220kV直線桿塔規(guī)劃的新方法

張懷術(shù)，連繼業(yè)，黃 浩

(1.佛山市順德電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 順德 528300；2.佛山供電局，廣東 佛山 528000)

在常規(guī)220kV送電線路工程中，桿塔部分通常占本體造價(jià)的30%左右，可見桿塔規(guī)劃對(duì)工程造價(jià)影響非常大。規(guī)劃桿型少，桿塔使用條件極差偏大，雖利于減少設(shè)計(jì)工作量，但利用率低，工程造價(jià)偏高；規(guī)劃類型多，設(shè)計(jì)和加工周期變長(zhǎng)，施工和運(yùn)行的不便性相應(yīng)提高，因此，能否規(guī)劃出利用率高且經(jīng)濟(jì)的直線塔對(duì)控制單位造價(jià)指標(biāo)影響深遠(yuǎn)，而通常占桿塔總造價(jià)的60%左右的直線塔自然成為考慮的重點(diǎn)。

1 桿塔規(guī)劃的常規(guī)方法及缺陷

桿塔規(guī)劃的常規(guī)方法是利用概率統(tǒng)計(jì)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、微積分等理論優(yōu)選出一組水平檔距和垂直檔距，以使其在具體工程中利用系數(shù)盡可能接近1，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。通常做法是收集多個(gè)代表性工程所積累的桿塔使用數(shù)據(jù)情況，以此為預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，規(guī)劃出技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的桿塔系列。

桿塔規(guī)劃常規(guī)方法的缺陷是：理論上，按不同使用條件設(shè)計(jì)的塔型越多則線路造價(jià)越經(jīng)濟(jì)，但實(shí)際上很難設(shè)計(jì)出滿足所有地形要求和使用條件的塔型，這就意味著在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)找不到適合塔型的情況，若全部針對(duì)具體工程設(shè)計(jì)，則從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，較低的桿塔使用率實(shí)際上會(huì)增加工程成本。

為了盡可能避免常規(guī)方法的缺陷，規(guī)劃出高效、經(jīng)濟(jì)的直線塔是最好的解決辦法。

2 桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)的新方法

由于風(fēng)速隨高度而增加，當(dāng)線路的桿塔高度和導(dǎo)、地線的平均高度不同于最大設(shè)計(jì)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)高度時(shí)，不同高度處的風(fēng)壓應(yīng)乘以風(fēng)壓高度變化系數(shù)。在計(jì)算導(dǎo)、地線和塔身的風(fēng)荷載時(shí)均照此原則。按常規(guī)規(guī)劃直線塔型的方法，由于水平檔距對(duì)應(yīng)的計(jì)算高度是最高呼稱高，所有呼稱高對(duì)應(yīng)的水平檔距都是一樣的，那么導(dǎo)、地線和塔身風(fēng)荷載都要按照該塔型最高呼稱高的風(fēng)壓高度系數(shù)計(jì)算，風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果將明顯大于低呼稱高的實(shí)際荷載，造成鐵塔和基礎(chǔ)材料量的增加。為了充分利用低呼稱高鐵塔的承載能力，擴(kuò)大每種直線塔型的使用條件，可以按照“塔高每降低一定高度，桿塔水平檔距相應(yīng)增大一定百分比”的新方法來考慮直線塔的規(guī)劃。

為了確定鐵塔按全高折算水平檔距的具體原則，根據(jù)大量的分析和測(cè)算，確定呼稱高按照每降低6m進(jìn)行一次水平檔距的折算。在對(duì)水平檔距相應(yīng)增大5%、6%、8%、10%、15%和20%的情況進(jìn)行桿塔荷載和鐵塔選材計(jì)算后，選擇增大百分比為6%～8%時(shí)，最為合理經(jīng)濟(jì)。一般來說，最高呼稱高對(duì)應(yīng)的水平檔距值小于500m時(shí)，折算比例為8%；最高呼稱高對(duì)應(yīng)的水平檔距值不小于500m時(shí)，折算比例為6%。

例如，某直線塔型規(guī)劃呼稱高為27～48m，呼稱高為48m時(shí)，對(duì)應(yīng)水平檔距為400m；則呼稱高為42m時(shí)，按8%折算，對(duì)應(yīng)的水平檔距為400×(1+8%)=432m；呼稱高為36m時(shí)，對(duì)應(yīng)的水平檔距為432×(1+8%)=467m；呼稱高為3 0 m時(shí)，對(duì)應(yīng)的水平檔距為467×(1+8%)=504m。該塔的使用條件實(shí)際上是4種不同呼稱高和水平檔距的組合，在設(shè)計(jì)該塔型時(shí)，則需要開列48m、42m、36m和30m呼稱高的外負(fù)荷，而這4種呼稱高的外負(fù)荷都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，這樣設(shè)計(jì)出的鐵塔才能真正保證滿足所規(guī)劃的使用條件并使低呼稱高也達(dá)到滿應(yīng)力設(shè)計(jì)。

通過對(duì)已設(shè)計(jì)的某220kV線路的桿塔實(shí)際使用條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì),按照新的桿塔規(guī)劃方法，重新規(guī)劃了220kV線路的塔型，同系列一般5個(gè)直線塔已經(jīng)能滿足絕大部分工程需要。直線塔的種類雖然比以往的8塔方案少了3種，但是由于每個(gè)塔型的使用條件范圍擴(kuò)大，使得全系列直線塔的使用條件要比以往豐富得多。

3 工程實(shí)例

某2 2 0 k V架空送電線路工程全線長(zhǎng)49.51km，均按雙回路共塔架設(shè)。線路恰好處于一個(gè)氣象分界點(diǎn)，需經(jīng)過兩個(gè)氣象區(qū)，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速分別為32m/s和35m/s，無覆冰。根據(jù)系統(tǒng)專業(yè)要求，每相導(dǎo)線鋁截面采用2×630mm2。線路沿線地形以山地和丘陵為主，有少部分泥沼和高山，交通條件較好。全線共新建鐵塔106基，其中雙回路直線塔90基，雙回路耐張塔16基。

針對(duì)該工程的實(shí)際情況，按照桿塔規(guī)劃新方法，規(guī)劃了32m/s風(fēng)區(qū)直線塔4個(gè)，35m/s風(fēng)區(qū)直線塔5個(gè)，具體使用條件見表1、表2。

表2 35m/s風(fēng)區(qū)規(guī)劃塔型

以35m/s風(fēng)區(qū)直線塔系列為例，按照以往的常規(guī)規(guī)劃方法，需要規(guī)劃8個(gè)直線塔，具體使用條件見表3。

表3 35m/s風(fēng)區(qū)規(guī)劃塔型

通過表2和表3可以看出，ZSC71的使用條件范圍涵蓋了Z1和Z2，ZSC72的使用條件范圍與Z3和Z4基本相當(dāng)，ZSC 73、ZSC 74和ZSC 75的使用條件范圍已經(jīng)完全涵蓋了Z5～Z7以及Z8塔的42 m～54m呼高范圍內(nèi)的使用條件。由于呼稱高大于54m，水平檔距達(dá)到750m的情況極少出現(xiàn)，結(jié)合工程具體情況，72m呼稱高對(duì)應(yīng)的水平檔距為630m已經(jīng)能滿足實(shí)際需要。按照規(guī)劃新方法的設(shè)計(jì)思路規(guī)劃的直線塔新5塔方案與傳統(tǒng)的舊8塔方案的比較具體見表4。

表4 直線塔新方案與舊方案比較

新的5塔方案通過增大桿塔系列中每一個(gè)直線塔型的使用范圍，減少了塔型種類，提高了小使用條件直線塔的使用率，有效地降低了工程鐵塔千米指標(biāo)，運(yùn)行維護(hù)方便。優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案在工程實(shí)例中加以應(yīng)用，取得了明顯的效果，節(jié)省桿塔工程投資約8%。

4 結(jié)語

按桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)新方法規(guī)劃出的直線塔系列采用5塔方案，由于每個(gè)塔型的使用條件范圍擴(kuò)大，比以往的8塔方案的使用條件要豐富得多。桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)新方法最大的好處是減少了直線塔型的種類和大使用條件的鐵塔數(shù)量，在鐵塔加工、運(yùn)行和維護(hù)等方面都優(yōu)于以往的桿塔方案。桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)新方法在多個(gè)220kV送電線路的施工圖設(shè)計(jì)運(yùn)用，情況良好，達(dá)到了預(yù)期的目的。相較以往不經(jīng)過實(shí)際計(jì)算就放大或縮小使用條件的簡(jiǎn)單折減方法，新方法以大量的計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，最大程度地利用了鐵塔設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，達(dá)到了桿塔規(guī)劃的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]GB 50545-2010，110kV~750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路手冊(cè)(2版)[K].北京：中國(guó)電力出版社, 2002.

[3]任宗棟，劉泉，等.輸電線路桿塔水平檔距折算方法[J].電力建設(shè)，2011，(05).