110kV輸電線路直線桿塔結構設計研究

貴州電網有限責任公司凱里供電局 王月陽 楊 帆 陳 舸 陳 成 楊 誠

110kV輸電線路的現有覆蓋規模正在趨向于快速實現擴大，直線桿塔的系統組成結構也表現為復雜性。在輸電線路的體系結構中，線路桿塔應當連接于絕緣子以及地線導線，進而體現了直線桿塔在電網電流平穩傳輸中的重要影響作用。近年來，輸電線路的設計技術人員重點針對輸電線路桿塔展開深入的探索研究，旨在確保輸電線路網絡中的桿塔達到基本的安全堅固要求，合理節約直線桿塔的設計資源成本。

1 110kV輸電線路直線桿塔的結構組成

對于110kV的輸電線路基本組成結構而言，直線桿塔的布置排列方式目前可以選擇水平結構，布置雙桿形式的輸電線路桿塔體系。桿塔導線部分主要選擇設計為LGJ-130型號，確保限定在50°左右的地面與鋼絞線夾角。在直接埋設桿塔基礎結構的前提下，應當保證拉盤與底盤達到最基本的結構設計規范。在桿塔的上部空間區域，應當視情況布置120kg重量以及10m左右長度的鐵橫擔。通常來講，鐵橫擔應當包含斜拉桿（至少為4根）以及橫拉桿（1根），運用指定型號規格的鋼筋來構成拉桿，同時還需要布置可調節的螺栓[1]。

線路桿塔的基本組成結構具有紐帶作用，其主要連接于線路系統中的絕緣子串以及地線導線等部分。輸電線路所在的運行空間環境較為復雜，因此決定了線路桿塔容易受到多種外界沖擊與干擾。直線桿塔的導線馳度必須保證達到懸掛導線的基本高度標準，對地安全距離也要得到合理的設計。為了實現合理優化直線桿塔體系結構的目標，那么關鍵性的設計技術思路應當落實于橫拉桿以及鐵橫擔的現有位置適當提升，布置雙桿形式的直線桿塔結構。

2 110kV輸電線路直線桿塔的結構設計要點

2.1 桿塔橫擔的結構設計

桿塔橫擔屬于非常關鍵的線路組成部分，輸電網絡的正常運行使用必須依賴于桿塔橫擔的系統結構作為支撐。目前，現有的桿塔橫擔主要包含復合實心橫擔以及傳統鐵橫擔，線路工程的設計人員可以視情況來進行必要的選擇。具體對于導線在進行懸掛操作處理時，應當保證復合絕緣子與復合橫擔達到30°的夾角，水平安裝復合橫擔結構[2]。技術人員應當在電桿的適當高度位置安裝水平的橫擔，確保達到導線固定的效果。鐵橫梁應當被安裝在頂端的桿塔結構部位，以便于絕緣子串（V字形）能得到全面的固定。

此外，鐵橫梁應當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險。技術人員通過進行精確的計算，應當能準確判斷出避雷線的架空懸掛高度以及角度因素。按照目前現有的技術規范要求，對于輸電線路網絡應當確保控制在20°左右的導線與避雷線保護角。在提升導線原有的懸掛點時，應當密切重視保護角的設計數值變化。在必要的時候，對于導線原有的橫擔長度需要進行適度的縮短或者延伸，同時還需要保證電氣絕緣間隙能滿足規范要求。

2.2 復合絕緣子的結構設計

通常情況下，復合橫擔主要位于鐵橫梁的兩側結構部位，并且在橫梁斜上方的兩端部位設置懸式的棒形復合絕緣子[3]。復合絕緣子對于輸電線路整體的運行穩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，線路系統中的復合絕緣子以及復合橫擔至少需要包含護套、底座、傘裙、芯棒等組成部件，確保焊接處理后的金屬材質底座能達到良好的安全使用性能標準。

對于導線需要進行綁扎操作處理，確保復合絕緣子達到1200mm以上的絕緣距離，以及1500mm左右的結構高度。線路工程的設計人員必須重點針對復合絕緣子進行合理的布局優化設計，確保控制在5kg左右的絕緣子自重，運用金具（通常為U字形）來連接兩端的復合絕緣子部位。此外，避雷線的支撐系統結構應當包含鋼槽的鐵帽（長度約為3m）。技術人員通過實施電氣性能測試等專業技術手段，確保經過合理優化后的復合絕緣子達到良好的安全性能需要。

圖1 桿塔橫擔與復合絕緣子

圖2 直線桿塔的橫拉桿與斜拉桿結構

2.3 橫拉桿與斜拉桿的結構設計

橫拉桿以及斜拉桿應當布置在導線鐵橫擔的連接部位，從而形成了堅固穩定的桿塔結構體系。目前現有的直線桿塔組成結構包含橫向與傾斜的拉桿，確保按照現有的技術指標規范，來優化設計導線的鐵橫擔結構。復合橫擔至少限定在20kg的自重以及1300mm左右的絕緣距離，確保達到1600mm的橫擔結構高度。橫拉桿與斜拉桿都要達到安全堅固的基本質量要求，避免在覆冰荷載，以及風荷載的沖擊影響下導致桿塔基礎的斷裂失穩。

在目前的輸電線路優化設計中，要全面考慮桿塔本身的機械性能、電氣性能與安全穩定性能，結合輸電線路的特定運行環境，來實現必要的結構改進設計。如雙避雷線的對稱桿塔結構應當布置中間部位的導線，但同時還需考慮到邊線的所在位置。安裝避雷線的支架體系應當確保達到3m左右的高度要求，確保提升適當的懸掛導線距離。避雷線能夠覆蓋于導線保護角的整個空間區域，至少限定在1.5m的橫拉桿架設高度，經過系統化改進設計保證復合橫擔的體系結構安全[4]。

3 110kV輸電線路直線桿塔的結構設計完善對策

3.1 確保桿塔結構體系的穩定性

桿塔結構只有保持了較好的穩定性，那么輸電線路才不會受到外界因素以及線路荷載因素的不利影響。在多數的情況下，輸電線路比較容易受到絕緣子、避雷線、導線以及覆冰荷載等因素干擾，進而形成了輸電線路中的桿塔失穩后果。由此可見，確保輸電線路現有的桿塔堅固程度達標具有顯著的實踐意義。自然氣候災害重點表現為突發雪災以及霜凍災害，積雪厚度如果超出了輸電線路的荷載承受限度，則會引發線路桿塔以及線路絕緣子的損壞后果。

存在過高運行負荷的線路結構體系比較容易發生桿塔倒塌等災害，線路本體結構容易發生彎曲或者傾斜的后果[5]。在持續低溫的狀態下，出現線路冰害的可能性就會明顯增大。冰閃跳閘的災害事故后果通常形成于干燥氣候條件，導電粒子以及懸浮顆粒物普遍存在于空氣中，造成絕緣子發生閃絡事故。污染性的懸浮顆粒物堆積在絕緣子的結構部位，對于線路系統的覆冰程度予以加重。冰橋主要形成于傘裙的絕緣子結構部位，從而產生了較高電導率的水膜。線路冰閃事故還可能發生于晝夜溫差較大的自然氣候區域，在氣候溫度逐漸升高的過程中，絕緣子的閃絡風險將會明顯增加，導致輸電線路突然產生短路運行的后果。線路管理養護的具體負責人員務必做好實時性的線路冰害監測，及時清理存在積雪與積冰的輸電線路部位。

例如，在某次的桿塔系統優化設計中，輸電線路的工程設計人員將原有的桿塔組成方式，調整為復合絕緣子與導線鐵橫擔相結合的形式，確保絕緣子的數目達到4個，復合鐵橫擔達到兩個。技術人員通過提升4m的懸掛導線高度點位，對于過小的安全間隔距離以及導線松弛的技術難題進行了有效的化解。桿塔組成結構的良好穩定性，以及安全性將會直接關系到桿塔的基本使用效能發揮，因此上述因素亟待得到工程設計人員的關注。表1為直線桿塔結構穩定性的影響因素。

表1 直線桿塔結構穩定性的影響因素占比統計結果

3.2 對于直線桿塔的定型結構進行合理優化

直線桿塔的定型結構目前需要得到合理的優化，旨在確保經過優化改進后的直線桿塔能延長原有的線路使用期限，同時還可避免產生重大性的電網傳輸安全故障。簡化復合橫擔的線路組成結構，可以促進直線桿塔的整體使用效能達到最優，防止頻繁產生桿塔運行中的大范圍故障。從當前的輸電線路設計現狀來看，某些工程設計人員往往比較容易忽視開展桿塔安全性能的測試，進而埋下了重大性的桿塔安全事故風險。由此可見，線路工程的設計方案必須包含安全性能測試的重要環節，開展專業化的電氣絕緣測試以及機械強度測驗。

輸電線路的現有桿塔形式表現為多樣化的基本特征，懸掛后的絕緣子與橫擔共同發揮了桿塔安全運行保護的重要實踐功能。系統設計人員對于目前現有的懸掛導線高度實施必要的調整，并且合理改變了交叉跨越距離的重要設計參數。導線應當保證滿足最基本的對地安全間隔距離，以防附近區域的人員發生觸電安全事故，切實促進桿塔結構體系的安全使用效能優化。電網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維護，嚴格防止表現為桿塔斷裂或者基礎部位失穩等后果。

輸電線路的現場施工環節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。輸電線路的施工監理單位針對線路質量安全應當給予客觀的判斷，全面查找輸電線路目前存在的工程安全運行風險。線路絕緣子的形狀選擇對于線路積冰現象將會產生顯著的影響，因此決定了輸電線路的規劃設計人員務必確保線路絕緣子的體系結構合理。為了保證達到均勻的覆冰程度效果，那么線路設計人員應選擇V形線路絕緣子，確保對于覆冰導致的輸電運行壓力予以合理的降低。對于覆冰災害影響程度較低的輸電網絡區域而言，應當視情況選擇插花串形狀的絕緣子，并且嚴格控制絕緣子的間隔距離。輸電線路規劃設計的實施人員針對輸電線路的設計文件需要進行妥善的監管。

3.3 創新現有的桿塔型式

近年來，電網設計人員重點針對電網桿塔的布局組成方式進行創新，其中關鍵體現在桿塔型式的優化改造。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設計人員應當運用綜合考慮對比的方法，來選擇最優的桿塔設計模式。創新目前現有的桿塔設計形式，應當能夠全面考慮到桿塔設計規劃的工程技術成本、桿塔施工流程的快捷性、桿塔運行使用的期限長度等。定型結構因素屬于關鍵的桿塔設計組成部分，輸電線路的系統設計人員務必須確保導線綁扎能達到堅固程度的指標要求，尤其是針對截面較大的輸電導線而言。

橫擔懸掛端頭部位的拉環至少需要保證在兩個，分別將其布置在上下部位。在必要時，導線綁扎的傳統實施方式應當得到靈活的改變，確保拉環能夠懸掛導線，同時對于導線應當固定在指定的空間區域位置。技術人員應當將工字鋼或者槽鋼安裝于中部的桿塔結構部位，以此來實現鐵橫梁的固定效果。通過全面實施以上的工程設計優化調整，桿塔外觀形態主要為H形，滿足了桿塔穩定性與安全性的要求。

輸電線路必須確保符合抗冰結構的基本厚度標準，線路設計規劃人員應當全面考慮到地形地質因素以及自然氣候因素。技術人員在正式鋪設線路網絡結構之前，首先需要通過展開模擬測試的方式來確定線路布局規劃的合理性。對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都要給予全面的優化設計，切實保證輸電線路達到較好的冰害抵抗能力。輸電線路的工程采購人員應當經過綜合性的分析比對，確定可行性最佳的工程材料采購規劃。

經過分析可知，110kV的電網輸電系統不能缺少直線桿塔的重要部件，直線桿塔在穩定傳輸電流，以及實現電網絕緣功能的過程中占據關鍵地位。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、避雷線以及導線張力、風荷載等因素影響，從而造成了直線桿塔的正常使用功能無法得以發揮。具體在優化設計直線桿塔的實踐工作中，關鍵性的技術改進措施就要落實于創新現有的桿塔結構組成。工程設計人員必須充分確保桿塔的堅固安全，避免外界因素給輸電線路桿塔帶來顯著的不利影響。