110kV輸電線路直線桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局 王月陽(yáng) 楊 帆 陳 舸 陳 成 楊 誠(chéng)

110kV輸電線路的現(xiàn)有覆蓋規(guī)模正在趨向于快速實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大，直線桿塔的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)為復(fù)雜性。在輸電線路的體系結(jié)構(gòu)中，線路桿塔應(yīng)當(dāng)連接于絕緣子以及地線導(dǎo)線，進(jìn)而體現(xiàn)了直線桿塔在電網(wǎng)電流平穩(wěn)傳輸中的重要影響作用。近年來(lái)，輸電線路的設(shè)計(jì)技術(shù)人員重點(diǎn)針對(duì)輸電線路桿塔展開(kāi)深入的探索研究，旨在確保輸電線路網(wǎng)絡(luò)中的桿塔達(dá)到基本的安全堅(jiān)固要求，合理節(jié)約直線桿塔的設(shè)計(jì)資源成本。

1 110kV輸電線路直線桿塔的結(jié)構(gòu)組成

對(duì)于110kV的輸電線路基本組成結(jié)構(gòu)而言，直線桿塔的布置排列方式目前可以選擇水平結(jié)構(gòu)，布置雙桿形式的輸電線路桿塔體系。桿塔導(dǎo)線部分主要選擇設(shè)計(jì)為L(zhǎng)GJ-130型號(hào)，確保限定在50°左右的地面與鋼絞線夾角。在直接埋設(shè)桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)當(dāng)保證拉盤(pán)與底盤(pán)達(dá)到最基本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。在桿塔的上部空間區(qū)域，應(yīng)當(dāng)視情況布置120kg重量以及10m左右長(zhǎng)度的鐵橫擔(dān)。通常來(lái)講，鐵橫擔(dān)應(yīng)當(dāng)包含斜拉桿（至少為4根）以及橫拉桿（1根），運(yùn)用指定型號(hào)規(guī)格的鋼筋來(lái)構(gòu)成拉桿，同時(shí)還需要布置可調(diào)節(jié)的螺栓[1]。

線路桿塔的基本組成結(jié)構(gòu)具有紐帶作用，其主要連接于線路系統(tǒng)中的絕緣子串以及地線導(dǎo)線等部分。輸電線路所在的運(yùn)行空間環(huán)境較為復(fù)雜，因此決定了線路桿塔容易受到多種外界沖擊與干擾。直線桿塔的導(dǎo)線馳度必須保證達(dá)到懸掛導(dǎo)線的基本高度標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地安全距離也要得到合理的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化直線桿塔體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，那么關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)技術(shù)思路應(yīng)當(dāng)落實(shí)于橫拉桿以及鐵橫擔(dān)的現(xiàn)有位置適當(dāng)提升，布置雙桿形式的直線桿塔結(jié)構(gòu)。

2 110kV輸電線路直線桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 桿塔橫擔(dān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

桿塔橫擔(dān)屬于非常關(guān)鍵的線路組成部分，輸電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行使用必須依賴于桿塔橫擔(dān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為支撐。目前，現(xiàn)有的桿塔橫擔(dān)主要包含復(fù)合實(shí)心橫擔(dān)以及傳統(tǒng)鐵橫擔(dān)，線路工程的設(shè)計(jì)人員可以視情況來(lái)進(jìn)行必要的選擇。具體對(duì)于導(dǎo)線在進(jìn)行懸掛操作處理時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證復(fù)合絕緣子與復(fù)合橫擔(dān)達(dá)到30°的夾角，水平安裝復(fù)合橫擔(dān)結(jié)構(gòu)[2]。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在電桿的適當(dāng)高度位置安裝水平的橫擔(dān)，確保達(dá)到導(dǎo)線固定的效果。鐵橫梁應(yīng)當(dāng)被安裝在頂端的桿塔結(jié)構(gòu)部位，以便于絕緣子串（V字形）能得到全面的固定。

此外，鐵橫梁應(yīng)當(dāng)布置在線路桿塔的中間部位，避免存在桿塔變形與扭曲的安全風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)人員通過(guò)進(jìn)行精確的計(jì)算，應(yīng)當(dāng)能準(zhǔn)確判斷出避雷線的架空懸掛高度以及角度因素。按照目前現(xiàn)有的技術(shù)規(guī)范要求，對(duì)于輸電線路網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)確?？刂圃?0°左右的導(dǎo)線與避雷線保護(hù)角。在提升導(dǎo)線原有的懸掛點(diǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)密切重視保護(hù)角的設(shè)計(jì)數(shù)值變化。在必要的時(shí)候，對(duì)于導(dǎo)線原有的橫擔(dān)長(zhǎng)度需要進(jìn)行適度的縮短或者延伸，同時(shí)還需要保證電氣絕緣間隙能滿足規(guī)范要求。

2.2 復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通常情況下，復(fù)合橫擔(dān)主要位于鐵橫梁的兩側(cè)結(jié)構(gòu)部位，并且在橫梁斜上方的兩端部位設(shè)置懸式的棒形復(fù)合絕緣子[3]。復(fù)合絕緣子對(duì)于輸電線路整體的運(yùn)行穩(wěn)定安全性能夠給予保障，確保了輸電線路滿足絕緣性能的要求。具體而言，線路系統(tǒng)中的復(fù)合絕緣子以及復(fù)合橫擔(dān)至少需要包含護(hù)套、底座、傘裙、芯棒等組成部件，確保焊接處理后的金屬材質(zhì)底座能達(dá)到良好的安全使用性能標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于導(dǎo)線需要進(jìn)行綁扎操作處理，確保復(fù)合絕緣子達(dá)到1200mm以上的絕緣距離，以及1500mm左右的結(jié)構(gòu)高度。線路工程的設(shè)計(jì)人員必須重點(diǎn)針對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行合理的布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保控制在5kg左右的絕緣子自重，運(yùn)用金具（通常為U字形）來(lái)連接兩端的復(fù)合絕緣子部位。此外，避雷線的支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)包含鋼槽的鐵帽（長(zhǎng)度約為3m）。技術(shù)人員通過(guò)實(shí)施電氣性能測(cè)試等專業(yè)技術(shù)手段，確保經(jīng)過(guò)合理優(yōu)化后的復(fù)合絕緣子達(dá)到良好的安全性能需要。

圖1 桿塔橫擔(dān)與復(fù)合絕緣子

圖2 直線桿塔的橫拉桿與斜拉桿結(jié)構(gòu)

2.3 橫拉桿與斜拉桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橫拉桿以及斜拉桿應(yīng)當(dāng)布置在導(dǎo)線鐵橫擔(dān)的連接部位，從而形成了堅(jiān)固穩(wěn)定的桿塔結(jié)構(gòu)體系。目前現(xiàn)有的直線桿塔組成結(jié)構(gòu)包含橫向與傾斜的拉桿，確保按照現(xiàn)有的技術(shù)指標(biāo)規(guī)范，來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)線的鐵橫擔(dān)結(jié)構(gòu)。復(fù)合橫擔(dān)至少限定在20kg的自重以及1300mm左右的絕緣距離，確保達(dá)到1600mm的橫擔(dān)結(jié)構(gòu)高度。橫拉桿與斜拉桿都要達(dá)到安全堅(jiān)固的基本質(zhì)量要求，避免在覆冰荷載，以及風(fēng)荷載的沖擊影響下導(dǎo)致桿塔基礎(chǔ)的斷裂失穩(wěn)。

在目前的輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要全面考慮桿塔本身的機(jī)械性能、電氣性能與安全穩(wěn)定性能，結(jié)合輸電線路的特定運(yùn)行環(huán)境，來(lái)實(shí)現(xiàn)必要的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)。如雙避雷線的對(duì)稱桿塔結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)布置中間部位的導(dǎo)線，但同時(shí)還需考慮到邊線的所在位置。安裝避雷線的支架體系應(yīng)當(dāng)確保達(dá)到3m左右的高度要求，確保提升適當(dāng)?shù)膽覓鞂?dǎo)線距離。避雷線能夠覆蓋于導(dǎo)線保護(hù)角的整個(gè)空間區(qū)域，至少限定在1.5m的橫拉桿架設(shè)高度，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)化改進(jìn)設(shè)計(jì)保證復(fù)合橫擔(dān)的體系結(jié)構(gòu)安全[4]。

3 110kV輸電線路直線桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善對(duì)策

3.1 確保桿塔結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性

桿塔結(jié)構(gòu)只有保持了較好的穩(wěn)定性，那么輸電線路才不會(huì)受到外界因素以及線路荷載因素的不利影響。在多數(shù)的情況下，輸電線路比較容易受到絕緣子、避雷線、導(dǎo)線以及覆冰荷載等因素干擾，進(jìn)而形成了輸電線路中的桿塔失穩(wěn)后果。由此可見(jiàn)，確保輸電線路現(xiàn)有的桿塔堅(jiān)固程度達(dá)標(biāo)具有顯著的實(shí)踐意義。自然氣候?yàn)?zāi)害重點(diǎn)表現(xiàn)為突發(fā)雪災(zāi)以及霜凍災(zāi)害，積雪厚度如果超出了輸電線路的荷載承受限度，則會(huì)引發(fā)線路桿塔以及線路絕緣子的損壞后果。

存在過(guò)高運(yùn)行負(fù)荷的線路結(jié)構(gòu)體系比較容易發(fā)生桿塔倒塌等災(zāi)害，線路本體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生彎曲或者傾斜的后果[5]。在持續(xù)低溫的狀態(tài)下，出現(xiàn)線路冰害的可能性就會(huì)明顯增大。冰閃跳閘的災(zāi)害事故后果通常形成于干燥氣候條件，導(dǎo)電粒子以及懸浮顆粒物普遍存在于空氣中，造成絕緣子發(fā)生閃絡(luò)事故。污染性的懸浮顆粒物堆積在絕緣子的結(jié)構(gòu)部位，對(duì)于線路系統(tǒng)的覆冰程度予以加重。冰橋主要形成于傘裙的絕緣子結(jié)構(gòu)部位，從而產(chǎn)生了較高電導(dǎo)率的水膜。線路冰閃事故還可能發(fā)生于晝夜溫差較大的自然氣候區(qū)域，在氣候溫度逐漸升高的過(guò)程中，絕緣子的閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)明顯增加，導(dǎo)致輸電線路突然產(chǎn)生短路運(yùn)行的后果。線路管理養(yǎng)護(hù)的具體負(fù)責(zé)人員務(wù)必做好實(shí)時(shí)性的線路冰害監(jiān)測(cè)，及時(shí)清理存在積雪與積冰的輸電線路部位。

例如，在某次的桿塔系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，輸電線路的工程設(shè)計(jì)人員將原有的桿塔組成方式，調(diào)整為復(fù)合絕緣子與導(dǎo)線鐵橫擔(dān)相結(jié)合的形式，確保絕緣子的數(shù)目達(dá)到4個(gè)，復(fù)合鐵橫擔(dān)達(dá)到兩個(gè)。技術(shù)人員通過(guò)提升4m的懸掛導(dǎo)線高度點(diǎn)位，對(duì)于過(guò)小的安全間隔距離以及導(dǎo)線松弛的技術(shù)難題進(jìn)行了有效的化解。桿塔組成結(jié)構(gòu)的良好穩(wěn)定性，以及安全性將會(huì)直接關(guān)系到桿塔的基本使用效能發(fā)揮，因此上述因素亟待得到工程設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。表1為直線桿塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響因素。

表1 直線桿塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響因素占比統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2 對(duì)于直線桿塔的定型結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化

直線桿塔的定型結(jié)構(gòu)目前需要得到合理的優(yōu)化，旨在確保經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后的直線桿塔能延長(zhǎng)原有的線路使用期限，同時(shí)還可避免產(chǎn)生重大性的電網(wǎng)傳輸安全故障。簡(jiǎn)化復(fù)合橫擔(dān)的線路組成結(jié)構(gòu)，可以促進(jìn)直線桿塔的整體使用效能達(dá)到最優(yōu)，防止頻繁產(chǎn)生桿塔運(yùn)行中的大范圍故障。從當(dāng)前的輸電線路設(shè)計(jì)現(xiàn)狀來(lái)看，某些工程設(shè)計(jì)人員往往比較容易忽視開(kāi)展桿塔安全性能的測(cè)試，進(jìn)而埋下了重大性的桿塔安全事故風(fēng)險(xiǎn)。由此可見(jiàn)，線路工程的設(shè)計(jì)方案必須包含安全性能測(cè)試的重要環(huán)節(jié)，開(kāi)展專業(yè)化的電氣絕緣測(cè)試以及機(jī)械強(qiáng)度測(cè)驗(yàn)。

輸電線路的現(xiàn)有桿塔形式表現(xiàn)為多樣化的基本特征，懸掛后的絕緣子與橫擔(dān)共同發(fā)揮了桿塔安全運(yùn)行保護(hù)的重要實(shí)踐功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)于目前現(xiàn)有的懸掛導(dǎo)線高度實(shí)施必要的調(diào)整，并且合理改變了交叉跨越距離的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)保證滿足最基本的對(duì)地安全間隔距離，以防附近區(qū)域的人員發(fā)生觸電安全事故，切實(shí)促進(jìn)桿塔結(jié)構(gòu)體系的安全使用效能優(yōu)化。電網(wǎng)體系不能缺少輸電線路的桿塔體系支撐，桿塔體系需要得到定期的安全保養(yǎng)維護(hù)，嚴(yán)格防止表現(xiàn)為桿塔斷裂或者基礎(chǔ)部位失穩(wěn)等后果。

輸電線路的現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)通常存在較多的施工安全隱患，輸電線路的施工操作人員必須從事高空施工作業(yè)。輸電線路的施工監(jiān)理單位針對(duì)線路質(zhì)量安全應(yīng)當(dāng)給予客觀的判斷，全面查找輸電線路目前存在的工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。線路絕緣子的形狀選擇對(duì)于線路積冰現(xiàn)象將會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，因此決定了輸電線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)人員務(wù)必確保線路絕緣子的體系結(jié)構(gòu)合理。為了保證達(dá)到均勻的覆冰程度效果，那么線路設(shè)計(jì)人員應(yīng)選擇V形線路絕緣子，確保對(duì)于覆冰導(dǎo)致的輸電運(yùn)行壓力予以合理的降低。對(duì)于覆冰災(zāi)害影響程度較低的輸電網(wǎng)絡(luò)區(qū)域而言，應(yīng)當(dāng)視情況選擇插花串形狀的絕緣子，并且嚴(yán)格控制絕緣子的間隔距離。輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)施人員針對(duì)輸電線路的設(shè)計(jì)文件需要進(jìn)行妥善的監(jiān)管。

3.3 創(chuàng)新現(xiàn)有的桿塔型式

近年來(lái)，電網(wǎng)設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)針對(duì)電網(wǎng)桿塔的布局組成方式進(jìn)行創(chuàng)新，其中關(guān)鍵體現(xiàn)在桿塔型式的優(yōu)化改造。直線桿塔型式目前具有豐富多樣的特征，那么決定了直線桿塔的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)運(yùn)用綜合考慮對(duì)比的方法，來(lái)選擇最優(yōu)的桿塔設(shè)計(jì)模式。創(chuàng)新目前現(xiàn)有的桿塔設(shè)計(jì)形式，應(yīng)當(dāng)能夠全面考慮到桿塔設(shè)計(jì)規(guī)劃的工程技術(shù)成本、桿塔施工流程的快捷性、桿塔運(yùn)行使用的期限長(zhǎng)度等。定型結(jié)構(gòu)因素屬于關(guān)鍵的桿塔設(shè)計(jì)組成部分，輸電線路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員務(wù)必須確保導(dǎo)線綁扎能達(dá)到堅(jiān)固程度的指標(biāo)要求，尤其是針對(duì)截面較大的輸電導(dǎo)線而言。

橫擔(dān)懸掛端頭部位的拉環(huán)至少需要保證在兩個(gè)，分別將其布置在上下部位。在必要時(shí)，導(dǎo)線綁扎的傳統(tǒng)實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)?shù)玫届`活的改變，確保拉環(huán)能夠懸掛導(dǎo)線，同時(shí)對(duì)于導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)固定在指定的空間區(qū)域位置。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將工字鋼或者槽鋼安裝于中部的桿塔結(jié)構(gòu)部位，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵橫梁的固定效果。通過(guò)全面實(shí)施以上的工程設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整，桿塔外觀形態(tài)主要為H形，滿足了桿塔穩(wěn)定性與安全性的要求。

輸電線路必須確保符合抗冰結(jié)構(gòu)的基本厚度標(biāo)準(zhǔn)，線路設(shè)計(jì)規(guī)劃人員應(yīng)當(dāng)全面考慮到地形地質(zhì)因素以及自然氣候因素。技術(shù)人員在正式鋪設(shè)線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之前，首先需要通過(guò)展開(kāi)模擬測(cè)試的方式來(lái)確定線路布局規(guī)劃的合理性。對(duì)于輸電線路的絕緣子分布間隔距離、絕緣子形狀，以及線路抗冰層的厚度參數(shù)都要給予全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，切實(shí)保證輸電線路達(dá)到較好的冰害抵抗能力。輸電線路的工程采購(gòu)人員應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)綜合性的分析比對(duì)，確定可行性最佳的工程材料采購(gòu)規(guī)劃。

經(jīng)過(guò)分析可知，110kV的電網(wǎng)輸電系統(tǒng)不能缺少直線桿塔的重要部件，直線桿塔在穩(wěn)定傳輸電流，以及實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣功能的過(guò)程中占據(jù)關(guān)鍵地位。然而在一些情況下，直線桿塔比較容易受到線路覆冰荷載、絕緣子自重、避雷線以及導(dǎo)線張力、風(fēng)荷載等因素影響，從而造成了直線桿塔的正常使用功能無(wú)法得以發(fā)揮。具體在優(yōu)化設(shè)計(jì)直線桿塔的實(shí)踐工作中，關(guān)鍵性的技術(shù)改進(jìn)措施就要落實(shí)于創(chuàng)新現(xiàn)有的桿塔結(jié)構(gòu)組成。工程設(shè)計(jì)人員必須充分確保桿塔的堅(jiān)固安全，避免外界因素給輸電線路桿塔帶來(lái)顯著的不利影響。