110 kV輸電線路直線桿塔結構設計

劉廣登

摘 要：輸電線路桿塔的結構在架空高壓的輸電線路中占有重要地位，輸電線路桿塔結構優化設計能提高整個輸電線路建設的水平。針對110 kV輸電線路導線對地安全距離不足，進而造成線路事故等問題，提出了一種新的改進設計，取得了良好的效果。

關鍵詞：輸電線路；桿塔；絕緣子串；導線

中圖分類號：TM753 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.076

輸電線路擔負著輸送和分配電能的重要任務，是電力系統的一個重要組成部分，而在整個電網線路中，輸電桿塔占據著極其重要的地位。輸電線路桿塔結構是電力架空線路設施中特殊的支撐結構件，是導線、地線、絕緣子串和基礎的聯結紐帶，其結構設計將直接影響到整個電網線路的正常、穩定、安全運行。因此，對于輸電桿塔的設計應給予重視。由于我國地域廣闊、地形復雜，且輸電線路中的桿塔施工部分是一項多工種、多專業的復雜工程，如何對輸電桿塔進行科學、合理、有效的設計是保證電網可靠、安全運行的一大關鍵問題。

1 桿型結構改進設計思路和分析

1.1 直線桿型的基本結構

以Z-18桿型為例，其結構如圖1所示。桿型采用φ230上、下2段拔稍雙桿，呈水平排列布置，無橫梁（叉梁）型式，桿型高度為18 m，適用于LGJ-150型導線。拉線使用4根GJ-70鋼絞線對地夾角60°布置，桿塔基礎采用底盤、拉盤直埋基礎方式。

桿塔上部由導線鐵橫擔HZC-450-1（總長9 m，總重150.5 kg），1根橫拉桿及4根斜拉桿（拉桿為φ16鋼筋及調節螺栓等）組成。

1.2 桿塔改進思路及設計

在不進行導線馳度調升的情況下，滿足導線馳度對地安全距離要求最簡便的方法是增大導線呼稱高度，以提升導線懸掛高度，因此，需要對桿塔上部導線鐵橫擔及橫拉桿、斜拉桿組件進行改進設計。由于導線鐵橫擔及橫拉桿均有穿釘與電桿成整體結構，因此，通過提高導線鐵橫擔及橫拉桿安裝高度，增大導線呼稱高度以提升導線懸掛高度的辦法不可行。

桿塔改進的原則為：雙桿布置形式、桿塔基礎及拉線基礎、拉線懸掛及布置形式、桿塔電氣性能、機械性能及整體結構穩定性保持不變，只通過提高導線懸掛高度和改變導線懸掛的方式改進，并提升避雷線懸掛點。

選用實心復合橫擔、復合絕緣子替代懸掛導線的鐵橫擔及橫拉桿、斜拉桿等組件，采用“邊相復合橫擔+中相懸式復合絕緣子”的方式懸掛導線。兩個邊相各選用1只復合橫擔+1只棒形懸式復合絕緣子呈“∠”形布置。復合橫擔水平安裝，固定在電桿適當高度，起到原邊相導線鐵橫擔的作用，用于支撐導線；棒形懸式復合絕緣子起斜拉桿的作用。中相選用2只棒形懸式復合絕緣子呈“V”形布置，并在桿塔頂端加裝鐵橫梁，用于固定“V”形絕緣子串。為了保證桿塔整體的穩定性，在桿塔中部加裝了鐵橫梁，以防止桿塔扭曲變形。改進設計后桿塔整體結構呈“H”形，如圖2所示。

在邊導線保護角的核算中，應提高架空避雷線懸掛高度，將雙避雷線懸掛點上移。規程規定：桿塔上避雷線對邊導線的保護角一般為20°。使用復合橫擔后，導線懸掛點升高，保護角變小，為使其保護角滿足防雷要求，應加長避雷線支架或縮短導線橫擔長度，但縮短導線橫擔長度無法滿足電氣絕緣間隙的要求。

由于桿塔采用對稱雙避雷線，中導線位于2避雷線中央，因此，不必對中導線的保護角進行核算，只需考慮邊導線。按照避雷線支架安裝高度為2.7 m，復合橫擔安裝在原導線鐵橫擔橫拉桿位置以上1.5 m處核算，邊相導線保護角在避雷線保護范圍內，導線懸掛高度約提升3.2 m。

1.3 穩定性分析

桿塔基礎作為輸電線路結構的重要組成部分，主要對線路桿塔起穩定作用，防止桿塔在導線自重、風載、覆冰、斷線張力等垂直荷載、水平荷載及其他外力作用下發生拔出、下壓、傾覆等情況。

改進設計后的桿塔承受的風荷載、覆冰荷載及導線避雷線張力等可變荷載沒有變化，但承受的桿塔自重荷載、導線避雷線絕緣子金具的重力等永久荷載會因導線鐵橫擔及拉桿等的取消而變小，即減小了垂直于地面方向的荷載，因此，作用于桿塔上的所有重力荷載（垂直荷載G）變小。

桿塔改進設計后其整體結構和形式沒有改變，桿塔、拉線基礎也沒有變動，因此，桿塔的穩定性也沒有改變。

2 復合橫擔、復合絕緣子設計

復合橫擔、復合絕緣子由連接底座、護套、芯棒、傘裙和掛頭五部分組成。連接底座是金屬材料經加工焊接而成的，其復合橫擔與桿塔金具的連接部件承受著復合橫擔在運行過程中各種力作用下的彎曲負荷；護套、芯棒、傘裙的功能、材料及工藝制作與棒形懸式復合絕緣子基本相同；掛頭采用鑄鋁件并具有拉環，直接與導線綁扎固定。

根據桿塔結構與導線懸掛縱向點上移安裝，維持原桿型結構尺寸不變的原則，選取產品的技術參數如下：①復合橫擔。結構高度1 580 mm，絕緣距離1 260 mm，質量21.5 kg，芯棒直徑60 mm。固定導線端部有拉環與斜拉絕緣子U形端頭配合使用。②復合絕緣子。結構高度1 490 mm，絕緣距離1 260 mm，芯棒直徑18 mm，質量4.8 kg，兩端采用U形金具。③避雷線選擇使用2.7 m的槽鋼鐵帽支架支撐。

復合橫擔、復合絕緣子的材料選用與制作需按照相關文獻的技術要求進行，并應完成機械、電氣性能和相關形式的試驗。

3 試驗及掛網的運行情況

2004-05，在110 kV孤五線15號、34號、40號、41號4基桿塔進行了試點施工試驗，使用FHD-110/10（帶拉環）復合橫擔，改“導線鐵橫擔+3只復合（瓷）絕緣子”為“2只復合橫擔+4只復合絕緣子”的組合形式，一般可使導線懸掛點提高3.0～4.5 m，很好地解決了導線馳度與構筑物的安全距離不足的問題，減小了桿塔上部的荷載。經過10年的試驗運行，效果良好。目前，在該110 kV輸電線路上已有65基桿塔和130支復合橫擔在網運行。

4 桿塔新結構的優點與改進建議

4.1 新結構優點

4.1.1 豐富了桿型型式

桿塔使用復合橫擔簡化結構設計，110 kV雙桿取消了導線鐵橫擔，減小了桿塔上部荷載，優化了桿塔結構，豐富了線路桿型。同時，110 kV雙桿線路導線使用復合橫擔與復合絕緣子懸掛，具有很高的實用價值。

4.1.2 降低了線路改造成本

使用復合橫擔、復合絕緣子與原先采用增加桿塔等方式處理交叉跨越問題相比，有效利用了狹窄的走廊，降低了桿塔高度，施工簡便易行，可節約大量的人力、物力和財力。

4.2 優化定型結構

大截面導線綁扎會在運行中埋下隱患，因此，橫擔掛頭須采用上、下2個拉環，并改變導線綁扎形式，用線夾固定導線并懸掛于掛頭下拉環；桿塔中部加裝的固定鐵橫梁應采用槽鋼或工字鋼。

5 結束語

綜上所述，輸電線路中的桿塔是現代電網中的不可缺少的重要支點，因此，在桿塔的結構設計上是否科學、合理、規范將直接影響著輸電線路的安全性、經濟性和運行可靠性。本文以直線桿Z-18桿型為例，使用“2只復合橫擔+4只復合絕緣子”組合形式對線路桿塔結構進行了改進設計，通過簡化原有桿塔結構，提升了導線懸掛高度，調整了交叉跨越距離，滿足了導線對地安全距離的要求，且施工簡便、成本費用低廉。此外，還對桿塔新結構提出了進一步的改進措施。如果相關工作人員的運行維護經驗尚有不足，則需要其在施工實踐中積累經驗。該設計的運行年限有待研究，以確定合理的運行時間。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕