关于特高压杆塔荷载研究

关于特高压杆塔荷载研究

作者：叶伟 狐冠宇 王頔 来源：《房地产导刊》2014年第05期

摘要：随着我国国民经济的快速发展，促使了我国电力工业的发展。电网建设快速发展需要更高电压等级的输电技术，特高压交流输电不仅可以减少输电线路的回路数，节省线路走廊，而且有利于解决短路电流过大超过开关容量极限的问题。发展特高电压输电可使电网更加坚强，并且可以引导电源建设，使我国的资源开发更为合理。 关键词： 1000kV输电线路；特高压；荷载 1.概述

目前我国交流线路运行的最高电压等级为500kV，已建成投运的500kV线路达4.4万多公里，对500kV线路的杆塔设计、荷载组合已有设计规程、规定并有较为丰富的工程设计经验。1000kV级特高压输电线路是迄今为止世界上最高电压等级的交流输电线路，在我国还是空白，电压等级由500kV升到1000kV后，线路杆塔的尺寸、负荷发生了质的变化，据国外已建特高压输电线路来看，铁塔占本体投资的30%左右。现有的杆塔荷载不能适应特高压交流输电线路的杆塔荷载。本课题通过对特高压交流输电线路的杆塔荷载、荷载组合进行详细的研究，确定杆塔计算荷载组合原则。将对1000kV输电线路的杆塔设计起到指导意义，对降低特高压输电线路的工程投资，保证特高压线路的长期安全运行具有重大意义。 2.荷载

2.1我国现有杆塔荷载的情况

目前我国已建成投运330kV输电线路已有1万多公里，500kV线路近4.4万公里，已制定了《110～500kV架空送电线路设计技术规程》，形成了一套既能保证输电线路杆塔安全运行又经济合理的荷载组合。从50多年的运行统计来看，出现杆塔倒塔事故的概率极小。统计资料表明，我国500kV线路的倒塔频率大致在（2～5）10-3（倒塔次数/100km·年），量度在（2.5～8）10-5（倒塔基数/总基数·年），与国际上先进水平基本相当。 倒塔事故的发生主要有下面几个方面的原因：

（1）风速超过设计值，主要表现在局部地方出现龙卷风，飓风，这种气象条件，局部时有发生，风速大，造成的局部破坏大，具有不确定因素。在选线时加以避让、在杆塔使用上适当留有裕度或提高设计荷载。

（2）复冰厚度超过了设计值，如2005年2月7-17日在华中地区出现了罕见的雨雪冰冻天气，湖南、湖北两省的电力线路严重复冰，复冰厚度明显超过了15-20mm的设计标准，造

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成了杆塔倾倒、导线断裂。针对这种情况，在工程选线和终勘定位时尽量避开重冰区和微地形、微气象环境，应积累覆冰厚度、覆冰时的风速、温、湿度、降水量等第一手数据，指导1000kV特高压线路的覆冰厚度取值。

（3）铁塔杆件被盗和（或）被外力冲击引起铁塔杆件受力状态发生改变，导致杆塔倒塔。在设计时采取有效措施和加强运行维护。

（4）在塔材材质、金具质量以及设计质量等方面存在一些实质性的缺陷。通过把好器材质量关及加强设计全过程的质量管理，通过必要的试验来验证设计的正确性，可以防止这方面原因的倒塔事故。 2.2荷载工况组合

各类杆塔应计算线路正常运行情况、断地线、导线纵向不平衡张力情况和安装情况下的荷载组合，必要时还要验算地震、稀有负冰、稀有风情况。终端杆塔应考虑变电所侧导、地线一侧已挂和未架两种情况，对双回路杆塔只考虑同期架设。架线顺序应为，先地线，后导线，对双回路应为先上层、后中层、最后为下层。 2.2.1正常运行情况：

各类杆塔的正常运行情况，应计算下列荷载组合：最大风速、无冰、未断线（包括最小垂直荷载和最大水平荷载的组合）；最大复冰、相应风速及气温、未断线；最低气温、无冰、无风、未断线（适用于终端和转角杆塔）。 2.2.2断线情况（纵向不平衡张力）： （1）直线塔

a.单回路和双回路，任意一相有不平衡张力，地线未断、无风、无冰；任意一根地线有不平衡张力，导线无不平衡张力、无风、无冰。b.导线的纵向不平衡张力，对平地、丘陵及山地线路，应分别取不小于一相导线最大使用张力的15%、20%及25%，且均不应小于40KN.地线的不平衡张力取地线最大使用张力的50%。 （2）耐张塔

a.在同一档内断任意两相导线（终端塔考虑作用有一相或两相张力的不利情况）、地线未断、无冰、无风；b.断任意一根地线、导线未断、无冰、无风。断线情况时，所有的导线和地线的张力，均应分别取最大使用张力的70%及80%。 2.3安装情况

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各类杆塔的安装情况，应按风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑下列荷载组合： 2.3.1直线型（含悬垂转角型）杆塔的安装荷载： （1）提升地线： G=1.1x（1.2x1.1x1.5xG+0.9x1.4xGa）. H=1.1x0.9x1.4xP

（2） 提升导线：G=1.1x（1.2x1.1x1.5xG+0.9x1.4xGa）. H=1.1x（1.1x1.2xG+0.9x1.4xP）

说明：原线路规定提升导线都采用双倍起吊导线，1000kV特高压线路铁塔，导线分列数多，导线重量约为500kV线路的2倍，横担长度为500kV的2.1倍，750kV的1.3倍，如仍采用双倍起吊导线，横担的大部分杆件是在安装情况下控制，很不经济合理。有必要在施工方案上采取措施，采用转向滑轮提升导线。

1000kV线路施工荷载比较大，施工机具也会比500kV大，对施工场地的要求就更严，放线和紧线就不能正好在耐张塔上进行。为了给施工单位提供方便，降低施工费用，要考虑在直线塔上进行锚线。导线及地线锚线作业时，锚线对地夹角应尽量小，一般按不大于20°考虑，锚线张力动力系数采用1.1 ，此时，挂线点处的垂直荷载，取锚线张力的垂直分量和导、地线重力及附加荷载之和，纵向不平衡张力分别取导线、地线张力与锚线张力纵向分量之差。 2.3.2耐张型杆塔的安装荷载：

（1）导线及地线荷载：锚塔锚地线时，相邻档内的导线及地线均未架设；紧线塔紧地线时，相邻档内的地线已架设或未架设，同档内的导线均未架设。

（2）临时拉线所产生的荷载：锚塔和紧线塔均允许计及临时拉线的作用，临时拉线对地夹角不大于 45 0，其方向与导线、地线方向相一致，临时拉线一般可按平衡导、地线张力的 30 %考虑。

（3）紧线牵引绳所产生的荷载：紧线牵引绳对地夹角一般按不大于 20 0考虑，计算紧线张力时应计及导、地线的初伸长、施工误差和过牵引的影响。 2.3.3人重控制杆件荷载：

水平和接近水平且可能上人的铁塔杆件，应能承受 1000N 人重荷载设计值，此时，不与其它荷载组合。 2.4验算情况

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位于基本地震烈度为九度及以上地区的各类杆塔应进行抗震验算。验算条件：风荷载取最大设计值的 30 % ，无冰、未断线。 3.结论与建议

综上所述，提高设计荷载，无疑对降低倒塔事故是有利的，但会增加塔重和基础工程量，对控制工程造价是不利的。通过多年的运行和多种铁塔试验及与国外输电线路荷载组合相比表明，我国在杆塔荷载组合方面还是合理的，不存在不足和过严之处。因此，我国1000kV特高压输电线路杆塔荷载宜根据前苏联和日本的经验，根据1000kV输电线路的杆塔受力特点，在现有的规程上加以调整，适当提高标准，以求1000kV输电线路杆塔既安全又经济。 参考文献：

【1】[苏]г.н.亚历山大罗夫等，超高压送电线路设计，水利电力出版社； 【2】唐国安，我国500kV线路倒塔事故率浅析，电力建设，94年11期； 【3】国家电力公司赴南非输电线路考察团考察报告，2000年8月； 【4】《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；

【5】《110～500KV架空送电线路设计技术规程》（DL/T 5092-1999）； 【6】《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2002）。