kV紧凑型直线小转角塔的设计与应用

1、500kV紧凑型直线小转角塔的设计与应用包永忠 杨艺（中南电力设计院 430071）【摘 要】 紧凑型直线小转角塔具有重量轻、占地面积小、绝缘子串少的特点，在国内紧凑型线路中尚无使用先例，我院在神忻石500kV送电线路首次采用了紧凑型直线小转角塔，它对降低工程造价、缩小线路走廊有积极意义。本文主要介绍紧凑型直线小转角塔的设计、试验和工程应用情况。【关键词】紧凑型、杆塔结构，小转角塔1 概述随着我国国民经济的高速发展，特别是城镇建设的步伐加快及现代生活、工作方式的需要，用电负荷高度集中，超高压输电线路走廊问题日趋严重，合理利用土地资源、减小电力线路走廊用地和环境保护问题越来越受到重视。近年来，随

2、着我国第一条500kV昌房紧凑型线路的建成投产，紧凑型线路越来越被建设单位重视。它除了与常规线路相比，在同等导线截面积条件下，有着较高的自然输送功率外，其线路走廊宽度也大为减小，经济效益及社会效益十明显。但在铁塔设计时，由于导线采用“倒三角”排列，对于耐张转角塔，每相导线均需顺线路方向的跳线横担，与常规耐张转角塔相比，其重量增加较多。如何有效的减少耐张转角塔的数量，对于降低工程的钢材指标，从而降低工程造价有比较重要的意义。在神忻石500kV紧凑型送电线路中，以降低工程造价为主要目的，设计了紧凑型直线小转角塔，实际工程中由于工程海拔高度不同，以1000米海拔高度为界线，导线间距分为7200和77

3、00两种，分别设计了JZJ1和JZJ2直线转角塔。本文介绍该塔的设计、试验和工程应用情况，供相互交流（具体数据以JZJ1直线转角塔为例）。2 设计条件2.1 按110-500kV架空送电线路设计技术规程的要求，500 kV架空送电线路的最大设计风速取30年一遇、离地20m高、10min时距最大风速统计值，且不低于30m/s。结合西北地区气象情况，参照典型气象区，气象条件取值如下：工 况温度（）风速（m/s）冰厚（mm）最低气温-1000最高气温4000平均气温1500最大风速-5300最大覆冰-51010外过电压15100操作过电压1515022 导线按 6´LGJ-300/40,正

4、六边型布置，分裂间距 450mm，地线一根为OPGW，另一根为GJ-80镀锌钢绞线设计。23 杆塔使用条件：JZJ1水平档距取460m，垂直档距取700m； JZJ2水平档距取600m，垂直档距取800m,转角度数380。代表档距均取350m. 3杆塔设计由于紧凑型直线小转角塔导线采用三“V”串布置方式，且三相导线以“倒三角”方式布置在铁塔头部窗口内，横担窗口尺寸与常规塔型相比有所增加，进而使整个塔头的轮廓面积加大。因此，选择合理的塔头布材形式和塔身坡度不仅可以减轻铁塔重量，而且方便线路的安全运行。 电气间隙尺寸如下图：31塔头布材根据电气间隙要求，三相导线的相间距离为7200mm，上导线V串

5、夹角为830，下导线V串夹角为1350。在满足电气间隙的情况下，为了尽可能的减小塔头尺寸，横担采用非对称结构布置是比较合理的。与传统的猫头型塔相比,上方导线横担承担两相导线的荷载，尽管导线采用V形绝缘子串挂线方式，但在横担中部仍承担至少一相导线的荷载。横担受力方式相当于一个单跨简支梁，其跨度较大，它以上曲臂作为梁的支点，这就要求导线横担中部有足够的刚度承受导线荷载，需要采用矩型断面。下面给出几种不同的塔图布材方案，它们各有优缺点：方案1方案2方案3单线图呼 高(m)414141优 点塔头宽度小，上下曲臂内支撑杆件为“零杆”。塔头宽度大，上下曲臂内支撑杆件为“零杆”。上下曲臂内外主材采用杆件联结

6、;外曲臂主材拐点少，简化了节点构造。塔头抗水平力强。 (选用方案)缺 点曲臂内外主材夹角小，K节点构造复杂。外曲臂主材拐点较多，节点构造复杂。塔头抗水平力差。曲臂内外主材夹角略大，K节点构造复杂。外曲臂主材拐点略少，节点构造复杂。塔头抗水平力差。塔头宽度略大，上下曲臂内支撑杆件为受力杆件。从上述几种方案可以看出，由于导线布置的特殊性，铁塔头部尺寸较大，窗口外形弯折较多，节点传力复杂。在杆件布置方面，将上曲臂外主材和下曲臂上段外主材拉直，不仅改善了K节点的工作状态，也为加大下导线挂点横断面的尺寸创造了条件。考虑到本塔型为直线转角塔，其水平负荷较大，且头部不对称，如将上、下曲臂的连接处象直线塔一样

7、布置（方案图1、2），则要么上、下曲臂断面太小，刚度较弱；要么加大整个头部外型尺寸，塔重增加。所以在K节点处，由铰接改为杆件连接（方案图3 ），既增加了节点刚度，也满足至上而下逐步增加截面的结构受力要求。经过计算分析,各方案曲臂的最大水平位移（90度大风工况）和最大纵向位移（断导线工况）如下表:方案1方案2方案3呼 高(m)414141最大水平位移(mm)392377320最大纵向位移(mm身坡度与断面塔身坡度是影响铁塔重量的因素之一。塔身坡度的确定，要综合考虑铁塔主斜材的受力，基础作用力的大小，铁塔根开的大小等因素。一般而言，对于同一种腹杆布置形式的塔身，不同塔身的

8、坡度直接影响到主材和斜材规格的变动。其中，主材受力会随着坡度的加大而减小，反之受力则加大；坡度的改变还会使斜材的倾角和长度发生变化，倾角将导致腹杆受力发生改变、加上腹杆长度的变化都将使腹杆的整体重量有所改变。此外，塔身坡度的改变还会使基础作用力有所改变，直接影响到基础的造价。同样，塔身上、下口宽度及其相互间的搭配与塔身坡度的改变紧密相连，即决定着塔身的坡度。而塔身的平均宽度的大小直接影响塔身的重量。其中上口宽度甚至影响到整个铁塔的刚度、塔头的稳定和全塔的重量。根据本塔型的荷载情况，经计算分析，塔身坡度取10%13%之间是合适的。对于塔身断面，一般来讲，矩形断面比方形断面节约钢材4%左右，在以往

9、的工程中，直线塔塔身一般按矩形断面布置，主要是为了节省钢材；最近几年，因为环保在线路工程中的要求越来越高，设计中大量采用四不等长腿的塔腿设计方式，方形塔身断面在设计和加工方面具有明显的优势，随着国民经济的发展、输电容量、导线截面的增大，矩形断面铁塔在实际工程中应用越来越少。本工程为6X300导线截面，其纵向张力较大，使用方形断面铁塔是合适的。下面就方形塔身断面不同塔身坡度的计算结果列表如下：（41米呼高）铁塔根开(mm)塔身坡度(单坡)铁塔计算重量(kg)8100x81000.1122188305x83050.105121618510x85100.11118668715x87150.11511

10、8558920x89200.12117629125x91250.125117699330x9330095350.13511947从表中可以看出，塔身坡度取12%是比较经济的。33 导线挂点由于导线荷载由“V”形绝缘子串共同承担,对于紧凑型直线转角塔而言,为保证塔头间隙和线间距离满足电气要求,对其挂点的位置要求相当精确.这是因为:1） 共同承担荷载的“V”串长度不同,各自挂点的位置也不在相同的水平线上,当串长和夹角不变时, 挂点的位置也不能改变;2） 当串长和夹角已经确定时,挂点位置的变动(那怕是比较小的变动)不仅影响绝缘子串受力的变化,而且影响导线相间距离的变化,而相

11、间距离的变化直接影响到线路的输送容量和安全运行。本塔在设计时,首先要求电气专业以坐标的型式提供挂点的位置及挂点方式,在塔头布置时充分考虑,尽量减少偏心对局部构件的影响。（见下图）本塔导线挂点挂点金具采用耳轴挂板，销轴顺线路方向布置。34杆塔指标在以前所建成的500kV紧凑型线路中，直线塔允许线路转角的度数为030。如超过这个范围就需要用耐张转角塔。与直线塔转角塔相比，耐张转角塔除增加绝缘子串数、塔基征地面积和基础砼量外，其铁塔钢材也增较多。比较如下：直线转角塔重量（t）耐张转角塔重量（t）JZJ1-3215.82JJ11-2122.78JZJ1-3516.90JJ11-2424.31JZJ1-

12、3818.28JJ11-2725.82JZJ1-4119.18从表中可以看出，在相同的设计条件下（直线转角塔JZJ-32m呼高下导线的高度与耐张转角塔JJ11-21m下导线的高度大致相同），直线转角塔的单基指标比耐张转角塔可减少钢材约30%。显然，直线转角塔的确能从较大程度上降低送电线路工程的造价。总结以往设计的500kV线路工程，直线转角塔的用量占整个转角塔数量的20%左右。随着社会的发展和进步，对线路走廊和环境要求的日益提高，直线转角塔的用量会越来越多，带来的经济效益也会越来越大。4试验验证为了验证紧凑型直线小转角塔在各种荷载组合工况下，各杆件的受力性质及特点、杆件与杆件之间的传力关系以及

13、节点构造的合理性，摸清该塔型的各种受力状态及变形情况，检验各荷载工况下主要杆件受力的理论计算值与试验实测值之间的符合性，确保该塔型的刚度、强度、稳定满足工程安全可靠的运行要求，本塔于2005年7月底进行了真型塔试验,顺利通过正常运行、断线事故、安装、大风超载等14种工况试验。根据试验结果，在所有试验工况中，其主要构件受力的控制工况与理论计算基本吻合;铁塔最大横向变形值为375mm（90度大风工况），铁塔最大纵向变形值为170mm（断导线工况）,且无铁塔永久变形。试验变形值经折算为变形验算的荷载组合条件下的变形值，JZJ1铁塔的变形满足要求。以90大风荷载为基数，还进行了110%的超载试验。铁塔各部件未见异常，说明JZJ1小转角塔具备一定的过载能力，运用于工程是安全的。5工程应用情况该塔型已先后用于神木电厂-忻州-石家庄北回及水布垭潜江回500kV紧凑型线路工程，杆塔使用情况如下：神木电厂-忻州-石家庄北、II回500kV输电线路工程山地和高山大岭地形，杆塔使用条件受到一定限制，全线共用小转角塔7基，占转角塔总数的3.3 %。水布垭潜江回500kV送电线路工程为平丘，全线共用小转角塔8基，占转角塔总数的15 %。从两个工程直线小转角塔的使用情况可以看出，在平丘地区使用该塔具有一定的经济效益。6小结紧凑型直线小转角塔作为一种新型杆塔型式已经