張復合絕緣子定義、試驗方法及接收準則［S］.北京：中國質檢出版社，2014.

收稿日期：2015-11-13。

作者簡介：

鄭春生（1966-），男，高級工程師，主要從事電力生產技術管理及電網運行工作，email：zhengchunsheng.slyt@sinopec.com。