環形混凝土電桿在配電網中的應用

摘要：根據沿海地區氣象條件，計算15m環型混凝土電桿在各種條件下的彎矩，對10kV配電網輸電線路的設計提出了參考建議。

關鍵詞：直線桿;彎矩;設計風速

0"前言

環形混凝土電桿由于其力學性能和經濟性較高，在全國的配電網中得到了廣泛的應用。但由于在過去的配網線路設計中，只對水泥桿的梢徑和桿長提出要求，并末對電桿所受彎矩進行嚴格的計算校核，以至于特別是臺風多發的沿海地區在臺風來臨時有倒桿現象的發生，對當地經濟建設和居民生活產生了嚴重的影響。本文就環形混凝土電桿在運行中所受彎矩進行計算分析，對配網線路設計中的電桿選型提出參考建議。

1"計算條件及計算公式

1.1計算條件

本次計算模型采用雙回路直線桿，桿型為φ190*15*K，錐度為1/75，電桿埋深2.3m;導線采用JKLYJ-10/240，導線計算外徑D=26.8mm，計算截面S=244.39mm2;線路水平檔距取55m，電桿設計風速取30m/s，見圖1。

圖1"電桿布置圖

正常運行的環形混凝土直線桿在水平方向上主要受風荷載作用，風向均以垂直線路方向計算。由于橫擔、絕緣子及附件在順線路方向受力較小，故略去不計，只以導線和桿身的風荷載來計算電桿彎矩。電桿最大彎矩計算點為電桿埋深1/3處。

1.2"計算公式

①根據《架空絕緣配電線路設計技術規程》DL/T601-1996，電桿、絕緣導線的風荷載計算公式為：

W=9.807CFV2/16

式中：C—風載體形系數，采用下列數值：環形截面的鋼筋混凝土桿，0.6;絕緣導線外徑小于17mm，1.2;外徑不小于17mm，1.1。F—電桿桿身側面的投影面積或單根絕緣導線外徑與水平檔距的乘積，m2。

②根據《66kV及以下架空電力線路設計規范》GB50061-2010，導線和桿塔的風荷載計算公式分別如下：

導線風荷載：Wx=αμsdLwW0"""""""桿塔風荷載：Ws=βμsμzAW0

式中α—風荷載檔距系數;μs—風荷載體型系數;d—導線或地線覆冰后的計算外徑之和;Lw—導線水平檔距;W0—基本風壓;β—風振系數;μz—風壓高度變化系數。

③本文分別以《架空絕緣配電線路設計技術規程》和《66kV及以下架空電力線路設計規范》提供的公式進行計算，并比較分析其結果。

2"計算過程

2.1選用《架空絕緣配電線路設計技術規程》公式計算：

W=9.807CFV2/16

單根導線風荷載：

W線=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.0268*55*302/16=894.435（N）

導線在電桿根部計算點產生的彎矩M線：

M線=3*"W線*L1+3*"W線*L2=3*894.435*（13.317+12.317）="68.784（KN·m）

電桿風荷載：

W桿=9.807CFV2/16

=9.807CFV2/16=9.807*1.1*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）*302/16=1154.568（N）

電桿在電桿根部計算點產生的彎矩M桿：

M桿="W桿*L3（L3為電桿重心至根部計算點的距離）

=1154.568*（（15-2.3）/2+0.767）=8.217（KN·m）

所以電桿在根部計算點所受外力彎矩為：

M總="M線+"M桿=68.784+8.217=77.001（KN·m）

2.2選用《66kV及以下架空電力線路設計規范》公式計算：

導線風荷載：Wx=αμsdLwW0

根據已知條件：α=0.75，μs=1.1

單根導線風荷載：Wx=αμsdLwW0

=0.75*1.1*0.0268*55*302/1.6=684.028（N）

導線在電桿根部計算點產生的彎矩M線：

M線=3*"W線*L1+3*"W線*L2=3*684.028*（13.317+12.317）=52.603（KN·m）

電桿風荷載：Ws=βμsμzAW0

根據已知條件：β=1.0，μs=0.6，μz=0.94

桿身風荷載：Ws=βμsμzAW0

=1.0*0.6*0.94*0.5*（0.19+0.19+1/75*（15-2.3））*（15-2.3）*"302/1.6=1106.653（N）

電桿在電桿根部計算點產生的彎矩M桿：

M桿="W桿*L3=1106.653*（（15-2.3）/2+0.767）=7.876（KN·m）

所以電桿在根部計算點所受外力彎矩為：

M總="M線+"M桿=52.603+7.876=60.479（KN·m）

根據《環形混凝土電桿》GB/T4623-2006標準，K級電桿的標準檢驗彎矩為49.00"KN·m，而我們計算出的電桿實際所受彎矩為60.479"KN·m，遠遠超過了K級電桿的檢驗彎矩，可見普通的K級電桿無法滿足單桿雙回路（JKLYJ-10/240）在水平檔距為55m，風速為30m/s的地區架設的要求。

2.3附加彎矩

由于一般的環形混凝土電桿的長細比很大，在實際計算校核時，除考慮電桿承受水平荷載產生的彎矩外，還必須考慮由撓度和垂直荷載而產生的附加彎矩。對于10kV及以下配電線路：單回路10kV無低壓直線電桿的附加彎矩取主彎矩的8%，單回路10kV帶單回路低壓線及10kV多回路直線電桿的附加彎矩取主彎矩的10%。

2.4圖表分析

為了直觀的反映設計風速和導線截面大小的變化對環形混凝土電桿所受彎矩的影響，下表以上述兩種公式分別計算電桿在不同風速和導線截面情況下的彎矩。計算模型同上。

表1""電桿彎矩表"""""""""""""""""單位：KN·m

由以上電桿彎矩表可得出：1、設計風速的大小對電桿彎矩起著決定性的作用。2、設計風速較大時，導線截面積增加所引起電桿受所彎矩的增加尤為明顯。3、設計風速較小時，配電規程公式和66kV規范公式計算的彎矩相差不大，而當設計風速較大時，選用配電規程公式計算電桿彎矩勢必會大大增加線路建設成本，建議選用66kV規范公式進行電桿的彎矩計算。

3"小結與建議

1、沿海地區設計風速較大，而且隨經濟不斷的發展，大截面的導線應用越來越普遍，一般的電桿已經不能滿足要求。所以在配網設計中，必須對電桿所受彎矩進行嚴格的計算校核，提出電桿允許抗彎強度數值，保證選型電桿的標準檢驗彎矩滿足要求。

2、由于設計風速對計算電桿所受彎矩影響甚大，故設計風速的選取就顯的尤為重要。設計風速選取過大，必然會導致線路成本的上升。《66kV及以下線路設計規范》GB50061-2010中規定“架空電力線路通過市區或森林等地區，如兩側屏蔽的平均高度大于桿塔的2/3，其最大設計風速取值設計宜比當地最大設計風速減少20%”。

參考文獻：

[1]GB50061-2010，66kV及以下架空電力線路設計規范.

[2]DL/T5220-2005，10kV及以下架空配電線路設計技術規程.