安吉地區(qū)輸電線路生態(tài)景觀塔設(shè)計

翁 潔，張 輝，劉正茂，李丹樂，李和豐

（湖州電力設(shè)計院有限公司，浙江 湖州 313000）

安吉是習(xí)近平總書記“兩山理念”的發(fā)源地，對人與自然環(huán)境的和諧發(fā)展有著至高要求。傳統(tǒng)的輸電線路桿塔具有占地面積大、耗鋼量高、與環(huán)境協(xié)調(diào)性差等缺點。生態(tài)景觀塔恰恰可以彌補這類傳統(tǒng)桿塔無法避免的遺憾[1-5]。研究景觀塔對安吉生態(tài)環(huán)境的發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。

1 景觀塔設(shè)計模型

根據(jù)地區(qū)特色，將“安吉”和“兩山”元素融入到景觀塔中，設(shè)計的雙回路桿塔上導(dǎo)線橫擔(dān)及以下部位是倒寫的安吉“吉”字，地線支架是兩座山峰，如圖1所示。

圖1 景觀塔外觀圖

2 電氣距離分析

通過SmartClearance 電氣間隙元軟件，繪圖參數(shù)如圖2 所示。桿身考慮帶電作業(yè)，橫擔(dān)不考慮帶電作業(yè)，繪制間隙圓。以呼高15.00 m 為例，調(diào)整塔頭尺寸以滿足電氣距離要求，如圖3 所示。其尺寸設(shè)計分別為：下橫擔(dān)單側(cè)長度2250 mm，上、中橫擔(dān)單側(cè)長度4500 mm，相鄰兩橫擔(dān)間距4000 mm，地線支架高3000 mm。

圖2 電氣間隙圓參數(shù)

圖3 景觀塔電氣校核圖

3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

景觀塔在滿足電氣距離的前提下，還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。采用ANSYS 結(jié)構(gòu)有限元軟件，研究其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合要求[6]。

3.1 景觀塔有限元模型

根據(jù)調(diào)整后的景觀塔尺寸建立整體有限元模型，如圖4 所示。桿塔桿件統(tǒng)一為梁單元Beam188。設(shè)置Q420 材料參數(shù)：密度為7.85×103kg/m3，彈性模量2.06×10-1N/m2，泊松比0.3，屈服強度420 MPa。荷載約束參數(shù)：風(fēng)荷載取27 m/s，導(dǎo)地線荷載取值50 kN，桿件連接點均采用剛性節(jié)點，桿身底端設(shè)置為固定約束形式。

圖4 景觀塔ANSYS有限元模型圖

3.2 桿身截面對景觀塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

壁厚取值8.0 mm，考慮材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情況下實際壁厚6.0 mm。桿身外徑取值范圍300～800 mm，每100 mm 為一組工況，如表1所示。通過有限元模擬得到桿身位移云圖如圖5 所示。圖6為桿身外徑各工況與最大撓度關(guān)系圖。

圖5 景觀塔桿身位移云圖

圖6 景觀塔桿身外徑各工況與最大撓度關(guān)系圖

表1 桿身壁厚8.0 mm，不同外徑工況分組表

根據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊》有關(guān)規(guī)定[7]，直線桿撓度不大于桿身高度的0.5%，外徑800 mm模擬工況下，桿身最大撓度為58.8711 mm。

滿足設(shè)計要求。結(jié)果表明：桿身壁厚8.0 mm情況下，所設(shè)計景觀塔桿身鋼管外徑應(yīng)不小于800 mm。

3.3 正方形箱型橫擔(dān)截面對景觀塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

下橫擔(dān)結(jié)構(gòu)與桿身頂上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)均采用同一箱型截面，顯然，滿足上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的情況下，下橫擔(dān)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性必定滿足。

箱型橫擔(dān)壁厚取8.0 mm，考慮材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情況下實際壁厚6.0 mm。模型理想化箱型橫擔(dān)取為正方形，外邊長取值范圍300～500 mm，每50 mm 為一組工況，如表2 所示。通過有限元模擬得到上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)位移云圖如圖7所示。圖8 為箱型橫擔(dān)外邊長各工況與最大撓度關(guān)系圖。

圖7 景觀塔桿身頂上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)位移云圖

圖8 景觀塔桿身頂上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)各工況與最大撓度關(guān)系圖

表2 箱型橫擔(dān)壁厚8.0 mm，不同外邊長工況分組表

橫桿高度等效為桿身高度，壁厚8.0 mm箱型橫擔(dān)外邊長500 mm，上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)最大撓度26.6469 mm。

滿足要求。結(jié)果表明：箱型橫擔(dān)壁厚8.0 mm情況下，所設(shè)計景觀塔箱型橫擔(dān)外邊長不應(yīng)小于500 mm。

4 結(jié)束語

根據(jù)SmartClearance 電氣間隙元軟件和ANSYS結(jié)構(gòu)有限元軟件，對新型設(shè)計的雙回路景觀塔進(jìn)行電氣距離和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究，得出以下結(jié)論。

單側(cè)下橫擔(dān)長度不應(yīng)小于2250 mm，單側(cè)上、中橫擔(dān)長度不應(yīng)小于4500 mm，相鄰兩橫擔(dān)間距不應(yīng)小于4000 mm，地線支架高宜為3000 mm。

考慮存在材料自身制造誤差2.5%，景觀塔桿身部分；壁厚為8.0 mm的桿身外徑不應(yīng)小于800 mm，橫擔(dān)部分；壁厚為8.0 mm的正方形箱型橫擔(dān)外邊長不應(yīng)小于500 mm。

設(shè)計研究的景觀塔對安吉地區(qū)建設(shè)架空輸電線路工程具有參考借鑒意義。