国内外输电线路杆塔设计标准对比

国内外输电线路杆塔设计标准对比

世界正在发生重大变化。国际投资促进模式和多边投资促进规则正在制定和实施中。国家制定了“一带一路”政策，鼓励国内公司离开。掌握国内外输电线路工程设计标准的差异,对于控制工程造价、质量和进度显得尤为重要。杆塔设计是影响线路工程造价的关键因素之一。本文通过研究国内外输电线路杆塔设计标准在安全度、荷载和构件计算方面的差异,结合实例进行对比分析计算,并通过铁塔真型力学试验进行验证,其结论可为以后的境外输电线路工程设计提供参考。1美国生物处理标准主要分为4个基本组成我国架空输电线路设计的标准体系分为国家标准、行业标准和企业标准等,国家标准主要有:GB50545-2010《110kV~750kV架空输电线路设计标准》等,行业标准主要有:DL/T5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》等。国际电工委员会(IEC)于1991年颁布了IEC60826:1991《架空输电线路荷载和强度》,2003年在总结实践经验的基础上,进一步修订并颁布了IEC60826:2003《输电线路结构设计标准》。美国的架空输电线路设计标准体系主要由以下4部分组成:(1)国家法规和安全规定执行美国国家电力规定NEC和美国国家电力安全标准NESC;(2)电气部分以IEC60826标准为主;(3)结构设计以美国土木工程协会ASCE标准为主,还可参考美国钢结构协会AISC标准;(4)杆塔材料执行美国测试和材料协会ASTM的系列标准。欧盟于1972年成立欧盟电工标准化委员会(CENELEC),2001年正式发行架空输电线路设计标准EN50341∶2001,包括英语、德语和法语3个版本,各个国家再根据本国的实际情况进行小幅度的修订,形成本国的标准,并在名称前面加上本国的简写,如英国标准为BS-EN50341∶2001。2国内外电路灯塔的设计标准不同从影响杆塔设计的关键因素:安全度、荷载和结构计算三方面进行对比分析,找出设计标准的差异及其影响。2.1我国规范与国外规范的比较我国规范按照电压等级和线路种类的不同,将输电线路划分为3个结构安全级别,通过结构重要性系数来反映。国外规范规定的安全级别与冰、风荷载的重现期有关,见表1。为使得国内外规范相当安全系数相互比较的起点相同,以我国规范规定的50年重现期为基准,分别将各国规范各个重现期的相当安全系数与之比较,计算结果见表2。从表2可以看出,与国外规范相比,我国规范50a重现期的相当安全系数:(1)对于轻冰区,Ⅰ级结构与美国规范50a及欧盟500a重现期较为接近;Ⅱ级结构,除与欧盟规范150a重现期较为接近,普遍小于国外规范;Ⅲ级结构,则远小于国外规范。(2)对于中冰区,Ⅰ级结构除与IEC规范500a重现期较为接近外,普遍大于国外规范;Ⅱ级结构,与美国规范400a和IEC规范150a重现期较为接近,略小于IEC规范500a重现期,普遍大于国外规范其他重现期;Ⅲ级结构,与美国规范100a重现期和IEC规范50a重现期较为接近,普遍大于国外规范其他重现期。(3)对于重冰区,则远大于国外规范。2.2塔的承受载量(1)塔架的载荷国内外规范设计荷载工况的大致对应关系见表3。(2)概率统计方法国外规范都是以冰、风荷载的长期观测资料为基础,假定冰、风荷载服从某一概率分布类型,按其概率分布的某一不利分位值用概率统计方法确定。我国规范除风荷载具有较长期的观测资料,可按概率统计方法确定外,冰荷载由于缺乏长期的覆冰观测数据,多按相邻已运行线路的运行资料和经验来确定设计冰厚,缺乏长期观测数据的支撑和数理模型的推算见表4。(3)负荷事故连接及分类系数国内外规范均采用概率统计理论进行杆塔荷载计算,对不同类型工况采取不同的分项系数和荷载组合系数。2.3拉、螺栓抗剪和螺栓孔金属承载力国内外规范杆塔构件结构计算均分别从轴心受压、受拉、螺栓抗剪和螺栓孔承压等方面考虑,其计算方法基本类似,但在参数取值方面存在差异,总体来说,其构件承载力较国内规范要高,详见表9。3设计计算材料针对安哥拉SOYO项目400kV输电线路工程中的4Z1直线塔、4J1耐张塔,分别根据欧盟和国内规范进行设计计算。设计风速为30m/s,无冰;导线型号为AAAC-660(d=33.39mm),地线型号为OPGW-143(d=16mm);4Z1直线塔设计水平档距450m,垂直档距600m;4J1转角塔设计水平档距450m,垂直档距650m,转角度数30°。3.1外规范根据结构风荷载计算方法(1)大风工况导、地线荷载,见表6、表7。(2)塔身风荷载国内外规范塔身风荷载计算方法基本类似,限于篇幅,仅给出4Z1直线塔45°风工况塔身风荷载计算值,见表8、图1。以上结果表明按国内规范计算的塔身风荷载值较欧盟规范要大,横担部分相差较大,塔身部位差别在20%左右。3.2主要构件承载力对比选取Q235、Q345和Q420三种材质的钢材按国内和欧盟规范进行构件承载力对比分析,4Z1、4J1塔的主要构件承载力对比见表9。从表9可以看出按欧盟规范计算的构件承载力比国内规范高,受不同的构件规格、材质及计算长度等影响,一般在5%~20%之间。3.3塔重比较塔重计算塔重比较见表10。由表10可以看出,采用欧盟规范计算得到的4Z1、4J1塔计算重量比国内规范小5%~10%。4荷载计算工况对比以上两种塔型分别于2013年11月5~6日和11月20~21日在中国电力科学研究院北京良乡输电杆塔试验基地顺利通过所有试验工况,并超载120%。(1)我国杆塔50a重现期相当安全系数:对于轻冰区,Ⅰ、Ⅱ级结构分别与美国及欧盟规范不同重现期接近,Ⅲ级结构则远小于国外规范;对于中冰区,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级结构分别与美国及欧盟规范不同重现期接近;对于重冰区,则各级别结构均远大于国外规范。(2)国内外规范在杆塔荷载工况方面基本一致,均考虑了风荷载、覆冰、断线等工况,但各荷载工况略有差异,荷载取值计算方法基本相同,计算参数取值存在差异。(3)采用中欧规范对4Z1直线塔、4J1转角塔进行实例计算。按欧盟规范计算构件承载力比国内规范