论文部分内容阅读
【摘 要】电力铁塔作为输电线路的重要组成部分，其设计质量关系着输电线路乃至整个电网的安全稳定运行以及电网未来的发展。鉴于此，本文结合某500kV输电线路铁塔结构设计，根据工程实际，深入探讨了铁塔结构设计的要点，以提高电力铁塔设计质量，保证输电线路的安全可靠性、经济合理性。
【关键词】电力铁塔；设计要点；工程应用
1.工程概况
某500KV输电线路直线塔为酒杯型塔5B-ZBC4，经济呼称高取33m，耐张塔也选择酒杯型塔5B-ZBC4，呼称高取27m，耐张段总长6000m，高差350m，经过第七气象区，采用四分裂导线，选择导线型号为LGJ240/30。覆冰厚度为b=10mm。地线采用镀锌钢绞线，结构形式 、直径11mm、抗拉强度1270MPa、A级锌层的钢绞线。
2.塔型的选择以及杆塔的定位
2.1塔型的选择
500KV输电线路直线塔选择酒杯型塔5B-ZBC4，经济呼称高取33m，耐张塔也选择酒杯型塔5B-ZBC4，呼称高取27m；线路通过人口稀少的非居民区，导线对地安全距离d=11m；施工裕度取δ=1.0m；采用XP-16型绝缘子组成的双联绝缘子串，直线塔每单联绝缘子片数取25片，则每组片数为50片，耐张塔按规定比直线塔每联多2片。悬垂绝缘子串总长为3.875m，耐张绝缘子串的绝缘子串总长为4.185m。
2.2杆塔定位高度
经计算，直线型杆塔定位高度为17.125m，耐张型杆塔的定位高度为15m。
3.铁塔结构设计
本设计取第二基直线塔设计，其水平档距为ｌ■＝５０６．５ｍ ，垂直档距为ｌ■＝４７４ｍ 。
3.1荷载计算
直线塔金具质量为417.6kg，FR-2型防震锤单个2.7kg，两个5.4kg，FYH240-30护线条1.44kg，金具及绝缘子总质量为424.44kg。单相导线自重为17.1353kN，三相导线自重为51.406kN。单地线自重为2792.5kN，双地线自重为5.585kN。塔身风荷载：将杆塔分为8段，其中塔身分4段，塔头分4段。风荷载计算应分别计算以下几种情况：当风向与线路垂直时的风荷载；当风向与线路成90°角时塔身节点荷载；当风向与线路平行时的风荷载。绝缘子串及金具的风压为3.384kN，导线的风荷载为48.552kN，地线的风荷载为4.496kN。
3.2覆冰荷载
导线的冰重荷载为49.837kN，地线的冰重荷载为5.553kN。
3.3断线张力荷载计算
任意一相导线、地线未断，无风，无冰时，对于丘陵地区的耐张段，断线张力取一根导线最大使用张力的20%，故断线张力为60.496kN 。地线不平衡张力，断一根地线，导线未断，无冰无风时，500KV自立式铁塔，地线不平衡张力取最大使用张力的50%，故地线不平衡张力为41.25kN。
4.铁塔内力分析及内力验算
内力验算:
4.1节点内力验算
取塔腿的节点进行验算,所选螺栓型号为M20，螺栓抗剪强度为Ｎ■■＝４３．９６ＫＮ 。塔腿杆件规格如下：杆件1：Ｎ＝－１０８６６０．８Ｎ ,所选截面为Ｌ１６０×１２，σ＝－２９．０２Ｎ／ｍｍ■＜ ２１５Ｎ／ｍｍ■，λ=■=27.78 < 150，n=2.47，故螺栓个数取3个；杆件2：N=-372599.25N,所选截面为L160×12，σ=-99.52N/mm■ < 215N/mm■，λ=■=31.66 < 150，n=8.4，故螺栓个数取9个；杆件3：N=72899.48N ,所选截面为L125×10，σ=29.91N/mm■< 215Nmm■，λ=42.83 < 250，n=1.66，故螺栓个数取2个。
4.2塔腿内力验算
由sap2000软件计算分析可知，最大风时的荷载最大，将塔腿简化成平面受力状态，塔腿铰接。设计杆塔自重设计值为251.633KN，分配到四个基础的荷载为R■=75.490KN； 导地线自重设计值为69.519KN，平均分配到四个基础的荷载为R■=20.856KN；塔身风荷载设计值为126.074KN，分配到四个基础的荷载为 P■=31.519KN，导地线风荷载为19.56KN,平均分配到四个基础为 P■=4.89KN， R■=321.36KN。综上，R■=417.707KN (下压)，R■=225.015KN（上拔），P■=P■=36.409KN。
由sap200计算算塔腿最大内力为435.753 kN（下压力），最大上拔力为231.93 kN。经计算两者的误差均在5%以内，故塔腿内力验算满足要求。
5.基础设计
本耐张段线路所在地质冻土深度为1.7m，地基承载力为f■=135KN/m■，e=0.8,I■=0.82,第一土层为杂填土，深度为1m，第二土层为粉质粘土，深度为5m，地下水位线在地面下1m处。
基础混凝土等级采用C25,根据水文地质条件及冻土深度1.7m，确定基础埋深为d=2m。由于它塔腿杆件较宽，靴板宽度为600mm×600mm，故暂定基础地面尺寸4m×4m,基础高度h=1200mm。基础钢筋等级采用HPB235钢筋，取钢筋与基础侧面边缘的距离为100mm，则构造配筋为19φ10@200，A=1492mm■> 522mm■，故按构造配筋。纵筋按构造配置φ10@300。
6.电力铁塔设计应注意的问题
6.1塔的尺寸和档距须满足电路要求：导线与地面、建筑物、树木、铁路、公路、河流以及其他架空线路之间，导线与导线、导线与避雷线之间，均应保持必要的最小安全距离。避雷线对导线的保护角及使用双避雷线时两根避雷线之间的水平最小距离应满足有关规定。
6.2输电线路塔主要承受风荷载、冰荷载、线拉力、断线、地震作用等荷载。设计时应考虑这些荷载在不同气象条件下的合理组合，恒荷载包括塔、线、金具、绝缘子的重量及线的角度合力、顺线不平衡张力等。断线荷载在考虑断线根数、断线张力的大小及断线时的气象条件等方面。
6.3铁塔结构布置的要求：所有塔型必须根据电气条件要求进行结构布置,同时使铁塔在各种工作条件必须满足强度、稳定和变形的要求。满足和方便施工、制造、运行、检修等诸方面。如构件同一截面尽可能减少型钢种类；同一构件应采用同一螺栓孔径,而整个铁塔螺栓孔径应不多于三种；铁塔主材坡度变化次数应尽量减少；尽量避免使用热加工；铁塔构件在安装运输上的分段应考虑施工人员方便及加工工厂生产制作的最大允许度；各镀锌构件一般不超过7m,截面尺寸不大于600x600mm,构件材料最长不超过7.5m；横担主材断开接头位置,离塔身外最好不超过1m；铁塔防腐在任何情况下都不应采用电镀锌防腐。
6.4铁塔一般均简化为静态进行分析，对于风、断线、地震等动荷载，通常在静力分析的基础上，分别乘以风振系数、断线冲击系数、地震力反应系数来考虑动力作用。 输电线路塔的内力计算，与塔式结构和桅式结构相同，但须考虑下列两个问题：导线风荷载对塔的作用；断线力对塔的作用。
6.5输电线路塔基础的种类很多，并随塔的类型、地形、地质、施工及运输的条件而异。基础设计除应考虑地基和基础的强度外，尚需核算基础的上拔与倾覆稳定性。根据长期使用经验，对一般塔基础可以不必验算地基的变形。
7.结语
本文结合笔者从事输电线路设计工作的相关经验，以某500kV电力铁塔结构设计为例，结合该工程特点，对电力铁塔结构设计进行了简要的介绍，总结了电力铁塔结构设计过程中应注意的问题。同时，每项输电线路所处的环境各不相同，铁塔结构设计应结合工程自身特点以及工程实际，因地制宜，通过优化方案，科技攻关，不断探索与创新，设计出“安全可靠、经济合理” 的电力铁塔。
【参考文献】
［１］刘树堂．输电线路设计应注意的问题[M]．北京：中国水利水电出版社出版，2005．
［２］傅春蘅．高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J]．电力建设，2003，24（01）：28-30．
［３］梁树兰．关于输电线路铁塔结构设计的研究[J]．黑龙江科技，2011，30(05)：64-65．
【关键词】电力铁塔；设计要点；工程应用
1.工程概况
某500KV输电线路直线塔为酒杯型塔5B-ZBC4，经济呼称高取33m，耐张塔也选择酒杯型塔5B-ZBC4，呼称高取27m，耐张段总长6000m，高差350m，经过第七气象区，采用四分裂导线，选择导线型号为LGJ240/30。覆冰厚度为b=10mm。地线采用镀锌钢绞线，结构形式 、直径11mm、抗拉强度1270MPa、A级锌层的钢绞线。
2.塔型的选择以及杆塔的定位
2.1塔型的选择
500KV输电线路直线塔选择酒杯型塔5B-ZBC4，经济呼称高取33m，耐张塔也选择酒杯型塔5B-ZBC4，呼称高取27m；线路通过人口稀少的非居民区，导线对地安全距离d=11m；施工裕度取δ=1.0m；采用XP-16型绝缘子组成的双联绝缘子串，直线塔每单联绝缘子片数取25片，则每组片数为50片，耐张塔按规定比直线塔每联多2片。悬垂绝缘子串总长为3.875m，耐张绝缘子串的绝缘子串总长为4.185m。
2.2杆塔定位高度
经计算，直线型杆塔定位高度为17.125m，耐张型杆塔的定位高度为15m。
3.铁塔结构设计
本设计取第二基直线塔设计，其水平档距为ｌ■＝５０６．５ｍ ，垂直档距为ｌ■＝４７４ｍ 。
3.1荷载计算
直线塔金具质量为417.6kg，FR-2型防震锤单个2.7kg，两个5.4kg，FYH240-30护线条1.44kg，金具及绝缘子总质量为424.44kg。单相导线自重为17.1353kN，三相导线自重为51.406kN。单地线自重为2792.5kN，双地线自重为5.585kN。塔身风荷载：将杆塔分为8段，其中塔身分4段，塔头分4段。风荷载计算应分别计算以下几种情况：当风向与线路垂直时的风荷载；当风向与线路成90°角时塔身节点荷载；当风向与线路平行时的风荷载。绝缘子串及金具的风压为3.384kN，导线的风荷载为48.552kN，地线的风荷载为4.496kN。
3.2覆冰荷载
导线的冰重荷载为49.837kN，地线的冰重荷载为5.553kN。
3.3断线张力荷载计算
任意一相导线、地线未断，无风，无冰时，对于丘陵地区的耐张段，断线张力取一根导线最大使用张力的20%，故断线张力为60.496kN 。地线不平衡张力，断一根地线，导线未断，无冰无风时，500KV自立式铁塔，地线不平衡张力取最大使用张力的50%，故地线不平衡张力为41.25kN。
4.铁塔内力分析及内力验算
内力验算:
4.1节点内力验算
取塔腿的节点进行验算,所选螺栓型号为M20，螺栓抗剪强度为Ｎ■■＝４３．９６ＫＮ 。塔腿杆件规格如下：杆件1：Ｎ＝－１０８６６０．８Ｎ ,所选截面为Ｌ１６０×１２，σ＝－２９．０２Ｎ／ｍｍ■＜ ２１５Ｎ／ｍｍ■，λ=■=27.78 < 150，n=2.47，故螺栓个数取3个；杆件2：N=-372599.25N,所选截面为L160×12，σ=-99.52N/mm■ < 215N/mm■，λ=■=31.66 < 150，n=8.4，故螺栓个数取9个；杆件3：N=72899.48N ,所选截面为L125×10，σ=29.91N/mm■< 215Nmm■，λ=42.83 < 250，n=1.66，故螺栓个数取2个。
4.2塔腿内力验算
由sap2000软件计算分析可知，最大风时的荷载最大，将塔腿简化成平面受力状态，塔腿铰接。设计杆塔自重设计值为251.633KN，分配到四个基础的荷载为R■=75.490KN； 导地线自重设计值为69.519KN，平均分配到四个基础的荷载为R■=20.856KN；塔身风荷载设计值为126.074KN，分配到四个基础的荷载为 P■=31.519KN，导地线风荷载为19.56KN,平均分配到四个基础为 P■=4.89KN， R■=321.36KN。综上，R■=417.707KN (下压)，R■=225.015KN（上拔），P■=P■=36.409KN。
由sap200计算算塔腿最大内力为435.753 kN（下压力），最大上拔力为231.93 kN。经计算两者的误差均在5%以内，故塔腿内力验算满足要求。
5.基础设计
本耐张段线路所在地质冻土深度为1.7m，地基承载力为f■=135KN/m■，e=0.8,I■=0.82,第一土层为杂填土，深度为1m，第二土层为粉质粘土，深度为5m，地下水位线在地面下1m处。
基础混凝土等级采用C25,根据水文地质条件及冻土深度1.7m，确定基础埋深为d=2m。由于它塔腿杆件较宽，靴板宽度为600mm×600mm，故暂定基础地面尺寸4m×4m,基础高度h=1200mm。基础钢筋等级采用HPB235钢筋，取钢筋与基础侧面边缘的距离为100mm，则构造配筋为19φ10@200，A=1492mm■> 522mm■，故按构造配筋。纵筋按构造配置φ10@300。
6.电力铁塔设计应注意的问题
6.1塔的尺寸和档距须满足电路要求：导线与地面、建筑物、树木、铁路、公路、河流以及其他架空线路之间，导线与导线、导线与避雷线之间，均应保持必要的最小安全距离。避雷线对导线的保护角及使用双避雷线时两根避雷线之间的水平最小距离应满足有关规定。
6.2输电线路塔主要承受风荷载、冰荷载、线拉力、断线、地震作用等荷载。设计时应考虑这些荷载在不同气象条件下的合理组合，恒荷载包括塔、线、金具、绝缘子的重量及线的角度合力、顺线不平衡张力等。断线荷载在考虑断线根数、断线张力的大小及断线时的气象条件等方面。
6.3铁塔结构布置的要求：所有塔型必须根据电气条件要求进行结构布置,同时使铁塔在各种工作条件必须满足强度、稳定和变形的要求。满足和方便施工、制造、运行、检修等诸方面。如构件同一截面尽可能减少型钢种类；同一构件应采用同一螺栓孔径,而整个铁塔螺栓孔径应不多于三种；铁塔主材坡度变化次数应尽量减少；尽量避免使用热加工；铁塔构件在安装运输上的分段应考虑施工人员方便及加工工厂生产制作的最大允许度；各镀锌构件一般不超过7m,截面尺寸不大于600x600mm,构件材料最长不超过7.5m；横担主材断开接头位置,离塔身外最好不超过1m；铁塔防腐在任何情况下都不应采用电镀锌防腐。
6.4铁塔一般均简化为静态进行分析，对于风、断线、地震等动荷载，通常在静力分析的基础上，分别乘以风振系数、断线冲击系数、地震力反应系数来考虑动力作用。 输电线路塔的内力计算，与塔式结构和桅式结构相同，但须考虑下列两个问题：导线风荷载对塔的作用；断线力对塔的作用。
6.5输电线路塔基础的种类很多，并随塔的类型、地形、地质、施工及运输的条件而异。基础设计除应考虑地基和基础的强度外，尚需核算基础的上拔与倾覆稳定性。根据长期使用经验，对一般塔基础可以不必验算地基的变形。
7.结语
本文结合笔者从事输电线路设计工作的相关经验，以某500kV电力铁塔结构设计为例，结合该工程特点，对电力铁塔结构设计进行了简要的介绍，总结了电力铁塔结构设计过程中应注意的问题。同时，每项输电线路所处的环境各不相同，铁塔结构设计应结合工程自身特点以及工程实际，因地制宜，通过优化方案，科技攻关，不断探索与创新，设计出“安全可靠、经济合理” 的电力铁塔。
【参考文献】
［１］刘树堂．输电线路设计应注意的问题[M]．北京：中国水利水电出版社出版，2005．
［２］傅春蘅．高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J]．电力建设，2003，24（01）：28-30．
［３］梁树兰．关于输电线路铁塔结构设计的研究[J]．黑龙江科技，2011，30(05)：64-65．