關于35kV 輸電線路懸垂塔水平檔距的折算

王 陽，周宇飛，李 博

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

1 引言

目前35kV 輸電線路的懸垂塔和耐張塔一般均采用通用設計的定型塔，一個塔型僅依據最高呼高塔型規劃一種水平檔距。設計時根據桿塔規劃經驗，每種塔型一般按高度不同分別規劃4～5 種塔型。

定型設計中不論懸垂塔還是耐張塔所規劃的一個塔型中對應著各種不同呼高的桿塔，但僅對應著一種水平檔距，基本都以最高呼高的水平檔距控制整個塔型的風壓荷載，對于最高呼高的鐵塔是合理的，但對于低呼高桿塔，實際導、地線線條風壓荷載較高呼高桿塔有所減小，桿塔計算時仍以最高呼高計算導、地線線條風壓荷載，顯然不太合理。如果實際呼高為低呼高桿塔，可以通過實際使用呼高與最高呼高進行對比來折算水平檔距，從而提高桿塔的利用率。

2 水平檔距

架空輸電線路桿塔在工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓三種工況下，相應的導、地線風荷載使絕緣子串產生風偏，這種風偏必然會引起帶電部分的導線、懸垂線夾等設備的偏斜，使得導線對桿塔部分，如桿塔身、橫擔、拉線及腳釘等的空氣間隙減少。在工程設計中考慮不周，就會引起閃絡接地故障，空氣間隙擊穿影響輸電線路運行安全。

當計算桿塔結構所承受的導線橫向風荷載時，其荷載通常近似認為是導線單位長度上的風壓與桿塔兩側檔距平均值之乘積，這個檔距平均值稱為水平檔距。

3 懸垂塔水平檔距折算

按照《66 kV 及以下架空電力線路設計規范》規定，桿塔的荷載可分為下列兩類：永久荷載：導線、地線、絕緣子及其附件的重力荷載，桿塔構件及桿塔上固定設備的重力荷載，土壓力和預應力等；可變荷載：風荷載，導、地線張力荷載，導、地線覆冰荷載，附加荷載，活荷載等。懸垂塔主要考慮大風、覆冰、低溫、斷線及安裝等工況[1］，但斷線以無風考慮，覆冰及安裝以低風速考慮，對桿塔影響較少，即懸垂塔主要受最大風控制。在定型設計中同一塔型所有呼高均采用一種水平檔距，在排桿定位設計時一旦出現超限水平檔距，需要更換水平檔距更大的塔型，如果在超過規劃水平檔距不多的情況下，更換設計條件更大的塔型，必定導致桿塔利用率降低，增加工程投資。由于35 kV 輸電線路中桿塔高度都較低，在不考慮桿塔風壓荷載以及垂直檔距已定的前提下，根據導、地線線條風荷載的計算原理，折算出不同呼高所對應的水平檔距，保證同一懸垂塔的不同呼高的桿塔總體受力接近，以達到提高懸垂塔利用率的目的，保證桿塔設計的安全性和經濟性。

為保證懸垂塔在用于超限水平檔距的安全使用，其折算原則必須按照呼高桿塔的水平力總和不超過計算呼高桿塔的水平力總和，即檔距折算后的導、地線水平風壓荷載不能超過計算呼高下標準檔距時導、地線的水平風壓荷載。

導線及地線風荷載的標準值[2］：

式中：Wx為垂直于導線及地線方向的水平荷載標準值，kN；a 為風壓不均勻系數，取0.75；βC為35 kV 的線路取1.0；z為風壓高度變化系數，基準高度為10 m；SC為導線或地線的體型系數，線徑＆lt;17mm 或覆冰時（不論線徑大小）SC=1.2；線徑≥17mm，SC=1.1；d 為導線或地線的外徑或覆冰時的計算外徑，m；LH為桿塔的水平檔距，m；B 為覆冰時風荷載增大系數，5 mm 冰區取1.1，10 mm 冰區取1.2； 為風向與導線或地線方向之間的夾角，（°）；W0為基準風壓標準值，kN／m2。W0=v2／1600，其中v 為基準高度10 m 的風速。

風速在近地層中的變化原因有動力和熱力因數，前者主要由于與地面摩擦產生摩擦力，和地球表面植被、建筑或其他障礙物有關，在不同的地面粗糙度風速隨高度變化差異很大；后者主要表現與近地層大氣垂直穩定度的關系。

所以風速由地面粗糙程度、基本風速、計算高度等條件來控制。當輸電線路規定的基準高度為10 m 時，而導、地線的實際掛線點高度不是10 m 時，其所處高度的風壓應乘風壓高度變化系數。

《建筑結構荷載規范》列出了風壓高度變化系數的計算公式：

式中：h 為風距地面的高度，m；B 為田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區。

從導線及地線風壓荷載的標準值計算公式可以看出，導、地線風荷載計算中只有風壓高度變化系數Z與桿塔的呼高有關，其余系數與桿塔高度無關。

根據上述的檔距折算原則，同一塔型不同呼高的直線塔導線平均高度處實際最大風荷載Wsj取值等于設計風荷載Wjs，折算出不同呼高桿塔的最大使用檔距，因此有：

令不變值aW0SCβCdBsin2=C ，即CZJSLJS= CZSJLSJ

由此推導出折算后的水平檔距為：

式中：hjs為計算呼高，m；hsj為實際呼高，m；Lisx為設計水平檔距，m；LSJ為折算后水平檔距，m。

根據推導出的水平檔距折算公式，現在以06B1-Z1 懸垂塔為例進行桿塔計算檔距的折算，計算結果見表1。

表1 06B1-Z1 直線塔不同呼高水平檔距折算表

從上表可以看出，呼高每變化3 m，06B1-Z1 懸垂塔實際使用水平檔距在5 m～22 m 之間變化，對于常用的呼高18 m桿塔，增加30 m 水平檔距在實際應用中有一定的指導作用。更多的35 kV 輸電線路其他定型模塊（06B2、06B3、06B4 等）懸垂塔也可通過此折算方法計算出各個呼高對應的水平檔距，既增加了鐵塔的使用條件，又能保證鐵塔使用的安全性。

4 耐張塔水平檔距的折算

對于輸電線路耐張塔，桿塔的橫向荷載主要是導線風壓荷載和導線張力在水平方向上的分量（角度荷載）及桿塔自身的風荷載三部分組成。以06B1-J4-24 米耐張塔為例，耐張塔24 m 呼高時荷載所占比例見表2。

表2 06B-J4-24 鐵塔荷載組成百分比

從表3 看出，對耐張塔而言桿塔荷載主要受導線角度荷載控制，導、地線風荷載產生的水平力只占17.3%；導、地線風荷載所占比例會隨著使用呼高的降低而逐漸降低。

桿塔隨呼高的變化，導、地線風荷載變化較小，即對耐張塔的水平荷載影響也較小，而且會隨著耐張塔轉角度數增大會進一步降低影響。因此對于耐張塔而言，設計工作中不論實際呼高多高都使用桿塔規劃水平檔距，即不會造成工程的浪費也可以保證工程設計的安全。

5 結論及建議

對于06B1-Z1 系列懸垂塔呼高每變化3 m，桿塔實際使用水平檔距在5 m～22 m 之間變化。當排塔定位設計時出現超限水平檔距，在不考慮桿塔風壓荷載以及垂直檔距已定的前提下，根據導、地線線條風荷載的計算原理，優先考慮在不更換水平檔距更大的塔型，通過水平檔距折算考慮是否此種塔型可以滿足超限水平檔距，對設計工作提供了新的思路，可以提高桿塔利用率，節省工程投資。35 kV 輸電線路其他定型模塊（06B2、06B3、06B4 等）懸垂塔也可通過此折算方法計算出各個呼高對應的水平檔距，既可增加了鐵塔的使用條件，又能保證鐵塔使用的安全性。桿塔隨呼高的變化，導、地線風荷載變化較小，即對耐張塔的水平荷載影響也較小，而且會隨著耐張塔轉角度數增大會進一步降低影響。因此對于耐張塔而言，設計工作中不論實際使用呼高多高都使用桿塔規劃水平檔距，既不會造成工程的浪費也保證了工程設計的安全。

（1）懸垂塔的主要控制工況為大風工況，為保證懸垂塔在用于超限水平檔距的安全使用，其折算原則必須按照呼高桿塔的水平力總和不超過計算呼高桿塔的水平力總和，即檔距折算后的導、地線水平風壓荷載不能超過計算呼高下標準檔距時導、地線的水平風壓荷載。

（2）由于懸垂塔實際使用水平檔距增加，必定影響塔頭電氣間隙，因此實際使用中需要校驗塔頭電氣間隙以及導線相間距離以保證工程應用的安全性。

（3）根據相應的力學計算原理對懸垂塔設計水平檔距進行折算，可以達到增大桿塔設計使用檔距和節約工程投資的目的。

（4）在檔距折算時應注意折算檔距與呼高之間并非線性關系，設計工程中需要經過精確計算，以保證工程安全可靠。