第十章杆塔型式的选择

输配电线路设计刘增良杨泽江主编第10章杆塔型式的选择10.1杆塔型式的分类杆塔是输电线路的重要组成部分，在架空输电线路中有着举足轻重的作用。杆塔的组成部分：①避雷线②导线③横担④绝缘子串⑤悬垂线夹⑥拉线⑦钢筋混凝土杆⑧杆段接头⑨拉线金具杆塔实（试）验基地输电线路杆塔实验基地：位于北京市房山区良乡特高压杆塔试验基地：位于河北省霸州市杆塔型式的分类①按杆塔受力特点②按材料类别③按回路数④按导线排列方式⑤按结构型式①按杆塔受力特点1．直线杆塔在正常运行情况下，仅承受导线、避雷线、绝缘子和金具等重量的垂直荷载以及水平风荷载的杆塔称为直线型杆塔。直线型杆塔用于线路的一个耐张段中间，在架空线路中用的数量最多，约占杆塔总数的80％左右。直线型杆塔采用悬垂绝缘子。直线杆塔的悬垂绝缘子允许偏斜，杆塔也允许有一定的挠度。直线杆塔有直线杆、直线带转角杆、直线换位杆等。2.耐张杆塔耐张杆塔除承受垂直荷载和水平荷载之外，还能承受更大的顺线路方向的张力。耐张杆塔使用耐张绝缘子串，在断线时能耐受断线张力，限制断线事故范围，起隔离事故的作用。耐张杆塔有耐张直线杆，转角杆，终端杆，和耐张换位，终端换位杆塔等。3．终端杆塔一般为发电厂或变电站出线端以及用户受端。可以是耐张型的或转角型的，在正常运行情况下承受单侧顺线路张力。4．特种杆塔特种杆塔用于特种用途及场合，有直线耐张分支杆、换位杆、大跨越杆塔等。直线杆塔耐张杆塔双回路转角塔耐张换位塔终端塔终端塔直线跨越塔10.1.2按材料类别分类木杆：绝缘性能好，重量较轻、运输安装方便，但易腐朽，耐久性差，目前很少使用。钢筋混凝土杆：又称水泥杆，环形截面各向承载能力相等，表面光滑美观，便于运输，可大批生产，成本低。材料多采用Q235、IV钢。但是主杆埋深较大（3m左右）。铁塔：由许多钢制构件，用螺栓、铆钉或焊接等连接方法组成的一个整体。特点是钢制构件便于运输，利于现场安装，机械强度大，使用寿命长。铁塔一般采用Q235（碳素结构钢,A3）、Q345（低合金高强度结构钢，16Mn），目前逐步采用高强度钢（Q390、Q420），以提高承载能力、降低铁塔用钢量。钢管塔：分为单柱、多柱，因造型美观、占地少，已越来越多的应用在城网建设中，其缺点是因断面小受力不合理，重量大，同时因其单位价格较高，使得投资加大。10.1.3按回路数分类按回路数有单回路、双回路、多回路杆塔（紧凑型）。为适应我国经济的快速增长的需要，鉴于线路走廊的选择越来越困难和日趋增长的拆迁费用，1988年华东电网的石黄、南杨等500kV输电线路工程首先采用了同塔双回路的设计。2001年，在大连地区的沈大线工程中即建设了4.9km的双回500kV/双回220kV的同塔四回路。2006年11月21日，国内首条500kV同塔四回输电线路利梅线在江苏投产。山东省双回220kV/双回110kV的同塔四回路，220kV同塔三回已得到应用，取得了很好的经济效益。2010年我国西电东送容量约6440万千瓦，通过北、中、南三个通道送往东部地区，其中采用交流500千伏线路输电的为4300万千瓦。按500千伏线路现有输电水平计算，即每回500千伏线路输送80万千瓦，则大约需500千伏交流线路50回。若把每回500千伏线路的输送能力提高到130万千瓦，只需新增500千伏交流线路33回，可节约500千伏交流线路约17回，节约交流输电线路3588公里，节约投资53.8亿元。紧凑型线路通过改变导线布置，达到减小电感、增大电容的效果，从而使线路波阻抗减小，自然功率增大。同时线路走廊宽度因布置的紧凑而大大减小。世界上许多国家如俄罗斯、巴西、加拿大、美国等国家已经研究和建设了一批紧凑型线路，着重点不相同，其中俄罗斯偏重于自然功率的提高，巴西、美国则偏重于缩小走廊宽度，而中国在这方面的研究倾向于两方面兼顾。我国第一条500千伏昌房紧凑型输电线路1999年建成投产，其自然功率比常规线路提高了1／3。应用紧凑型线路研究成果和运行经验，对我国现有规定进行修正，减小常规线路导线水平相间距离1－2米。从而减小走廊宽度，减少线路占地和走廊清理费用。减小相间距离还能缩小塔头尺寸，降低工程的耗钢量。紧凑型线路与常规线路相比有如下优势：（1）无线电干扰水平：紧凑型线路在500kV工作电压下，无线电干扰水平在距线路中心40m范围内为38~51dB，比采用4×LGJ-300导线的500kV常规型线路约低2-5dB。（2）可听噪声：紧凑型线路在工作电压下，可听噪声水平在距离线路中心线100米范围内为约35~45dB，比相导线为4×LGJQ-300线路约低0.5至1dB（3）地面场强：地面最大场强为8.55kV/m（导线对地10.5m），出现在中相导线正下方，比常规型线路低1kV/m；并且高于3kV/m场强的范围仅宽22m，比常规型线路减少了33m，大大地减少了高场强的范围。（4）耐雷水平：单、双回路紧凑型线路铁塔上地线对边导线均为负保护角，各相导线均被两根地线所屏蔽，雷电绕击率、年跳闸率均较常规500kV线路为低。可大大提高输电线路的防雷害能力，对安全运行有利。通过以上比较可以看出紧凑型线路与常规线路相比，在提高线路单位走廊输送容量，压缩线路走廊宽度，降低工程造价，减少运行维护费用，保护自然环境等方面具有较大的优势。10.1.4按导线排列方式分类1.单回路杆塔水平排列正三角形斜三角形排列上字形排列垂直排列三角形排列2.双回路杆塔六角形(鼓型)排列倒伞形排列双正三角形排列3.压缩型杆塔10.1.5按结构型式分类一．钢筋混凝土杆钢筋混凝土杆有单杆、双杆、三连杆。双杆中又分门型杆、八字型电杆。以上各种电杆又可分带拉线电杆和不带拉线电杆。二．铁塔（1）酒杯型塔：三根导线排列在一个水平线上，通常用于110kV及以上电压等级，特别适用于重冰区或者多雷区。（2）猫头型塔：导线呈等腰三角形布置，节省线路走廊。（3）干字形塔：导线基本呈等腰三角形布置，多用于220及以上电压等级，主要用作耐张塔及转角塔。（4）拉线V塔：导线水平排列，施工方法便，耗钢量低，但占地面积大。(5)“上”字型杆塔：导线不对称三角形排列。使用语少雷及轻冰地区导线截面偏小的线路。（6）鼓型塔：适用于覆冰较重地区，中横担较长使所有导线能适当错开，避免脱冰跳跃发生碰线闪络事故。铁塔标识：电压等级用途代号型式代号组立方式代号1.电压等级用数字表示：35、60、110、220……表示线路电压等级为35KV、60KV、110KV、220KV……2.用途代号用汉语拼音字母表示：Z—直线铁塔ZJ—直线转角铁塔N—耐张铁塔J—转角铁塔D—终端铁塔F—分支铁塔K—跨越铁塔H—换位铁塔3.型式代号S—上字型铁塔C—叉骨型铁塔M—猫头型铁塔Yu—鱼叉型铁塔V—V字型铁塔J—三角型铁塔G—干字型铁塔Y—羊角型铁塔Q—桥型铁塔B—酒杯型铁塔Me—门型铁塔Gu—鼓型Sz—正伞型塔SD—倒伞型铁塔T—田字型铁塔W—王字型铁塔4.组立方式代号拉线铁塔用L表示，自立式铁塔则不用任何符号表示。三．钢管塔目前钢管塔一般为拔梢钢管塔。材料采用Q345，并进行稀土热镀锌。10.2常用杆塔的优缺点•10.2.1从采用材料方面比较钢筋混凝土电杆比铁塔有以下优点：①杆结构型式简单，因此，设计、施工、制造都比较简单。②节省原材料，相应的减少投资成本。③运行维护工作量少，除横担等部分铁附件外，一般不需要采取防腐措施。缺点：①重力大，施工不方便。特别在交通不便的地方，更难于大规模使用。而且受到撞击后易于破裂。②受拉线限制，居民拥挤地带和山区不能使用。③承受荷载能力差。主要用于35KV以下输电线路。钢管塔的特点：(1)强度高，为安全运行提供了有力保证。(2)易实现多回路，从而大大减少城市走廊的拥挤程度(3)不用打拉线，占地面积小，减少占用城市走廊。(4)钢管塔可以实现全镀锌，使用寿钢管杆占地少,造型美观,与周围环境比较协调。(5)施工方便，施工周期较短。10.2.2无拉线单杆和双杆比较优点：（1）单杆比双杆结构简单，便于加工制造和施工。（2）采用小截面导线的线路上，能节约材料，更经济(3）单杆线间距离小，可以减少线路所占走廊。缺点：⑴防雷性能比较差。⑵导线为上字形或斜三角形排列的单杆，杆身两侧的垂直荷载不对称，会引起杆塔向双导线侧产生永久性变形，对导线截面大或垂直挡距大的杆塔，则更为突出。⑶上横担短，带电检修不方便。⑷在重冰区，垂直线间距离或水平偏移不够，容易发生跳跃碰线，造成闪络事故。所以单杆一般不在重冰区使用10.2.3从杆塔有无拉线的角度比较有拉线杆塔比无拉线杆塔有以下优点：(1）有拉线杆塔承受的弯矩较小，所以节约材料。(2）一般情况下杆塔基础无倾覆力，拉线基础只承受拉力，杆塔基础只承受下压力，基础受力简单。有拉线杆塔比无拉线杆塔有以下缺点：(1）拉线占地面积大。(2）为了保证导线对拉线有足够的安全空气间隙，因此线间距离较大。(3）对拉线需维护、更换和调整，因而增加了运行检修人员的工作量。10.2.4从导线排列方式来比较单回路杆塔导线水平排列比三角形排列有以下优点：(1）导线水平排列，两侧荷载平衡，因此塔身的弯曲变形不明显。(2）导线水平排列，在导线不均匀覆冰或脱冰时，不易发生碰线闪络事故，适用于重冰区线路。(3）导线水平排列，一般采用双避雷线，因此有较好的防雷性能，适用于多雷地区。(4）导线水平排列，带电检修方便，运行维护工作量少。导线水平排列比三角形排列有以下缺点：(l）线路所占走廊宽。(2）小截面导线线路，采用双杆比单杆用的钢材、水泥等材料多，投资大。10.2.5各种型式双回路杆塔的比较1．六角形（鼓型）排列六角形排列的优点是：上横担较短，相应避雷线支架可以低一些，因此节省材料。缺点是：中横担较长，架设上导线时要绕过中横担，对架线不利。2．倒伞形排列倒伞形排列的优点是：对中层横担导线的防雷保护性能较好，施工架线方便。缺点是：上横担较长，为满足防雷保护角的要求，避雷线支架高大，因此材料消耗量比较大。3．双正三角形排列双正三角形排列的优点是：在导线悬挂点与其他双回路杆塔相同的情况下，塔高较低，节省投资，大跨越线路多采用之。其缺点是：架设导线困难，线路所占走廊较宽。10.4.1确定杆塔外形尺寸的基本要求10.4杆塔头部尺寸设计(1)满足导线对地面及交叉跨越物的距离要求。(2)导线与塔身的距离应满足内、外过电压及正常工作电压以及满足带电作业的间隙要求。(3)导线间的水平距离或垂直距离应满足挡距中央接近程度所需的距离。(4)避雷线的布置应满足导线防雷保护的要求。10.4.2杆塔呼称高的确定杆塔的呼称高：杆塔的最下层导线绝缘子串悬挂点（最下方横担）到地面的垂直距离。H=λ+fmax+h+Δh设计挡距的增加，导线弧垂加大，塔数量可减少;反之，设计挡距减小，所用杆塔的呼称高也随之加大，杆塔呼称高降低，杆塔总数量将增多。因此，对某一电压等级的线路，必然存在着一个经济的呼称高和相应的挡距，相应的呼称高度称为经济呼称高。挡距（m）200200-350350-600600△h(m)0.50.5-0.70.7-0.9110.4.3杆塔头部尺寸的确定2、挡中各种线间距离验算头部尺寸的确定1、杆塔头部空气间隙检查内、外过电压、工作过电压以及带电作业水平线间距离垂直线间距离导线与避雷线距离1、杆塔头部空气间隙检查绝缘子串风偏角计算：g4的选取：根据不同过电压情况下的不同风速的选取在内、外过电压及正常工作电压情况下，绝缘子串风偏后导线对杆塔接地部分的空气间隙不得小于下表在外过电压、内过电压及正常工作电压情况下，分别求出绝缘子串的风偏角θ1、θ2、θ3绘制出间隙圆图，由图中的间隙距离e1、e2、e3。一般来说，对杆身间隙起控制作用为内过电压或外过电压两种情况。带电检修时，也需要校验间隙，间隙满足表10-3。（气象条件取：+15°C、风速10m/s、无冰）2、挡中各种线间距离验算水平线间距离:垂直线间距离：0.75倍水平线间距离。三角排列的线间距离：【例10-1】某110kV线路，导线为LGJ-150/20型，避雷线为GJ-35型，IV