城區220kV雙回路鋼管桿安全系數取值分析

胡 鑫 閆克星 李曉東 梅志強 王玉杰 陳軍帥

（1.國網河南省電力公司經濟技術研究院，河南 鄭州 450052；2.河南電力博大實業有限公司，河南 鄭州 450051；3.河南鼎力桿塔股份有限公司，河南 駐馬店 463900）

導線的安全系數是輸電線路設計的重要參數，它關系到線路的投資大小并影響到線路的運行安全。如果設計時采用合理的安全系數，會在保證線路安全運行的前提下使投資相對較小［1］。

根據線路應力、弧垂的簡化計算公式，可知如果增大導線的安全系數，則導線弧垂變大，為滿足對地距離及交叉跨越的要求，必然要通過采用呼程高度較高的鋼管桿，或增加桿塔數量以縮小檔距來實現［2］。增大安全系數，在同呼高情況下，單基桿塔重量減小，但水平檔距也相應減小，桿塔總基數有可能增加，一定線路長度下桿塔總重量不一定減少，所以，安全系數大，工程投資不一定就會降低［3-4］。反之，如果縮小導線的安全系數，則導線弧垂也會減小，雖然桿塔呼程高度或桿塔基數會有所減少，但會引起單基鋼管桿耗材增加，轉角桿尤其明顯，所以，安全系數小，工程投資也不一定會降低。對于某個工程來說，如果線路路徑和交叉跨越已經確定，必然會有個“臨界點”，使得鋼管桿線路路徑造價經濟合理，運行安全可靠［5］。本研究通過假定一定的線路路徑，建立計算模型，然后對各個模型進行工程估算、分析，從而選擇相對經濟的線路安全系數和鋼管桿高度。

1 鋼管桿計算取值原則假定

1.1 導、地線的設計安全系數是使導、地線在運行中存在一定的安全儲備，即導、地線的瞬時拉斷力與導、地線在弧垂最低點最大使用拉力之比值。根據GB 50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》第5.0.7條規定，導、地線在弧垂最低點的設計安全系數不應小于2.5。結合工程經驗，本次導線安全系數分別取值5、6、7、8；地線安全系數分別取值7、8、9、10，進行計算。

1.2 鋼管桿主桿材質采用Q420，橫擔材質選用Q345。

1.3 地線安全系數比導線安全系數大2。

1.4 直線桿撓度控制在5‰以內，耐張桿撓度控制在12‰以內。

1.5 鋼管桿實際使用強度不超過設計強度的90%。

1.6 耐張桿轉角度數劃分：Ⅰ型轉角度數0°～10°；Ⅱ型轉角度數10°～30°；Ⅲ型轉角度數30°～50°；Ⅳ型轉角度數50°～70°；終端桿70°～90°（兼0～90終端）。

1.7 根據調研結果，按照正態分布統計原則，得出常用的鋼管桿檔距分布，從而確定本次設計Ⅰ型直線桿水平檔距均取200m、垂直檔距均取250m；Ⅱ型直線桿塔水平檔距取250m、垂直檔距取300m，跨越桿水平檔距取250m，垂直檔距取300m，耐張桿塔水平檔距取220m、垂直檔距取280m。

1.8 桿塔總重增大調整系數取值1.25。

2 計算模型建立

2.1 設計條件

2.1.1 氣象條件

按照國家標準《110～750kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545-2010）的規定，根據沿線的氣象資料數理統計結果，結合河南省典型氣象區，確定本工程設計氣象條件匯總于表1。

表1 工程氣象條件參數組合表

2.1.2 地質條件

地質條件，選用一般地質，基本由黏土層組成，各土層參數見表2。

表2 土層參數

2.1.3 導地線選擇

目前我國導線標準采用GB/T 1179-2008，參照國網公司標準物料導、地線參數及相關技術要求，本次設計導線選用JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45型鋼芯鋁絞線。

2.1.4 線路假定

因鋼管桿線路路徑所經地區一般為城市規劃區、走廊受限制區或公路綠化帶等受限制的地段，線路長度相對較短。本模型考慮獨立的一個耐張段為基本單位來分析，此耐張段長度假定為2km，耐張段所用耐張桿分別采用各型耐張桿進行組合，這樣可以看出耐張桿選用不同對造價的影響，如圖1所示。

圖1 模型示意圖

2.1.5 桿型配置

（1）導線選用LGJ-630/45型時桿塔布置情況

桿塔基數不變、導線對地安全距離不小于18m時，不同導線安全系數取值條件下桿塔呼高變化情況（詳見表3）。

桿塔呼高不變、導線對地安全距離不小于18m時，不同導線安全系數取值條件下耐張段內桿塔基數變化情況（詳見表4）。

表3 桿塔基數不變時不同導線安全系數取值條件下桿塔呼高變化（LGJ-630/45導線）

表4 桿塔呼高不變時不同導線安全系數取值條件下的桿塔基數變化（LGJ-630/45導線）

（2）導線選用LGJ-400/35型時桿塔布置情況

桿塔基數不變、導線對地安全距離不小于18m時，不同導線安全系數取值條件下桿塔呼高變化情況（詳見表5）。

表5 桿塔基數不變時不同導線安全系數取值條件下桿塔呼高變化（LGJ-400/35導線）

桿塔呼高不變、導線對地安全距離不小于18m時，不同導線安全系數取值條件下耐張段內桿塔基數變化情況（詳見表6）。

表6 桿塔呼高不變時不同導線安全系數取值條件下的桿塔基數變化（LGJ-400/35導線）

2.1.6 關于造價估算

（1）造價估算包括工地運輸和土石方工程、基礎工程、桿塔工程和附件工程等本體部分。

（2）基礎工程包工包料費按0.2萬元/m3標準計算。

（3）鋼管桿單價按0.95萬元/t標準計算，施工費單價按0.2萬元/t標準計算。

（4）附件工程按直線塔0.75萬元/基、耐張塔1.2萬元/基標準計算。

2.2 計算結果數據分析

2.2.1 2×LGJ-630/45導線安全系數分析

總體造價與安全系數的關系如圖2、圖3所示。

圖2 不同導地線安全系數下，桿塔呼程高度變化，保持桿塔基數不變，假定線路在不同安全系數與總體造價的關系圖

圖3 不同導地線安全系數下，桿塔呼程高度不變，增減桿塔基數，假定線路在不同安全系數與總體造價的關系圖

從總體造價與安全系數關系圖可以看出，小轉角桿型在相同安全系數下，造價低于大轉角組合桿型，所以在鋼管桿線路路徑設計中轉角桿的選用對整體造價有一定影響。在鋼管桿基數不變，呼高變化這種方案下，使用Ⅲ型及Ⅳ型耐張鋼管桿，在導線安全系數K=7時，線路總體造價最少，但與K=5時的總體造價相差很小，其余組合情況均是在導線安全系數K=5時，線路總體造價最少；在鋼管桿基數變化，呼高不變此種方案下，均是在導線安全系數K=5時，線路總體造價最少。

2.2.2 2×LGJ-400/35導線安全系數分析

總體造價與安全系數的關系如圖4、圖5所示。

從總體造價與安全系數關系圖可以看出，無論在鋼管桿基數不變，呼高變化這種方案下，還是在鋼管桿基數變化，呼高不變此種方案下，均是在導線安全系數K=5時，線路總體造價最少。

圖4 不同導地線安全系數下，桿塔呼程高度變化，保持桿塔基數不變，假定線路在不同安全系數與總體造價的關系圖

圖5 不同導地線安全系數下，桿塔呼程高度不變，增減桿塔基數，假定線路在不同安全系數與總體造價的關系圖

3 結論

由以上圖表可以得出，導線選用LGJ-630/45和LGJ-400/35型，并且在鋼管桿基數不變，呼高變化，以及鋼管桿基數變化，呼高不變兩種方案下，均是在導線安全系數K=5時，線路總體造價最少，且與國網通用設計四柱鋼管塔安全系數一樣，可根據實際線路走廊情況配合使用。但導線為LGJ-630/45時，采用大轉角鋼管桿時需與四柱鋼管塔做經濟對比。

［1］DL/T5130-2001架空送電線路鋼管桿設計技術規定［S］.北京：中國電力出版社，2002.

［2］邵天曉.架空送電線路的電線力學計算［M］.北京：水利電力出版社，1987.

［3］GB50545-2010.110kV～750kV架空輸電線路設計規范［S］.

［4］GB50233-2005.110kV～750kV架空送電線路施工及驗收規范［S］.

［5］李博之.高壓架空線路施工技術手冊［M］.北京：中國電力出版社，1998.