基于《架空輸電線路荷載規范》（DL/T 5551—2018）的輸電鐵塔水平檔距折算方法分析

陳山山

摘 要：通過分析輸電線路鐵塔導地線風荷載的受力特點，基于《架空輸電線路荷載規范》（DL/T 5551—2018）分別提出了直線塔及耐張塔水平檔距的折算方法和原則，認為在特定條件下可通過水平檔距折算增大鐵塔設計檔距，對節約工程投資具有重要意義。

關鍵詞：輸電鐵塔;導地線;風荷載;水平檔距折算

0 引言

在輸電線路鐵塔規劃設計過程中，一般情況下不論懸垂直線塔還是耐張塔，一個塔型僅規劃一個水平檔距，即以最高呼高塔型的水平檔距來控制整個塔型的風荷載，這對于最高呼高塔的受力來說是合理的。但對于低呼高塔，因其線條高度低，風壓高度變化系數小，其實際線條風荷載較高呼高塔小，鐵塔計算時仍以高呼高塔線條荷載作為計算條件，顯然是浪費且不合理的。同時，對于山區線路，設計人員會經常面對耐張塔規劃檔距遠小于實際設計條件的情況，在不重新設計鐵塔的前提下，如何根據已有鐵塔的受力特點，通過水平檔距折算增大耐張塔的設計檔距，提高鐵塔利用率，即本文需要解決的問題。

1 直線塔水平檔距折算分析

1.1? ? 直線塔水平檔距折算原則

目前文獻[1]和文獻[2]已開展過直線塔水平檔距折算的相關研究，但上述研究成果的風荷載計算均是基于《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545—2010）。而新實施的《架空輸電線路荷載規范》（DL/T 5551—2018）中，線條風荷載計算原理較老規范差異較大，文獻[3]研究認為采用新規范后220 kV及以下電壓等級線條風荷載將有大幅增加，因此有必要以新規范為基礎對直線塔水平檔距折算方法進行重新論證。

在垂直檔距已定的前提下，水平檔距主要影響直線塔的水平荷載。常規做法是同一個塔型所有呼高均采用一種水平檔距，實際排桿定位時一旦超過規劃檔距，需更換水平檔距更大的塔型，但在超過規劃檔距不多的情況下，冒然更換設計條件更大的塔型，必定導致鐵塔利用率降低，間接增加工程投資。因此根據線條風荷載的計算原理，直線塔規劃時應按“塔高每降低一定高度，桿塔水平檔距相應增大一定百分比”的設計方法進行線條荷載計算[2]，直線塔在一定呼稱高范圍內，最小水平檔距值對應最高的呼稱高，水平檔距隨著呼稱高的降低而變大，最終保證同一直線塔型的不同呼稱高的鐵塔總體受力接近，以達到提高直線塔利用率的目的，保證鐵塔設計的安全性和經濟性。

1.2? ? 直線塔水平檔距折算應用分析

根據《架空輸電線路荷載規范》（DL/T 5551—2018）6.1.1條規定，導地線風荷載標準值應按下列公式計算：

WX=βc·αL·W0·μz·μsc·d·Lp·B1·sin2 θ[4]? （1）

βc=γc（1+2g·IZ）（2）

W0=V0 2/1 600（6）

式中：WX為垂直于導線及地線方向的風荷載標準值;βc為導地線陣風系數;αL為檔距折減系數;W0為基準風壓;μz為風壓高度變化系數;μsc為導線或地線的體型系數;d為導線或地線的外徑;LP為桿塔規劃水平檔距;B1為導地線覆冰風荷載增大系數;θ為風向角;γc為導地線風荷載折減系數;g為峰值因子;IZ為導線平均高Z處的湍流強度;I10為10 m高度名義湍流強度;z為導線、地線平均高度;α為地面粗糙度指數;εc為導地線風荷載脈動折減系數;δL為檔距相關性積分因子;LX為水平向相關函數的積分長度;V0為基本風速。

由于水平檔距僅影響線條風荷載，與塔身風荷載是相互獨立的，因此文中不考慮塔身風荷載對水平檔距折算的影響。從式（1）可以看出，導地線風荷載計算時僅βc、αL、μz三個參數與導線計算高度有關，其余參數與導線計算高度無直接關系，可得出直線塔水平檔距折算的基本公式：

βc2·αL2·μz 2Lp2=βc1·αL1·μz1Lp1（7）

則：

由于等式（8）中βc、μz、αL均由線條平均高度控制，因折算結果會導致鐵塔使用檔距的變化，進而影響導地線大風工況的弧垂，最終導致鐵塔每個呼高的平均高度均不同，所以鐵塔設計時為簡化計算，提高設計效率及保證安全，比計算呼高小的塔型直接按計算呼高的平均高度進行計算，而比計算呼高大的塔型可不考慮弧垂對其平均高度的影響。以2D1Z5-ZM2塔型為例，該塔型計算呼高為36 m，設計水平檔距為550 m，根據上述計算原則，不同呼高計算水平檔距如表1所示。

從表1可以看出，呼高每降低或增加3 m，鐵塔實際使用水平檔距可增加或減少2.0%～3.5%，特別是對于呼高較多的塔型，該折算方法能大大增加鐵塔的設計檔距，對節約工程投資有較大意義。

2 耐張塔水平檔距折算分析

2.1? ? 耐張塔水平檔距折算原則

對于輸電線路耐張塔，由線條引起橫向荷載主要由線條風荷載和線條張力在水平方向上的分量（角度荷載）兩部分組成。由于耐張塔線條風荷載占鐵塔總的水平荷載比例較小，通常鐵塔設計時耐張塔規劃水平檔距較直線塔小得多。在山區輸電線路設計時，線路經常會跨越山谷，這就導致很多耐張塔規劃檔距不能滿足現場使用條件，若重新規劃鐵塔，不僅計算工作量大，且影響工期。因此，為提高設計效率，鐵塔實際使用時可在保證不超整體橫向荷載的前提下，根據角度荷載與線條風荷載的力學計算關系，利用轉角度數余量來折算水平檔距，以增大耐張塔的設計檔距。

根據圖1所示，耐張塔角度荷載可按下式計算：

Tx=2Tsin α（9）

式中：T為線條在大風工況下使用張力;α為線路轉角的一半。

根據折算原則，即減小的角度力等于增大的線條水平風荷載，將式（1）和式（9）組成等式如下：

βc·αL·W0·μz·μsc·d（Lp1-Lp2）B1·sin2 θ=2T（sin α1-sin α2）（10）