輸電線路直線桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)措施

胡開

摘 要：輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)是電力架空線路設(shè)施中特殊的支撐結(jié)構(gòu)件，是導(dǎo)線、地線、絕緣子串和基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)紐帶，其結(jié)構(gòu)設(shè)計將直接影響到整個電網(wǎng)線路的正常、穩(wěn)定、安全運行。本文就輸電線路直線桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：輸電線路；直線桿塔；設(shè)計；改進(jìn)

中圖分類號：TM753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0145-01

1 輸電線路桿塔概述

在輸電線路中，桿塔是用于支撐和架空導(dǎo)線和地線的一種裝置。為了電力輸送不會受到惡劣天氣因素以及人力破壞因素的影響，要始終保持輸電線路與地面之間有一定的安全距離，只有這樣，才能保證電力用戶享受到正常供電，生活也質(zhì)量會得到保證。所以，必須保證輸電線路桿塔運行的穩(wěn)定性，這對提升整個供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量起著非常重要的作用。

輸電線路中使用的桿塔結(jié)構(gòu)主要是鋼筋混凝土電桿和鐵塔，它們的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的。究竟采用那種結(jié)構(gòu)形式桿塔主要取決于線路的電壓等級、回路數(shù)、地形地質(zhì)條件和使用條件等，最后還要通過經(jīng)濟技術(shù)的比較擇優(yōu)選用。我國的送電線路電壓等級≥110KV的線路，常使用鐵塔結(jié)構(gòu)，≤66KV的線路，常使用鋼筋混凝土電桿結(jié)構(gòu)；在平坦或稻田地的直線路徑上，使用拉線比較常見；在高電壓等級的單回路線路上，采用導(dǎo)線呈水平排列的結(jié)構(gòu)形式。

桿塔是架空線路的主要組成元件，按受力特點和用途可分為直線桿塔、耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔和終端桿塔等。其中，直線桿塔主要承擔(dān)垂直荷載，而耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔和終端桿塔即承擔(dān)垂直荷載也承擔(dān)水平荷載。一條輸電線路的直線桿塔位于線路直線段上的中間部分，以垂直的方式支持導(dǎo)、地線，主要承受導(dǎo)、地線自重或覆冰等垂直荷載和風(fēng)壓及線路方向的不平衡拉力，其一般占全線電桿數(shù)的80%-85%。

2 輸電線路直線桿塔結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計

2.1 直線桿型的基本結(jié)構(gòu)

以門型雙桿直線桿中的Z-18桿型為例。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(dǎo)線；拉線使用4根GJ-70鋼絞線對地夾角60°布置，桿塔基礎(chǔ)采用底盤、拉盤直埋基礎(chǔ)方式。桿塔上部由導(dǎo)線鐵橫擔(dān)HZC-450-1（總長9m，總重150.5kg），1根橫拉桿及4根斜拉桿（拉桿為φ16鋼筋及調(diào)節(jié)螺栓等）組成[1]。

2.2 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法

輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法采用的是動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法，優(yōu)化方向為重量輕，便于安裝，并追求型式美觀。所謂動態(tài)規(guī)劃法是解決某一問題時，不止運用一種手段，而是同時采取多種方法相互結(jié)合，靈活運用，以達(dá)到優(yōu)化的目的。每種方法對應(yīng)的結(jié)果是不同的，要找到效果最明顯的方法，以達(dá)到輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化理想效果。設(shè)計人員需要根據(jù)桿塔安裝的現(xiàn)場實際情況、力學(xué)原理和相關(guān)的計算法則，縮小桿塔的迎風(fēng)面積，以及合理的選用塔材，減小桿塔的設(shè)計尺寸，減小占地面積，從而增強桿塔的實用性。盡量減少迎風(fēng)的面積和降低塔頭的高度是優(yōu)化輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的重要措施。通過一系列的探索與研究，才能找到最合理的設(shè)計方案，才能設(shè)計出外觀更美、結(jié)構(gòu)更簡單、實用性更強的桿塔。

桿塔優(yōu)化設(shè)計的原則為：增加導(dǎo)線懸掛高度，改進(jìn)導(dǎo)線的懸掛方式，以及提升避雷線懸掛點，其余的雙桿布置形式、桿塔電氣性能、拉線懸掛及布置形式、桿塔基礎(chǔ)及拉線基礎(chǔ)、機械性能及整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性保持不變[2]。

2.3 直線桿塔改進(jìn)設(shè)計

淘汰以往使用的鐵橫擔(dān)及橫拉桿、斜拉桿等組件，用實心復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子代替，并選擇邊相復(fù)合橫擔(dān)與中相懸式復(fù)合絕緣子結(jié)合的方式懸掛導(dǎo)線。兩個邊相布置成“∠”型：棒形懸式復(fù)合絕緣子與復(fù)合橫擔(dān)各一只。復(fù)合橫擔(dān)用于代替原邊相導(dǎo)線鐵橫擔(dān)，將其安裝在電桿某一合適高度，水平安裝，以支撐導(dǎo)線；棒形懸式復(fù)合絕緣子代替原斜拉桿。中相布置成“∨”型，使用材料為2只棒形懸式復(fù)合絕緣子，另外，為了固定“∨”型絕緣子串，還要在桿塔頂端加裝鐵橫梁[3]。還有，以防桿塔扭曲變形，需要在桿塔中部布置鐵橫梁，以提高桿塔的整體穩(wěn)定性。

邊導(dǎo)線保護角核算。邊導(dǎo)線保護角，即避雷線懸掛點和邊導(dǎo)線的連線與避雷線懸掛點鉛錘方向的夾角。是有相關(guān)規(guī)程規(guī)定：桿塔上避雷線對邊導(dǎo)線的保護角一般不大于25°。用復(fù)合橫擔(dān)代替鐵橫擔(dān)后，導(dǎo)線懸掛點相應(yīng)升高，導(dǎo)致保護角變小，所以為了使保護角達(dá)到防雷要求，可以提升避雷線支架和縮短導(dǎo)線橫擔(dān)長度兩種方法，但縮短導(dǎo)線橫擔(dān)長度后又不能達(dá)到電氣絕緣間隙標(biāo)準(zhǔn)，因此，最好的方法還是提升避雷線支架。中導(dǎo)線不做保護角核算，因為桿塔采用的避雷線是兩根對稱排列，中導(dǎo)線位于兩根避雷線中間。核算相關(guān)數(shù)據(jù)：避雷線支架安裝高度2.7m，復(fù)合橫擔(dān)高于原導(dǎo)線鐵橫擔(dān)1.5m，然后保證邊導(dǎo)線保護角在規(guī)定范圍內(nèi)。計算得出導(dǎo)線懸掛高度需要提升約3.2m。

2.4 穩(wěn)定性分析

桿塔基礎(chǔ)是將桿塔固定在地面上，以保證桿塔不發(fā)生傾斜、倒塌、下沉和上拔等的設(shè)施，主要影響桿塔的穩(wěn)定性，可以防止因?qū)Ь€的重量、風(fēng)荷載、破冰、豎向拉力和水平荷載等荷載作用下發(fā)生壓力、拔出、傾覆等現(xiàn)象。改進(jìn)后的桿塔風(fēng)荷載、冰荷載和避雷線張力的可變荷載沒有變化，但塔的恒載與導(dǎo)線避雷線絕緣子重力永久荷載互相抵消，從而降低了負(fù)荷，使重力荷載減小。改進(jìn)后的桿塔設(shè)計只是改善了桿塔的結(jié)構(gòu)和形式，沒有改變塔身和電纜基礎(chǔ)。因此，桿塔依然具有很高的穩(wěn)定性。

3 復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子設(shè)計及參數(shù)選定

復(fù)合橫擔(dān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該結(jié)構(gòu)包括連接底座、芯棒（內(nèi)部）、護套、傘裙和掛頭五個小部件。連接底座由金屬材料經(jīng)制成，起連接復(fù)合橫擔(dān)與桿塔金具的作用，復(fù)合橫擔(dān)受到的各種彎曲負(fù)荷也由連接底座承載；掛頭用于與導(dǎo)線綁扎固定，一般使用鑄鋁件，并設(shè)置有拉環(huán)。

選取產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)：（1）復(fù)合橫擔(dān)：結(jié)構(gòu)高度1580mm，絕緣距離1260mm，芯棒直徑 60mm，重量21.5kg。固定導(dǎo)線端部有拉環(huán)與斜拉絕緣子U型端頭配合使用。（2）復(fù)合絕緣子：結(jié)構(gòu)高度1490mm，絕緣距離1260mm，芯棒直徑18mm，重4.8kg，兩端采用U型金具。（3）避雷線選擇使用2.7m高度的槽鋼鐵帽支架支撐。復(fù)合橫擔(dān)、復(fù)合絕緣子的制造要選擇符合要求的原材料，制作時應(yīng)嚴(yán)格遵照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還要在完成機械、電氣性能和相關(guān)試驗并達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)后才能投入生產(chǎn)使用。

4 結(jié)語

輸電線路桿塔是支承架空輸電線路導(dǎo)線和地線，使它們之間以及與大地之間保持一定距離的桿形或塔形構(gòu)筑物，它的安全穩(wěn)定對于整個電路的穩(wěn)定運行至關(guān)重要，其結(jié)構(gòu)設(shè)計要具有安全可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)保性等。在進(jìn)行輸電線路桿塔設(shè)計時，要因地制宜，根據(jù)具體情況不斷優(yōu)化其結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和穩(wěn)定性，保證電力安全的同時，兼顧經(jīng)濟性與美觀性。

參考文獻(xiàn)

[1]魏伯萬，王海濤.110kV輸電線路直線桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].時代農(nóng)機，2017，（3）：80+82.

[2]鄭春生.110kV輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計[J].電力安全技術(shù)，2016，（5）：41-43.

[3]毛峰.基于有限元方法的不同覆冰狀態(tài)輸電塔線體系力學(xué)特性研究[D].重慶大學(xué)，2011.