工程师论文重冰区220kV线路杆塔选型与设计优化

　　近年来我国输电线路频繁受到严寒和冰雪天气的袭击，重冰区的输电铁塔和导线覆冰现象严重，导致铁塔所受的不平衡力显著增加，而且覆冰导线对于铁塔施加很大的冲击载荷，容易造成杆塔的疲劳损害，形成裂纹，造成严重的安全隐患和巨大的经济损失。随着我国对电力需求日益增加，杆塔所设的导线密度越来越大，因此对杆塔的承载能力要求越来越高，而且重冰区对杆塔的影响更加明显，对于重冰区的杆塔进行合理选型与优化设计，能够确保重冰区线路杆塔的稳定运行。本文对重庆地区220kV线路杆塔选型与设计进行分析，结合现行的设计规程与重冰区杆塔存在的问题，探讨杆塔的优化设计。

　　2 重冰区杆塔规划设计与选型

　　2.1 重冰区杆塔规划设计

　　对于重冰区的杆塔设计而言，线路定位档距不宜过大，为了确保线路张力平衡，需要尽量保证档距均匀设置，而且邻档的高差也尽量一致，避免脱冰跳跃和不均覆冰时引起悬垂绝缘子串上翻。根据220kV重庆地区的线路工程，在杆塔的规划与设计中，需要确保档距合理，控制耐张塔转角度在40°以内，从而确保档距的合理设置。对于不同冰区的杆塔进行合理设计，其中20mm冰区直线塔采用ZBC21、ZBC22，30mm冰区直线塔采用ZBC31、ZBC32，保证2型转角塔同时兼做冰区分界塔。

　　2.2 重冰区杆塔选型

　　常见的杆塔选型包括直线塔选型与耐张塔选型，根据《110～750kV架空输电线路设计规范》一般规定，杆塔结构荷载包含最大风、无冰、未断线荷载组合;最大覆冰、相应风速以及未断线荷载组合;最低气温、无风、无冰、未断线荷载组合。重冰区的杆塔选型包括：(1)直线塔选型，根据以往经验，重冰区V串悬挂布置的可靠性更高，而且相比于单回路杆塔，直线塔中的猫头塔与酒杯塔是相对成熟的型式，以重庆地区的20mm冰区1型的直线塔为例，酒杯塔导线的走廊宽度大，而且传力路径更为清晰，相对于猫头塔，酒杯塔的塔身与塔腿主材规格相对较小，更利于山地运输。在重庆地区的220kV线路杆塔一般位于山区，根据DL/T 5440-2009规程，需要保证杆塔采用水平排列，有利于防止导线脱冰跳跃时过于接近而出现的闪络跳闸等情况的出现;(2)耐张塔选型，常见的220kV以及以上等级的耐张塔常用干字型塔，该种塔型架构简单，受力清晰，占用线路走廊窄，重庆地区的220kV线路杆塔采用干字型塔，施工安装以及检修比较方便，根据转角的不同，选择不同的导线挂点，以获得更佳的电气安全距离。

　　3 重冰区220kV线路杆塔设计优化

　　《110～750kV架空输电线路设计规范(GB 50545-2010)》对输电杆塔做出了如下规定：杆塔结构应该采用极限状态设计方法进行计算，同时采用指标度量进行结构构件可靠度计算，对于重冰区220kV线路杆荷载、材料性能以及几何参数进行分项系数的研究。为了确保重冰区220kV线路杆塔安全稳定运行，需要对线路杆塔进行优化设计。

　　3.1 塔位与路径优化

　　在杆塔的设计施工过程中，如果基础开挖过深及地下水渗透严重、垮塌现象也很严重，为了确保杆塔的安全施工与管理，需要对部分基础型式进行优化设计，降低施工难度，为了满足杆塔的设计要求，在保证杆塔设计满足相关标准的前提下，在原设计基础上取消几基杆塔，解决工程投资。工程建设施工过程中，为了降低工程投资，节省线路通道资源，需要对线路路径进行优化设计。

　　3.2 塔身节间与隔面布置

　　铁塔的主材节间的布置以及塔身斜材的布置是相互关联、相互影响的，在杆塔设计过程中，需要按照受力最佳以及结构最优的原则进行布置计算，根据设计经验，可以对以下两方面进行调整，从而确保设计均匀，减小杆件规格：(1)控制主材构件长度，因为重庆地区的220kV线路杆塔设计位于山区，因此在建设的过程中，需要考虑到运输和组装的方面，为了避免主材构件相互碰撞产生的变形，需要确保主材单根构件长度不超过9m，而且通常采用Q420高强钢，重量不超过500kg，以保证主材运输安全;(2)根据计算与施工经验，杆塔斜材抵抗外荷载的能力与斜材与水平面夹角等有关，而且塔身斜材与水平面夹角取35°～45°较为合适，塔腿斜材夹角不得小于18°，对夹角进行有效控制，能够保证斜材具有较高的荷载能力。

　　坡断面处、直接受扭力断面处和塔顶及塔腿顶部断面处设置横隔面，考虑到重冰区线路杆塔的特点，需要按照不大于平均宽度的3倍、不大于3个主材节间分段设置隔面，确保塔身具有较强的刚度，应付重冰区的塔身强度要求。

　　3.3 塔头结构优化

　　为了确保重冰区的线路杆塔稳定运行，需要对塔头进行有效布置，保证导地线载荷传力清晰可靠。导地线通畅通过曲臂传递至塔身，而且上下曲臂交点处表现为点接触，为了确保线路的点接触与有效管理，需要对曲臂焦点的主材之间进行有效设置，保证主材之间的夹角大于20°。因为构造原因，塔头的上下曲臂内部的杆件平面斜材杆件负端距大、偏心大，为了保证重冰区杆塔的安全性，需要考虑到环境以及结构的影响，保证主材传递塔头的受力，保证受力清晰可靠，塔头稳定。

　　3.4 节点构造优化

　　在220kV线路杆塔设计过程中，节点构造是杆塔设计的重要环节，为了保证杆塔在重冰区能够加高强度，需要避免节点构造不当而造成的杆塔受力破坏，为了确保杆塔的设计稳定，可以从以下方面进行节点优化：(1)对直线塔上下曲臂的节点进行卷边处理，从而尽量减少曲臂受力杆件的负端距，保证节点的强度;(2)改良直线塔塔身的变坡位置，采用简化设计能够保证传力更为可靠，确保杆塔安全稳定;(3)直线塔颈口处采用双面连接，并且以火曲角钢进行角钢强化，增强节点的强度与刚度。

　　4 结语

　　重冰区的杆塔受到天气影响严重，冬季寒冷季节覆盖冰荷载较大，因此在杆塔的选型与设计中，需要对重冰区的冰荷载以及风荷载进行分析，采取有效方式进行计算，确保杆塔选型与设计满足相关标准。本文通过对重庆地区的220kV线路的杆塔规划、选型、线路、结构等方面的设计进行总结，确保杆塔满足重冰区的规范要求。随着社会经济的发展，电力线路的设计施工要求越来越高，因此重冰区杆塔设计方案需要不断的研究与试验，确保杆塔的可靠性，同时充分考虑杆塔加工、运输以及组装的方便，全面保障重冰区输电线路的安全

　　运行。

　　参考文献

　　[1] 孟遂民，孔伟.架空输电线路设计[M].北京：中国电力出版社，2007.

　　[2] 中华人民共和国国家标准.110～750kV架空输电线路设计规范(GB 50545-2010)[S].

　　[3] 李宏男，白海峰.高压输电塔-线体系抗灾研究的现状与发展趋势[J].土木工程学报，2007，40(2).

　　作者简介：王强(1982-)，男，山西阳泉人，国网阳泉供电公司经研所设计室工程师;田云(1971-)，男，山西沁源人，国网阳泉供电公司经研所设计室工程师。