500 kV大角度偏心耐張塔研究

王 旭 羅先國 鄒相國

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

傳統220 kV 及以上電壓等級的線路，單回路耐張塔主要采用“干”字形。“干”字形耐張塔因整體結構布置勻稱，傳力路徑清晰，運行維護便利，因此在輸電線路中廣泛采用。但是，由于“干”字形耐張塔本身導線布置特點，會存在因轉角產生的永久線條水平合力，轉角度數越大，永久水平合力也越大。該文結合“干”字形桿塔的優缺點，對常規“干”字形耐張塔進行導線掛點布置優化，進而平衡部分線條水平合力產生的彎矩，在確保電氣間隙滿足要求的同時，達到減輕塔重，減小基礎作用力的目的。為使結論明顯，該文以500 kV 大角度耐張塔為例進行研究。

1 理論分析

以國網某典型設計塔III 型耐張塔為例，當轉角度數為θ時，前后側無張力差時，每相導線張力的合力為T合，T合可由計算公式（1）求得：

θ——耐張塔偏轉角度（°）。

參考國網典設，上拔力一般為下壓的0.8 左右。假設桿塔的重心位于結構對稱中心，基礎根開為A，則根據力學平衡原理可得出因導線張力合力產生的基礎作用力。具體計算公式如（2）、（3）所示：

T——上拔力（kN）。

N——下壓力（kN）。

A——基礎根開（m）。

WT——導線合力產生的彎矩（kN·m）。

以典設塔負荷進行具體計算，可以得出因導線張力合力產生的基礎下壓力占比26%～35%，上拔力占比25%～35%。轉角度數越大，因張力合力所產生的作用力占整體比例也越大。

大風工況、覆冰工況下導線垂直荷載基本與導線張力相當，因此從導地線布置方面來進行優化，利用導線自身重量來平衡一部分導線張力合力產生的彎矩，達到降低塔重以及減小基礎作用力是可行的。

充分利用導線自身重量來平衡導線張力合力，盡量將導線掛點向張力合力相反方向移動，使得左右兩邊導線自重產生的彎矩不相等，用以平衡一部分導線張力合力產生的彎矩，從而降低塔重以及減小基礎作用力。偏心耐張塔其受導線作用 ，如圖1 所示。

圖1 偏心耐張塔受導線作用示意圖

導線重力產生的彎矩M=G×L1+G×L3-G×L2，則公式（3）可變為公式（4）：

根據公式（4）可知，由于導線自重彎矩平衡了部分張力彎矩，因此基礎作用力有所減小。相對應的塔身主材規格受力也會減小。

2 計算分析

按40°～60°轉角設計的III 型耐張塔，在結構外荷載、開口、根開以及呼高均相同的情況下，對2 種結構形式分別運用桿塔分析軟件建模并進行了線性計算對比分析，其中建模參數見表1[1]。2種塔型塔身主材及斜材的控制工況基本相同，受力比較如表2 所示[1-2]。

表1 2 種塔型基本參數表

表2 塔身主、斜材關鍵參數對比表

由表2 可知，2 種塔型的橫擔主材均由斷線控制，2 種塔型的外橫擔長度基本相等，因此橫擔內力相差不大。塔身主材均由覆冰工況控制，由于偏心耐張塔通過優化使導線自重平衡了部分導線張力合力產生的彎矩，因此主材內力減小6%左右，主材規格降低1～2 個規格。塔身斜材均由扭轉控制，由于偏心耐張塔導線橫擔變得不對稱，使整個結構的扭轉增大，增大了斜材受力，相比“干”字形耐張塔，部分塔身斜材規格相應增加1 個規格左右。其塔重對比情況見表3。

表3 III 型偏心耐張塔與III 型“干”字形耐張塔估重對比表

由此可見，對于36 m 呼高III 型耐張，偏心耐張塔可較常規“干”字形降低塔重5.4%。通過計算分析其他塔型及呼高計算結果，偏心耐張塔大致可節省塔材約3%～6%。

基礎作用力方面，III 偏心耐張塔與“干”字形耐張塔在相同參數情況下基礎作用力對比見表4。

表4 III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔基礎作用力對比表

III 型偏心耐張塔上拔減少7.2%，下壓減少6.4%。對比分析其他塔型及呼高計算結果，偏心耐張塔減小基礎作用力在3%～8% 。以典型的丘陵壟崗地段的粉質黏土地質條件為例（地質參數見表5），對III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔2 種塔型的基礎指標進行了計算分析，結果見表6。

表5 典型地質主要物理力學指標

表6 III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔基礎指標對比表

通過表6 分析可知， III 型偏心耐張塔混凝土和鋼筋減少8.0%左右。對比分析其他塔型及呼高計算結果，偏心耐張塔混凝土和鋼筋減少5%～8%。

按照目前取費標準，對比分析III 型偏心耐張塔與常規“干”字形耐張塔的經濟性，并且考慮III 型偏心塔8m 的硬跳線，2 種塔型的綜合經濟性對比分析見表7。

表7 III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔綜合經濟性對比表

通過上表分析可知，與常規“干”字形耐張塔相比，III型偏心耐張塔總體費用節約4.7%。對比分析其他塔型及呼高計算結果，偏心耐張塔總體費用節省3%～5%，具有較好的經濟性，并且施工安裝與常規“干”字形耐張塔相差不大，由于內側導線掛點位置在塔身附近，因此減小了內側線路走廊，III 型偏心耐張塔與“干”字形耐張塔的走廊對比可節約走廊寬度5.3 m，因此偏心耐張塔具有較強的適用性，轉角度數越大，其經濟適用性越明顯。

3 結論

500 kV 單回路耐張塔采用偏心耐張塔形式，利用導線自重產生的彎矩平衡部分導線張力產生的彎矩，可有效降低塔重以及減小基礎作用力，從而降低線路工程的綜合造價，可進一步研究推廣。