110kV雙回T接塔荷載組合研究

張耀東 劉亞濤 任亞寧 張德廣

（1.國網河北省電力有限公司石家莊供電分公司，石家莊 050000；2.國網河北省電力有限公司經濟技術研究院，石家莊 050000）

通過現行線路T接方法進行調查，國內采用最多的T接方式為T接線夾進行T接和十字交錯橫擔T接。其中十字交錯橫擔T接方案具有占地面積小、塔型接線簡單、安全可靠和運行穩定優點，本文所分析的110kV雙回T接塔為十字交錯橫擔T接塔，模型如圖1所示。

圖1 110kV雙回T接塔模型

在對該塔進行荷載分析研究時，需要確定荷載組合。本文針對T接塔荷載組合進行分析和驗證，對最不利工況進行討論，為T接通用設計工作提供參考。

1 荷載組合分析

本文所分析110kV雙回T接塔在主回路相當于耐張塔，在T接回路相當于終端塔，其荷載工況比懸垂型塔、耐張塔等常見塔型更加復雜?！?10kV～750kV架空輸電線路設計規范》（GB50545-2010）（以下簡稱《規范》）給出了懸垂型桿塔、耐張型桿塔和終端塔的荷載組合規定。T接塔作為一種特殊塔型，規范中并未提及，所以可以參照規范中耐張塔和終端塔載荷組合規定，將兩種塔荷載工況進行組合[1]。參照《規范》，110kV雙回T接桿塔應計算線路正常運行情況、斷線情況、不均勻覆冰情況和安裝情況下的荷載組合。

1.1 正常運行工況荷載組合

110kV雙回T接塔正常運行情況荷載組合包含三種情況：

（1）大風工況：基本風速、無冰、未斷線。

（2）覆冰工況：設計覆冰、相應風速及氣溫、未斷線。

（3）最低氣溫工況：最低氣溫、無冰、無風、未斷線。

耐張型桿塔基本風速工況，一般情況下由90°風向控制，但由于受風速、塔高、塔型影響，45°風向有時也會控制塔身主材?？紤]到一般終端桿塔荷載特點不論轉角范圍大小，前后檔張力一般相差較大。因此，《規范》規定終端桿塔還需計算基本風速的0°風向，其他風向可根據實際塔位轉角情況而定。

本文研究的雙回T接塔，主線路為0°耐張，T接側為20°正常放線，所以應要對兩條架空線路方向風向進行分析，需對兩種風向進行疊加。從結構受力角度分析，雙回T接塔在T接回路起終端塔作用，在T接方向會受到導地線T接方向張力作用，具體風向圖如圖2所示。

圖2 風向示意圖

從圖2可以看出，將風向分為與主線路正方向成0°～340°的12種風向情況，然后找出其中最危險的工況進行進一步分析。

1.2 斷線工況

《規范》指出，耐張型桿塔的斷線情況應按－5℃、有冰、無風三種氣象條件進行荷載組合計算，考慮以下幾種情況：

（1）單回路和雙回路桿塔同一檔內，單導線斷任意兩相導線、地線未斷；同一檔內，斷任意一根地線，單導線斷任意一相導線。

（2）多回路塔同一檔內，單導線斷任意三相導線、地線未斷；同一檔內，斷任意一根地線，單導線斷任意兩相導線。

在10mm及以下冰區導、地線斷線張力取值中，耐張塔單導線最大使用張力百分比取100%，垂直冰荷載取100%進行覆冰荷載設計；對于終端桿塔，由于變電站側導線斷線張力很小，線路側導線斷線張力相對很大，因此單回路或雙回路終端塔還要考慮線路側作用一相或兩相斷線張力，使終端塔縱向荷載組合效應不低于耐張塔的縱向荷載組合[2]。本文研究的雙回T接塔，其主線路側可認為是雙回或單回耐張塔，T接側可認為是終端塔。

雙回T接塔的斷線工況，考慮以下幾種情況：

（1）主回路同一檔內，若單導線斷任意兩相導線、地線未斷，T接回路未斷；

（2）主回路同一檔內，若斷任意一根地線，單導線斷任意一相導線，T接回路未斷；

（3）主回路同一檔內，若單導線斷任意兩相導線、地線未斷，T接回路斷兩相導線、地線未斷；

（4）主回路同一檔內，若單導線斷任意兩相導線、地線未斷，T接回路斷一相導線、一根地線；

（5）主回路同一檔內，若斷任意一根地線，單導線斷任意一相導線，T接回路斷兩相導線、地線未斷；

（6）主回路同一檔內斷任意一根地線，單導線斷任意一相導線，T接回路斷一相導線、一根地線。

雙回T接塔斷線工況中，斷線組合有很多種，這里要選出所有可能危險工況。以同一檔內，若斷兩相導線或一相導線與一根地線為例，考慮引起塔身所受扭矩、彎矩最大組合，需要分別考慮考慮斷同側線、斷最上層兩根導線的工況。本工況中主線路方向斷線只考慮單側斷線，斷線側為與T接側線路20°偏角相反側，如圖3所示。將T接塔的12個導、地線掛點進行排序，如圖4、圖5所示。

圖3 T接塔線路俯視圖

1.3 不均勻覆冰

在10mm及以下冰區不均勻覆冰情況想對導、地線不平衡張力取值，對于耐張型塔導線最大使用張力百分比取30%，地線最大使用張力百分比取40%，垂直冰荷載按75%覆冰荷載計算。相應的氣象條件按－5℃、10m/s風速的氣象條件計算。各類桿塔均應考慮導、地線同時同向有不均勻覆冰不平衡張力，其中各類桿塔斷線情況下的斷線張力，以及不均勻覆冰情況下的不平衡張力均應按靜態荷載計算。各類桿塔覆冰荷載情況，按驗算冰厚、－5℃、10m/s風速的氣象條件計算，所有導、地線同時同向有不平衡張力。

圖4 主線路掛點

圖5 T接側線路掛點

本文雙回T接塔不均勻覆冰情況導、地線不平衡張力取值結果如下：主回路導地線不平衡張力分別按導線最大使用張力百分比取30%，地線最大使用張力百分比取40%，主回路、T接回路垂直冰荷載按75%覆冰荷載計算，T接回路水平載荷按相應的覆冰厚度、10m/s風速的氣象條件計算，T接回路水平縱向張力應按覆冰厚度、－5℃的氣象條件計算。

不均勻覆冰中不平衡張力方向選擇，應選擇偏向于T接線路方向20°的T接側方向，此時T接側導、地線運行張力與不平衡張力方向同向，更易產生大荷載。

1.4 安裝工況

各類桿塔安裝情況，應按10m/s風速、無冰、相應氣溫的氣象條件下考慮荷載組合，對于耐張型桿塔，導、地線架設次序，宜考慮自上而下架設；對于雙回路及多回路桿塔，應按實際需要，考慮分期架設；終端桿塔應考慮變電站（或升壓站）一側導線、地線已架設或未架設的情況。

雙回T接塔是先掛主回路方向，再掛T接回路，按照自上而下順序，先地線再上相，再中相，最后下相；對于雙回路，如果施工單位有兩套設備，則同時左右兩側架線。安裝荷載中風向選擇，要選擇與主線路垂直風向。

2 最不利荷載組合討論

上文根據荷載組合原則，整合了110kV雙回T接塔荷載分析中應考慮的工況荷載組合情況，下面按照上述方法對最不利工況進行討論，同時也為下一步驗證做準備。

大風工況下，由于主線路與T接側線路成70°角，與主線路方向成90°、45°、20°角，此時對應主線路受最大風荷載，兩線路均受較大風荷載，T接側線路受最大風荷載與不平衡張力合力。

覆冰工況下，導、地線垂直荷載最大。由于覆冰工況風速為10m/s，導、地線風荷載較小，只需分析風向與T接側線路成90°角這一種工況，此時T接側受由導、地線不平衡張力和風荷載組成的最大不平衡力。

不均勻覆冰工況下，T接側線路只有一側有導、地線，所以只考慮主線路不均勻覆冰，氣象條件中風向與主線路成90°角。

斷線工況下，塔身受較大彎矩、扭矩。根據荷載組合原則中的“主線路斷同側兩相導線”、“主線路斷同側一相導線、一根地線”兩類情況，分別只考慮斷A側導1、導3和斷A側導1、地1這兩種斷線方式，因為此時塔身相對其他斷線方式所受不平衡張力位于塔身更高處，導致塔身受到更大彎矩、扭矩[3]。

安裝工況下，主線路只需考慮緊A側導6、相鄰檔未掛線這一種工況，此時主線路受各種安裝工況下的組合力，不平衡張力較大。T接側線路考慮緊A側導12，相鄰檔未架設，此時T接側線路受各種安裝工況下的組合力，不平衡張力較大。

整合出理論上得出的最不利荷載組合，如表1所示。

3 滿應力計算驗證

首先應在快速三維建模程序中，通過模板快速組合塔身、橫擔，然后生成滿應力接口文件，在滿應力分析程序中修改受力材參數，再打開荷載計算系統，輸入設計條件以及各種計算控制參數，進行荷載計算[4-5]。之后將計算荷載導入滿應力分析系統，完成滿應力計算，瀏覽滿應力計算結果。由滿應力計算結果導出受力材報表，羅列所有桿件型號的工況，以及在該工況下桿件所受最大拉力或壓力，經過整理，列出部分控制工況控制桿件數，如表2所示。

表1 理論所得最不利荷載組合

表2 部分工況控制桿件數統計

以控制桿件數較多的“大風（風向與主線路程90度）”工況為例，該工況作為控制工況，決定了42個桿件型號，如圖6所示，圖中藍色部分為受控制桿件。而以控制桿件數較少的“安裝（錨A側導12）”工況為例，該工況決定了局部橫擔部分桿件型號，如圖7所示。

圖6 大風90度風工況所控制桿件

圖7 錨A側導12所控制桿件

某一工況控制桿件型號越多，該運行工況下會有更多桿件處于高應力狀態，即該工況發生事故幾率就會越大。通過對荷載組合分析和滿應力計算的驗證，修改最不利荷載組合，如表3所示。

表3 最不利荷載工況組合

4 結論

本文針對T接塔荷載組合進行了分析，對最不利工況進行討論，為雙回T接塔通用設計工作提供了參考。