新型單回路輸電線路鉆跨塔設計研究

羅焓杰，袁琦，侯為

（湖南科鑫電力設計有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著國內電網建設的快速發展和土地資源的日漸稀缺，輸電線路路徑受規劃的影響，不可避免的存在線路間的交叉跨越。當不同電壓等級的線路交叉時，一般經過低電壓線路需采用跨越方式，經過高電壓線路需采用鉆越方式。當交叉線路的間距較小時，采用常規鐵塔，線路很難實現相鄰檔內同時采用鉆越和跨越的方式經過交叉線路；采用電纜或者其它方式，不僅增加了工程投資，還給施工與運行帶來了困難。因此，新設計輸電線路鉆跨塔具有非常積極的意義。下面以湖南省典型氣象條件為例，詳細介紹一種新型單回路鉆跨塔的設計研究。

1 基本設計條件

桿塔設計采用湖南省典型氣象條件：設計基本風速為23.5m/s，設計覆冰為15mm。導線采用1×JL/G1A-300/40 鋼芯鋁絞線，地線采用GJ-80 型鍍鋅鋼絞線。

2 布置形式及掛線方式

單回路鉆跨塔采用鉆、跨側導線橫擔上下雙層布置，將下層的導線引至上層橫擔，并通過設計輔助跳線橫擔，利用跳線串使繞引相的跳線連接遠離塔身，采用這種導線布置方式，可實現“先鉆后跨”。如圖1。

圖1 單回路鉆跨塔掛線方式示意圖

掛線方式應在滿足電氣間隙和電磁環境要求的前提條件下，應盡可能縮小塔頭尺寸，減小線路走廊寬度，降低桿塔指標，以達到安全、經濟、美觀的目的。

3 荷載及工況組合

單回路鉆跨塔與常規桿塔一樣，荷載需考慮正常運行、事故斷線、安裝、不均勻冰的組合工況。其中需特別注意斷線工況的組合，一般單回路耐張塔考慮斷一根地線和一相導線或者同時斷兩相導線，默認為后側斷線。由于單回路鉆跨塔為雙層橫擔單邊掛線布置，需同時考慮上下層橫擔前后側斷線，找出荷載對塔身形成最大彎矩和最大扭矩的工況組合進行計算。單回路鉆跨塔由于從下層橫擔到上層橫擔的引線較長，在進行跳線荷載計算時，需同時考慮水平風荷載的影響。

4 結構性能研究

4.1 三維建模的結構分析

采用有限元軟件SAP2000 對單回路鉆跨塔進行三維建模，并輸入桿塔外負荷，對全塔結構的受力情況進行分析。

圖2 單回路鉆跨塔三維建模及結構應力云圖

新型鉆跨塔結構型式簡單，與常規耐張塔布置型式較為接近，圖2 中可以看出，整塔的傳力路徑清晰，結構分析較容易。由于地線支架和上下層導線橫擔均為單側掛線，橫擔主材不受斷線控制，控制工況主要為設計覆冰和安裝工況；塔身主材主要受設計覆冰工況控制。根據計算結果，單回路鉆跨塔的主材規格與常規終端塔相同，由于塔身全高較高，塔重約為同呼高常規終端塔重的1.2 倍。單回路鉆跨塔與常規終端塔對比情況見表1。

表1 單回路鉆跨塔與常規終端塔對比情況

4.2 結構設計的優化

單回路鉆跨塔塔身斷面采用方形斷面；斜材與水平面的夾角宜控制在35°～45°之間；塔腿主斜材夾角宜不小于20°。由于鉆跨塔的受力不同于常規耐張塔，下層橫擔的荷載相對于塔身主材受力是有利的，合理布置塔身二次變坡位置，可以大大優化桿塔結構。單回路鉆跨塔的二次變坡反向延長線交點宜與上下層橫擔的荷載合力點重合。橫隔面的設置須滿足：在塔身變坡處、直接受扭力的斷面處和塔頂及塔腿頂部斷面處，必須設置橫隔面；在塔身坡度不變段內，橫隔面設置的間距一般不大于平均寬度的5 倍，也不宜大于4 個主材分段。

4.3 結構振型的分析

以單回路鉆跨塔為研究對象進行振型分析，繪出其前六階振型，進行分析比較。

由圖3 中可以看出，單回路鉆跨塔的第1、第2振型均為整體彎曲振型，其自振周期分別為0.37s 和0.36s，較為接近，第3 振型是扭轉振型，其自振周期為0.26s，與前兩階振型相差較大。通常認為，鐵塔X 向、Y 向剛度均勻，抗振能力較強，而抵抗Z 向扭轉振動能力相對較弱，從以上比較可以看出，新型鉆跨塔第1(X向)、第2(Y 向)振型的自振周期與第3(扭轉)振型的自振周期相差較大，顯示該結構型式合理且穩定，符合常規和以往的研究成果。第4 ～6 的二階振動又是一階振動振動周期的1/2 左右，對輸電塔的設計來說，這是一種比較理想的情況。

5 結語

圖3 單回路鉆跨塔振型圖

本文以湖南省典型氣象條件為例，介紹和研究了新型單回路鉆跨塔的布置形式、掛線方式、荷載、工況組合和結構性能等方面的設計要點。單回路鉆跨塔與傳統的耐張塔相比，可實現相鄰檔內同時采用鉆越和跨越的方式經過交叉線路，不僅節省了工程投資，還方便了施工及運行，具有非常積極的意義，值得在以后的輸電線路中推廣應用。