220kV線路老舊鐵塔加掛ADSS光纜改造設計

唐軼 王鋼

摘?要：在已運行的220 kV線路上加掛ADSS光纜是解決光纜通訊、減少占地、節省投資的好方法。鐵塔加掛ADSS光纜改造施工前應進行荷載驗算和結構強度驗算，不滿足要求時要進行桿塔補強， 本文結合工程實例運用了鐵塔不同結構型式的計算長度、計算回轉半徑和等邊單角鋼構件繞最小軸失穩的穩定系數等設計原理，在負荷校核及改造設計原則、鐵塔結構驗算及改造、鐵塔改造施工三個維度對老舊鐵塔進行了分析、驗算、改造和補強，并旨在為今后逐漸增多的鐵塔改造設計工程提供重要的參考依據。

關鍵詞：220kV線路;加掛ADSS光纜;鐵塔;改造;設計

隨著我國電網和電力通信網主干光纜通信工程建設的迅速發展，主干光纜通道建設，主要通過在新建500 kV線路上使用光纜復合架空地線（OPGW）以及利用已有220 kV及以下線路加掛全介質自承式光纜（ADSS），形成電力系統的通信網^[1]。這對節省土地，降低工程投資，提高輸電線路走廊的利用率將有著很好的經濟效益和社會效益。

鐵塔加掛ADSS光纜改造施工前應進行荷載驗算和結構強度驗算，不滿足要求時要進行桿塔補強。

1??負荷校核及改造設計原則

1.1 ?項目改造概況

本工程是在已建大橋電廠-新棉220千伏線路上將兩根普通地線更換為24芯OPGW光纜，導線不變動。同時考慮控制弧垂的情況下，在塔身橫隔面加掛ADSS光纜。

1.2 負荷校核

加掛ADSS光纜后不能降低原線路的設計安全度，對于220 kV線路老舊鐵塔，要逐一進行負荷校核，即加掛ADSS光纜后導地線作用點的荷載≤桿塔的設計荷載，反之需進行計算補強。以該工程單回路直線塔ZM23D為例，負荷校核情況如表1所示。

由于鐵塔加掛ADSS光纜后荷載超過原設計荷載，故應對鐵塔進行改造設計補強。

1.3 鐵塔改造設計原則

1.3.1 改造設計規范

由于老舊鐵塔當時設計遵循的設計規范后續有更改修訂，部分參數的安全系數取值有變化，故改造設計時一律按原來線路當時的規范進行計算補強，做到不降低原線路的設計安全度。

1.3.2 鐵塔校核工況

1.3.2.1 最大風速、無冰、未斷線;

1.3.2.2 最大覆冰、相應風速及氣溫、未斷線;

1.3.2.3 安裝地線、導線正常、10m/s風速、無冰、相應氣溫;

1.3.2.4 斷一根地線，導線未斷，無風，無冰;

1.3.2.5 斷導線（同一檔內直線塔斷任意一相導線，耐張塔斷任意兩相導線），地線未斷，無風，無冰;

1.3.2.6 重冰區塔位不均勻冰荷載按未斷線，有不均勻冰，無風計算。

由于DSS光纜斷線時，其荷載均小于上述工況的荷載，故改造設計補強不考慮光纜斷線工況。

1.3.3 暫未考慮無法定量的由于腐蝕等原因引起的鐵塔構件性能和強度的降低。

1.3.4 根據《電力設施抗震設計規范》，本工程地震基本烈度為Ⅷ、Ⅸ度，本工程鐵塔校核中對更換OPGW的地線支架部分已考慮加強，暫不考慮基礎的補強。

2??鐵塔結構驗算及改造設計

本文運用了鐵塔不同結構型式的計算長度、計算回轉半徑和等邊單角鋼構件繞最小軸失穩的穩定系數等設計原理，只增補部分少量輔助桿件對鐵塔結構進行側向支撐。

2.1??鐵塔結構驗算結果

以該工程單回路直線塔ZM23D為例，在加掛ADSS光纜后，其在改造設計前后的桿件受力情況如表2所示。

由上表可知，在加載ADSS光纜后，原鐵塔桿件應力超出允許應力，需補強。

增補部分少量輔助桿件對鐵塔主要受力材進行側向支撐，則失穩型式由繞單邊軸失穩變為繞最小軸失穩，回轉半徑減小，主材計算長度減小，計算長細比減小，穩定系數增加，計算應力減小，應力百分比滿足加掛ADSS的需求和規范的要求。

2.2??鐵塔結構改造設計

以ZM23D為例，改造設計后塔身更換、增補、塔材和輔助桿件修改如圖1所示。

2.2.1 塔頭更換、修改塔材

ZM23D直線塔更換OPGW側地線支架【122】桿件規格由L40X3改為L40X4。

2.2.2 塔身增補、修改輔助桿件

ZM23D直線塔第【4】段主材增加小橫材，規格L40X4，小橫材基本兩等分主材長度，見修改示意圖。小橫材一端交于正面（側面）交叉斜材上（以避開中間交點為宜），一端連于主材（與側面螺孔間距不得小于80mm），具體連接位置以現場放樣為準。

ZM23D直線塔第 【5】段主材增加小橫材，規格L40X4，小橫材基本四等分【503】、【504】交叉斜材范圍內的主材長度，見修改示意圖。小橫材一端交于正面（側面）交叉斜材上，一端連于主材下端接頭處新增異形內貼板上，小橫材連接螺栓為1M16（6.8級），（接頭形式由外包角鋼變為外包角鋼內貼板，見剖面示意圖1-1），內貼板具體尺寸及位置以現場放樣為準。

3??鐵塔改造施工

3.1??桿件放樣

舊塔改造需更改的桿件，不可僅依據《鐵塔結構圖》或《塔型桿件修改表》加工，新增或補強的桿件加工應依據現場實際尺寸（新鉆螺栓孔位置）和原工程加工廠家的實際放樣圖，以免造成安裝困難情況。

3.2??鐵塔檢查

改造施工前，應對所有老舊鐵塔檢查完畢后，補齊缺失的桿件，方可更換本次新增或補強的塔材。

3.3??改造施工安全措施

在更換塔材時，施工單位應采取切實可行的安全措施，保證鐵塔的整體性;對本次新增或補強的桿件應逐一更換，確保施工安全，嚴禁“先全拆，后安裝”。

3.4??鐵塔桿件鍍鋅

在現場原老舊鐵塔的主材、斜材開孔采用鉆孔工藝，并采用熱噴涂鋅防腐，相應工藝應滿足現行有關規范規程要求。

4??結語

本文結合具體工程實例，在負荷校核及改造設計原則、鐵塔結構驗算及改造、鐵塔改造施工三個維度對老舊鐵塔進行了分析、驗算、改造和補強;只增補部分少量輔助桿件對鐵塔結構進行側向支撐，即可改變結構受力特性，滿足加掛ADSS的需求。

但文章不足之處在于，缺乏老舊鐵塔現場改造的塔材熱噴涂鋅防腐處理的耐久性的數據和研究。后續研究者可繼續關注該問題，并進行深入研究。

參考文獻：

[1] 孫榮升，戴晰臣.220 kV線路加掛ADSS光纜設計[[J]. 電力建設， 2000 （07）： 25-27.