高压输电铁塔结构设计及应用研究

【摘要】结合当前国内外的电网研究状况，输电线路不断增多，走廊日趋紧张，特别是由于规划部门对土地审批日趋严格，线路通道在很多地区已经成为影响电网建设的主要因素，因此有必要对提高单位线路走廊的输电能力进行研究。本文详细介绍了同塔多回路铁塔的发展现状和应用前景。

【关键词】输电铁塔；电力走廊；多回路；经济指标；结构设计

同塔多回路在国外应用比较普遍，尤其是在经济发达且人口密集的日本和欧洲部分国家应用较多。这些国家由于土地资源紧缺、线路走廊的投资占工程总投资的比重较大。同塔多回路的应用已非常广泛。

1同塔多回路在国外的应用

在欧洲，德国的电力工业发展走在前沿，该国目前最高电压等级为380kV。由于德国土地较为紧缺，为了有效地利用电力线路走廊，政府规定新建线路必须同塔架设两回以上。根据文献资料，德国高压和超高压线路中较为常规的线路是同塔四回，也有同塔六回线路。线路走廊的投资一般占线路建设总投资的20～30％。对于最高电压等级的380kV，目前在运行的同塔四回线路仅限于两回380kV，两回230kV。日本土地资源紧张，所以同塔多回路线路比较普及。目前同塔八回也较为常见。110kV以上线路多数为四回。500kV以上除早期2条为单回路外其余均为双回共塔架设，500kV同塔四回线路很少见。

2同塔多回路技术经济指标

2．1铁塔钢材成本费用通过对近期设计的唐山动车城220kV4回架空输电线路进行汇总，如图1，比较得知，同塔4回架空输电线路与同塔双回线路的直线塔单基塔重比为2．1～2．7，耐张塔为2．7～3．2。分析原因主要是铁塔高度的增加导致风压产生的弯矩、扭矩增加，从而影响铁塔重量的增加。为了满足设计要求，铁塔主材需采用双拼甚至4拼角钢或钢管材料，因此增加了铁塔的重量。并且其加工难度和加工费用高于常规线路，这也增加了一部分费用。2．2铁塔基础材料成本费用输电线路的铁塔基础材料主要包括钢筋和水泥。由于多回架空输电线路铁塔重量和所承受的荷载增加导致基础材料量增加。一般情况下，基础工程量比2个双回架空输电线路要多。2．3电气材料成本费用输电线路的电气材料成本费用主要包括导地线及通信线、绝缘子和金具。同塔4回架空输电线路与2个同塔双回架空输电线路相比，其导线、通信线的耗量相同，节约2根地线，但绝缘子增加了一部分。综合考虑，两者的电气费用大致相同。2．4施工费用输电线路的施工费用主要是与工程施工相关的费用，影（a）（b）图1杆件应力分布图响施工费用的主要因素有：施工人员、施工难度和施工工期。显然同塔4回架空输电线路对工人技术要求较高，施工难度较大，工期较长，相应施工费用也略高。2．5征地费用征地费用取决于线路走廊面积。同塔4回征地费用比2条同塔双回架空输电线路少一半。

3铁塔设计

3.1铁塔荷载各塔型的使用条件均满足《塔型规划及技术条件》的要求。铁塔计算的荷载组合按如下原则确定。3.2正常运行情况（1）基本风速、无冰、未断线（包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合）；（2）设计覆冰、相应风速及气温、未断线；（3）最低气温、无冰、无风、未断线（适用于终端和转角塔）。3.3断线（含分裂导线的纵向不平衡张力）情况（1）悬垂型杆塔的断线情况，按-5℃、有冰、无风荷载计算：同一档内，单导线断任意一相导线（分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力），地线未断；断任意一根地线，导线未断；（2）耐张型杆塔的断线情况，按-5℃、有冰、无风荷载计算：同一档内，单导线断任意两相导线（分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力），地线未断；同一档内，断任意一根地线，单导线断任意一相导线（分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力）（四回路断任意三相）。3.4不均匀冰荷载情况（1）悬垂型杆塔按未断线、-5℃、有不均匀冰、10m/s风计算，两侧覆冰不同，同时不小于：①导线的纵向不平衡张力取导线最大使用张力的10%；②地线的纵向不平衡张力取地线最大使用张力的20%。（2）耐张型杆塔按未断线、-5℃、有不均匀冰、10m/s风计算，两侧覆冰不同，同时不小于：①导线的纵向不平衡张力取导线最大使用张力的30%；②地线的纵向不平衡张力取地线最大使用张力的40%。各类杆塔均应考虑所有导、地线同时同向有不均匀覆冰的不平衡张力，使杆塔承受最大的弯矩。3.5安装情况各类塔型的安装情况，按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件考虑以下荷载组合：（1）悬垂型杆塔：①提升导线、地线及其附件时的作用荷载。包括提升导、地线、绝缘子和金具等重量（一般按2.0倍计算）和安装工人和工具的附加荷载，提升时应考虑动力系数1.1；②导线及地线锚线作业时的作用荷载。锚线对地夹角一般应不大于20°，正在锚线相的张力应考虑动力系数1.1。挂线点垂直荷载取锚线张力的垂直分量和导、地线重力和附加荷载之和，纵向不平衡张力分别取导、地线张力与锚线张力纵向分量之差。（2）耐张型杆塔：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；锚导线时，在同档内的地线已架设。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；紧导线时，同档内的地线已架设，相邻档内的导线已架设或未架设。②临时拉线产生的荷载。临时拉线对地夹角不大于45°，计算时导线的临时拉线按平衡其张力标准值30kN考虑，地线临时拉线按平衡其张力标准值5kN考虑。（3）线牵引绳产生的荷载：紧线牵引绳对地夹角一般按不大于20°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。对于四回路塔的施工，应先进行地线施工，然后22万线施工，完毕后再进行11万线施工。3.6铁塔材料（1）铁塔构件均采用热轧等肢角钢及钢板，热轧等肢角钢的材质为Q345B和Q235B钢，钢板采用Q345钢和Q235钢。（2）焊条采用E43型、E50型、E55型。（3）铁塔各部件的连接大多采用螺栓连接，塔脚及局部结构采用焊接，全线一般地段从塔脚基础顶面以上10m高度水平范围内的所有连接螺栓（包括横隔面），均使用防卸螺栓，若在10m处遇有节点板或接头时，节点板或接头上所有螺栓均使用防卸螺栓。其他连接螺栓均需配有扣紧螺母。对于重要跨越处的铁塔需全塔采用防卸螺栓。（4）对于线路所在地区为舞动区的情况，应根据《国家电网公司新建输电线路防舞设计要求》规定，对相应铁塔采取适当防舞措施，本工程线路位于一级舞动区，耐张塔以及紧邻耐张塔两侧的直线塔全塔采用双帽防松螺栓（采用防卸螺栓处仍保留防卸螺栓），螺母采用镀后攻丝技术，减小螺栓和螺母间的配合间隙。（5）铁塔连接螺栓均采用6.8级粗制镀锌螺栓，并均加扣紧螺母（防卸型螺栓除外）。

4结语

由此可见，同塔四回路本体工程造价比两条双回路造价之和要高。当征地困难，走廊宽度受控的情况下，可优先考虑同塔多回路方案，否则其经济性很难体现。同时可以从两方面深入研究，降低本体造价：①结构优化设计；②新型材料的推广应用。

作者:吕国栋 齐干 李晓阳 单位:1.华北电力设计院 2.北京市地质研究所 3.铁道第三勘察设计院

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