架空输电线路的杆塔选型与定位设计研究

龙源期刊网架空输电线路的杆塔选型与定位设计研究作者：吴朝栋来源：《科学与财富》2010年第03期[摘要]架空输电线路用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上以传输电能的输电线路。它由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等组成。其中,杆塔是架空线路的主要支撑结构,多由钢筋混凝土或钢材构成,根据机械强度和电绝缘强度的要求进行结构设计。本文基于此,对架空输电线路的杆塔选型与定位设计进行了相关研究。[关键词]架空输电线路杆塔设计杆塔组立1、架空输电线路概述架空输电线路是用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上,以传输电能的输电线路。架空线路由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等部分组成。导线承担传导电流的功能,必须具有足够的截面以保持合理的通流密度。为了减小电晕放电引起的电能损耗和电磁干扰,导线还应具有较大的曲率半径。绝缘子串是由单个悬式绝缘子串接而成,需满足绝缘强度和机械强度的要求。主要根据不同的电压等级来确定每串绝缘子的个数,也可以用棒式绝缘子串接。对于特殊地段的架空线路,如污秽地区,还需采用特别型号的绝缘子串。杆塔是架空线路的主要支撑结构,多由钢筋混凝土或钢材构成,根据机械强度和电绝缘强度的要求进行结构设计。与地下输电线路相比较,架空线路建设成本低,施工周期短,易于检修维护。因此,架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。通常所称的输电线路就是指架空输电线路。通过架空线路将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来,输送或交换电能,构成各种电压等级的电力网络或配电网。架空线路所经路径要求有足够的地面宽度和净空走廊,或称线路走廊。高压和超高压架空线路以及城市供电用架空线路,由于土地利用、自然环境和城市建筑等条件的限制,不易开辟线路走廊,常常给线路建设带来困难,成为发展架空输电线路的一项障碍。一些工业发达的国家多采用同杆并架的方式,即将相同或不同电压等级的输电线路架设在同一杆塔上,以节省线路走廊。2、架空输电线路的杆塔设计与优化2.1勘测选线的设计与优化路径选择的目的,就是要在线路起讫点间选出一条全面符合国家建设的各项方针政策的线路路径。路径的选择应对线路运行安全、经济、合理、施工方便等因素进行全面考虑、综合比较。选线方案合理与否直接影响设计的质量。在选线中应做到“以线为主、线中有位”,即在选线龙源期刊网中要兼顾杆(塔)位的技术经济合理和关键塔位成立的可能性。组织各专业进行方案比较,包括:线路旦长、交通运输条件、施工、运行条件、地形、地质条件、大跨越、线路投资等技术经济比较。在比较中应注意把握一些基本原则:(1)、尽可能选择长度短、特殊跨越少、水文和地质条件好的路径方案;(2)应尽可能避开森林、绿化区、果木林、公园、防护林带等,当必须穿越时,应尽量选取最窄处通过,以减少砍伐树木;(3)应尽可能少拆迁房屋及其它建筑物,应尽量少占农田;(4)应尽可能避开地形、地质复杂和基础施工挖方量大或排水量大以及杆塔稳定受威胁的不良地形、地质地段。2.2杆塔的选型与优化不同的杆塔型式在造价、占地、施工运输和运行安全等方面均不相同,杆塔工程的费用约占整个工程的25%-40%。因此,合理选择杆塔型式是关健。现在杆塔设计基本选用有成熟运行经验的通用塔型。在设计中,应首先根据设计的线路工程地形、选线情况、档距大小确定几种合适杆塔。要求尽可能地选用最经济的杆塔型式或高度,充分利用杆塔的使用荷载条件,尽量避免特殊设计杆塔,对较大转角杆塔应尽量降低高度,以减少基础工程量。对于位于规划区域内,如沿道路绿化带布线的杆塔,尽量选用同塔多回的钢管杆,以减少占地和美化城市景观,但大的转角塔若采用钢杆,由于结构上的原因极易造成杆顶挠度变形,基础费用也往往采用挖孔桩会比普通角钢铁塔基础增加1-2倍,因此,转角大地段应尽可能采用角钢塔,而直线塔则可采用钢管杆,如此能够满足环境、投资和安全要求。在实际工作中,往往碰到高压走廊狭窄情况时,可选用一些紧凑型杆塔。对于跨越果木林区、规划区尽量选用较高杆塔高跨通过。2.3排杆定位的设计与优化排杆定位是一项实践性很强的工作,这主要是因为现场地形地物千变成化,而塔位、塔高及塔型等,必须根据这些千差万别的情况合理安排,才能做出质量优良,技术合理的设计。2.3.1杆塔位选定原则(1)应尽量避免将杆塔立于水田等地段,以减少占用耕地;避免选在陡坡处,减少土石方量;(2)杆塔位应尽可能避开洼地、泥塘、水库、冲沟发育地段、断层等水文、地质条件不良的处所;对于带拉线的杆塔还应考虑打拉线处的条件;(3)应具有较好的施工[组、立杆(塔)和紧线]条件。2.3.2档距的配置方法龙源期刊网(1)最大限度地利用杆塔强度,并严格控制杆塔使用条件;(2)相邻档距的大小应不十分悬殊,以免过大地增加纵向不平衡力;(3)当不同的杆(塔)型或不同的导线排列方式相邻时,档距的大小应考虑到档中导线的接近情况,如换位杆(塔)间由于导线的交叉要适当减少档距;(4)尽量避免出现孤立档(特别是小档距孤立档)。2.3.3定位结果检查在初步确定杆塔位置、型式、高度后,应对线路设计条件进行全面检查,以验证是否超过设计规定的允许条件,主要包括:杆塔使用条件检查、导线及地线的运行条件检查、绝缘子串强度检查、耐张绝缘子串倒挂检查、施工基面及长短腿的确定、杆塔中心位移、交叉跨越距离的验算、边线风偏后对地距离的检查等。2.4基础的设计与优化杆塔基础是关系到架空线路机械稳固和安全运行的重要构件。它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。由于线路路径可能遇到各种地质情况,基础选型、设计比较复杂,需要针对不同情况,妥善处理。基础设计的优劣直接影响线路设计的质量。应注意把握如下原则:各段基础型式的选择,应结合各段地形、水文地质情况、施工条件以及铁塔型式加以确定,并且应在满足规程、规范的前提下,应尽可能地降低工程造价。为使线路能安全、稳定运行,铁塔基础结构设计应满足如下功能要求:能承受正常施工和正常运行时可能出现的各种工况下的荷载;在正常使用时具有良好的工作性能;正常维护下具有足够的耐久性能;在偶然事件发生及发生后,仍能保持必须的整体的稳定。2.4.1轴心直柱刚性基础这种基础中心在塔脚的垂直线上。这种基础广泛应用于线路工程中,尤其是35-110kV线路中。这种基础型式优点是施工容易,基础预偏调整容易及铁塔调整就位容易。缺点是为满足抗拔稳定性,基础尺寸大,基础需平整,挖方量大,不利于环保,基础造价较高。2.4.2等截面斜柱或斜插现浇钢筋混凝土基础此基础主柱双面倾斜,坡度与塔身坡度一致,从而使塔腿主材的水平力直接传入基础的底部,减少了基础主柱水平方向的作用力达70%-90%,而基础轴向作用力仅增加1%-2%,使基础主柱、底板受力状况得到改善,结构型式先进。由于基础主柱水平力的减少,不但使基础侧向的倾覆稳定性得到显著提高,基础主柱截面积也可减少,只要适当加大基础埋深,充分利用土体重抵抗上拔力,就可使其与同条件下其它基础相比降低混凝土和钢筋量达30%以上,经济效益好。由于基础主柱水平力的减少,使基础偏心荷载减少,底板应力接近均匀,基础底板尺寸大大减少,与同条件下龙源期刊网以上,与铁塔长短腿配合使用,平基方量大大减少,基本不破坏塔位原地形,有效的减少对环境的影响,社会效益好。缺点是当转角度数大于30°以上时预偏值较大,对插入角钢的预偏值很难计算准确;另外,采用斜柱基础用底脚螺栓与塔脚连接,则底脚螺栓与塔脚需要火曲,加工质量和受力性能难以保证。3、结束语通过对架空输电线路的杆塔选型与定位设计可以看出,架空线路设计质量应全过程控制,避免设计中脱离工程实际,一味生搬硬套。根据每项工程各自特点,各专业紧密配合,不断进行方案优化,不断探素与创新,不断设计出精品为电网的跨越式发展提供有力的保障。参考文献[1]电力工程高压送电线路设计手册(第二版),中国电力出版社,2003-1。[2]110-500kV架空输电线路设计技术规程(DL/T5092-1999),国家经济贸易委员会,1999-10-1。[3]送电线路基础设计技术规定(DL/T5219-2005),国家经济贸易委员会,2005。■