220 kV雙回輸電線路鋼管桿設(shè)計(jì)檔距及安全系數(shù)取值分析

金 濤，王 沖 ，底尚尚

(1.河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031；2.北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊 050011)

220 kV雙回輸電線路鋼管桿設(shè)計(jì)檔距及安全系數(shù)取值分析

金 濤1，王 沖2，底尚尚1

(1.河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，石家莊 050031；2.北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊 050011)

介紹架空輸電線路鋼管桿水平檔距和安全系數(shù)的取值原則，對(duì)河北省南部電網(wǎng)某220 kV雙回架空輸電線路鋼管桿不同安全系數(shù)和設(shè)計(jì)檔距組合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為水平檔距250 m、導(dǎo)線安全系數(shù)為6時(shí)工程最經(jīng)濟(jì)，并提出設(shè)計(jì)檔距及安全系數(shù)的建議。

輸電線路；鋼管桿；水平檔距；安全系數(shù)

1 概述

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市用電負(fù)荷逐步增大，高壓輸電線路進(jìn)入城市已成為發(fā)展趨勢(shì)。目前城區(qū)采用的輸電線路有2種：一種是電力電纜，采用特殊加工制造而成的電纜線，埋設(shè)于地下或敷設(shè)在電纜隧道中；另一種是最常見(jiàn)的架空線路，通過(guò)立于地面的桿塔作為支持物，將導(dǎo)線用絕緣子懸架于桿塔上。由于電纜價(jià)格較貴，因此，我國(guó)目前絕大部分高壓輸電線路都采用架空線路。鋼管桿以其相對(duì)于常規(guī)角鋼鐵塔占地面積小、外形美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、施工方便、附件設(shè)計(jì)靈活多樣、塔材不易被盜的特點(diǎn)，在新城區(qū)的高壓架空線路中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

架空線路導(dǎo)地線安全系數(shù)和設(shè)計(jì)檔距是輸電線路鋼管桿設(shè)計(jì)時(shí)最重要的2個(gè)參數(shù)，由于鋼管桿承載能力較小，撓度要求高，通常認(rèn)為宜縮短鋼管桿的水平檔距，增大導(dǎo)地線安全系數(shù)，從而降低單基鋼管桿的質(zhì)量。但水平檔距縮短將導(dǎo)致單公里鋼管桿基數(shù)增多，從而增加鋼管桿的基礎(chǔ)及征地費(fèi)用；安全系數(shù)提高將增加鋼管桿呼高，導(dǎo)致鋼管桿質(zhì)量增加。以下通過(guò)河北省南部電網(wǎng)某220 kV雙回輸電線路工程對(duì)不同安全系數(shù)和設(shè)計(jì)檔距的組合進(jìn)行對(duì)比分析，找到一個(gè)使得工程造價(jià)最優(yōu)的安全系數(shù)和設(shè)計(jì)檔距。

2 鋼管桿計(jì)算取值原則

為比較各種水平檔距和安全系數(shù)對(duì)鋼管桿的影響，對(duì)鋼管桿計(jì)算原則統(tǒng)一如下：

a. 垂直檔距比水平檔距大50 m；

b. 地線安全系數(shù)比導(dǎo)線安全系數(shù)大2；

c. 鋼管桿材質(zhì)采用Q345；

d. 鋼管桿主桿采用12邊形，橫擔(dān)采用8邊形；

e. 直線桿撓度控制在5‰以內(nèi)，耐張桿撓度控制在15‰以內(nèi)；

f. 鋼管桿實(shí)際使用強(qiáng)度不超過(guò)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的90%；

g. 設(shè)計(jì)依據(jù)為DL/T 5130-2001《架空送電線路鋼管桿設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》及GB 50545-2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》[2-3]。

3 線路路徑及設(shè)計(jì)條件

3.1 線路路徑

河北省南部電網(wǎng)某220 kV架空輸電線路路徑見(jiàn)圖1，線路全長(zhǎng)AF=4.5 km，其中AB=0.05 km，BC=2.0 km，CD=1.0 km，DE=1.4 km，EF=0.05 km。線路共4個(gè)耐張桿,B、C、D、E點(diǎn)的轉(zhuǎn)角分別為90°、60°、30°、90°，為簡(jiǎn)化計(jì)算，更符合鋼管桿實(shí)際設(shè)計(jì)情況，將D點(diǎn)處耐張鋼管桿規(guī)劃為0°～30°轉(zhuǎn)角桿，B、C、E點(diǎn)耐張鋼管桿歸并為 60°～90°轉(zhuǎn)角兼終端桿。

圖1 220 kV架空輸電線路路徑

3.2 設(shè)計(jì)條件

a. 氣象條件：基本風(fēng)速v=27 m/s，覆冰厚度b=5 mm，最低溫度t=-20 ℃

b. 電壓等級(jí)為220 kV，導(dǎo)線型號(hào)為2×JL/G1A-400/35，地線型號(hào)為JLB40-185。

4 鋼管桿計(jì)算結(jié)果分析

影響鋼管桿質(zhì)量的2個(gè)主要因素分別為水平檔距和安全系數(shù)。根據(jù)計(jì)算原則和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼管桿設(shè)計(jì)水平檔距分別取150 m、200 m、250 m，導(dǎo)線安全系數(shù)分別取4 、6、8、10進(jìn)行組合，所有鋼管桿都盡可能滿檔距使用，首先根據(jù)線路路徑，確定鋼管桿類(lèi)型，經(jīng)過(guò)排位確定各種鋼管桿的基數(shù)及呼高，然后根據(jù)規(guī)范及計(jì)算原則對(duì)鋼管桿進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，得出不同組合條件下不同類(lèi)型鋼管桿的質(zhì)量，最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出整條線路在不同安全系數(shù)、不同水平檔距組合情況下的鋼桿質(zhì)量，見(jiàn)表1。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，鋼管桿的質(zhì)量不僅與設(shè)計(jì)的安全系數(shù)有關(guān)，同時(shí)也與設(shè)計(jì)檔距有關(guān)。根據(jù)表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，作直線桿質(zhì)量-安全系數(shù)曲線，見(jiàn)圖2，耐張桿質(zhì)量-安全系數(shù)曲線，見(jiàn)圖3，鋼桿總質(zhì)量-安全系數(shù)曲線，見(jiàn)圖4。

圖2 直線桿質(zhì)量-安全系數(shù)曲線

圖3 耐張桿質(zhì)量-安全系數(shù)曲線

圖4 鋼桿總質(zhì)量-安全系數(shù)曲線

從表l和圖2可以看出，當(dāng)安全系數(shù)一定的情況下，水平檔距L=150 m時(shí)，直線桿質(zhì)量最大，這是因?yàn)樗綑n距縮小，直線鋼桿的基數(shù)大大增加。當(dāng)水平檔距一定的情況下，安全系數(shù)增加后，相應(yīng)呼高增加，水平檔距L=250 m、安全系數(shù)K=6時(shí)，直線桿質(zhì)量最小。

從表1和圖3可以看出，當(dāng)安全系數(shù)一定情況下，水平檔距L=250 m時(shí)耐張桿質(zhì)量最大，這是因?yàn)槟蛷垪U基數(shù)是固定的，水平檔距越大，荷載越大，呼高越高，耐張桿質(zhì)量越大。

表1 鋼管桿數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表計(jì)算結(jié)果

當(dāng)水平檔距一定的情況下，安全系數(shù)增加后，相應(yīng)呼高增加，水平檔距L=150 m或200 m、安全系數(shù)K=6時(shí)，耐張桿質(zhì)量最小。若假設(shè)呼高相同，則安全系數(shù)越大，耐張桿質(zhì)量越小。 從表1和圖4可以看出，鋼桿質(zhì)量在相同水平檔距L=150 m、安全系數(shù)分別為4、6、8、10時(shí)，鋼桿總質(zhì)量分別為239.029 t、219.907 t、211.161 t、200.042 t，呈遞減的趨勢(shì)；直線桿質(zhì)量相差較小，耐張桿總質(zhì)量則呈明顯遞減趨勢(shì)，分別為83.32 t、61.066 t、52.32 t、51.11 t。這是因?yàn)橹本€鋼桿主要受檔距控制，橫擔(dān)方向的水平風(fēng)荷載對(duì)鋼桿影響較大。檔距較小時(shí)，鋼桿受力較小，因此直線鋼桿的質(zhì)量增量不明顯。而耐張鋼桿主要受導(dǎo)地線張力控制，安全系數(shù)越大，受力越小，鋼桿越輕。而當(dāng)水平檔距L=200 m或250 m時(shí)，則呈現(xiàn)鋼桿總質(zhì)量波動(dòng)不定的現(xiàn)象，且均為安全系數(shù)K=6時(shí)，鋼管桿總質(zhì)量最小。

在相同的安全系數(shù)下，隨著鋼桿基數(shù)的減少，鋼桿總質(zhì)量并不是相應(yīng)遞減，例如表1中，桿塔數(shù)分別為31基、23基、19基，但鋼桿總質(zhì)量卻分別是200.042 t、219.544 t、232.530 t。這是因?yàn)樵谙嗤踩禂?shù)下，設(shè)計(jì)檔距變大，雖然鋼桿基數(shù)減少了，但弧垂增大，必然引起鋼桿呼高增加，且弧垂增加的速度比鋼桿升高要快。由此可見(jiàn)，不一定增大水平檔距，就可以減少鋼桿總質(zhì)量。

5 經(jīng)濟(jì)性比較

從表1鋼管桿數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表可以看出當(dāng)水平檔距L=200 m、導(dǎo)線安全系數(shù)K=6時(shí)，鋼桿總質(zhì)量最小。但工程造價(jià)要綜合考慮上部鋼桿本體、下部基礎(chǔ)及征地等費(fèi)用，現(xiàn)按照鋼桿本體0.9萬(wàn)元/t，直線鋼桿基礎(chǔ)材料及施工費(fèi)用5.25萬(wàn)元/基，0°～30°耐張鋼桿基礎(chǔ)材料及施工費(fèi)用13.5萬(wàn)元/基，60°～90°耐張鋼桿基礎(chǔ)材料及施工費(fèi)用37.5萬(wàn)元/基，征地費(fèi)用0.5萬(wàn)元/基，從表1中選出鋼桿總質(zhì)量較小的5組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，見(jiàn)表2。

表2 鋼管桿經(jīng)濟(jì)性比較

通過(guò)表2比較可以看出，該工程在水平檔距L=250 m、導(dǎo)線安全系數(shù)K=6時(shí)，工程總造價(jià)最優(yōu)。

6 結(jié)論及建議

通過(guò)上述比較分析可知，該工程在水平檔距L=250 m、導(dǎo)線安全系數(shù)K=6時(shí)，工程總造價(jià)最優(yōu)。由于以上分析及結(jié)論只是針對(duì)該條220 kV雙回鋼管桿的輸電線路，且只對(duì)安全系數(shù)為4、6、8、10，水平檔距為150 m、200 m、250 m幾種情況進(jìn)行了組合統(tǒng)計(jì)分析，具體工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工程地形地貌、跨越物、污區(qū)等級(jí)、業(yè)主及規(guī)劃要求等諸多因素，通過(guò)比較找到適合的設(shè)計(jì)檔距和安全系數(shù)，才能使鋼管桿輸電線路造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行安全可靠。

[1] 王小松，黃林存，110 kV雙回鋼管桿合理的設(shè)計(jì)條件[M].天津電力技術(shù),2009(2)：14-18.

[2] DL/T 5130-2001，架空送電線路鋼管桿設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

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

本文責(zé)任編輯：王洪娟

Analysis on 220 kV Double Circuit Transmission Line Steel Tube Pole Span and Safety Factor Value

This paper introduces the circuit transmission line steel tube pole span and safety factor value principle, according to comparison analysis on composition calculation result of the different safety factor and design pole span steel pipe of southern Hebei province power grid 220 kV double circuit transmission line rod,considers that the project is the most economic when the horizontal span is from 250 m,wire safety coefficient is 6,puts forward the design span and safety factor coefficient suggestions.

power transmission line；steel tube pole； span；safety factor

2013-06-01

金 濤(1982-), 男，工程師，主要從事輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TM752

B

1001-9898(2014)01-0046-03