某110kV双回钢管杆线路中的设计方案
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摘要：本文通过对钢管杆模拟线路的统计,归纳得出常用的110kv双回钢管杆合理的设计方案的条件，供其它钢管杆线路设计参考。
【关键词】钢管杆;设计条件;安全系数;档距
引言
随着经济中心的不断加快发展,人们越来越认识到环境的重要性。钢管杆以其体积小,占地少,外形相对美观,同时相对电缆线路造价低等原因,在现在城镇输电线路建设中得到广泛使用。目前, 由于钢管杆承载能力小,挠度要求高的原因, 设计过程和计算要求比较精细，钢管杆设计成果也因人设置的条件不同而出现差异,设计中普遍认为宜将钢管杆的水平档距缩短,导地线安全系数提高,从而降低单基钢管杆的本体费用。但水平档距缩短将导致单公里钢杆基数增多,从而增加钢管杆永久占地费用；安全系数提高将增加钢管杆呼称高。为得出合理的钢管杆设计条件,本文以常用的110kV双回线路,通过模拟线路统计分析,得出110kV双回钢管杆合理的设计条件,供其它钢管杆线路设计参考。
1、线路模型概况
1.1设计条件
采用某地区钢管杆线路常用的设计条件,具体如下：
1）电压等级110kV
2)导线：LGJ-400/35；地线JLB1A-95
3)气象条件：V=30m/s,B=5mm,C=-20℃
2)对地距离；h≥10m
3)直线绝缘子串长；1.6m
1.2模拟线路
钢管杆线路一般架设于道路边,路径与道路平齐,为便于统计分析,根据大多数钢管杆线路的路径情况,文章虚拟一条理想的钢管杆线路作为分析模型。
1）模拟线路路径如图1所示。
2)线路全长AF=4.357km，线路曲折系数为1.012。其中AB=0.030km，BC=0.24km,CD=1.613km，DE=0.150km,EF=2.296km,FG=0.270km。
图1钢管杆横拟线路路径
3)线路共5个耐张杆。其中∠B=8°(终端),∠C=10°,∠D=5°,∠E=4°,∠F=90°(终端),为简化计算,更符合钢管杆实际设计情况,将C、D、E点处耐张钢管杆归并为转角杆0-10°,B、F点耐张钢杆归并为转角杆70°-90°(兼终端杆)。
1.3计算原则
为比较各种设计条件对钢管杆的影响,统一设计标准,文章对钢管杆计算原则统一如下：
1)为保证钢杆地线支架的实用性,地线安全系数在荷载设计时比导线安全系数大1,在确定地线支架高度时比导线安全系数大2。
2)垂直档距比水平档距大50m。
3)钢杆实际使用强度不超过强度设计值的95%。
4)直线杆不考虑锚线工况。
5)钢杆主杆不考虑安装工况控制。
6)直线杆挠度控制在5%以内,转角杆挠度控制在12%以内。
7)钢管杆材质采用Q345。
8)基础露头：h=300mm,基础钢筋采用I、II级,混凝土采用C20。
9)钢管杆镀锌质量增大系数1.1。
10)钢管杆采用环形。
11）地质参数：地下高水位-1m,低水位-10m；地基承载力fak=80Kpa；其它地质参数按《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005中软塑粘性土对应的参数取值。
12）计算标准：《架空送电线路钢管杆设计技术规定》DL/T5130-2001及《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005。
2、线路模型数据统计
通过对以往钢管杆线路的总结−影响钢管杆重量两个主要因素分别为水平档距和安全系数。本文对钢管杆设计水平档距分别取150、200、250、300m,安全系数分别取3、4、5、6、7、8组合时,模拟线路的钢管杆数据统计见表1。
表1钢管杆重量与设计条件的关系
影响耐张钢管杆最主要因素是导地线安全系数,但从上表中看出,安全系数提高后,耐张杆的重量并没随之大幅下降。主要原因是−安全系数提高后,同样档距下所需的呼称高随之增加,由呼高增加引起的杆重增加抵消了安全系数增加后所引起钢杆总重减少。因此,为降低钢管杆总重,宜将耐张钢管杆的呼称高和使用档距控制在一定范围内。
下面假定耐张杆档距均控制为200m,呼称高均控制为21m,耐张杆重量仅随着导地线安全系数变化而变化。相应的钢管杆数据统计见表2。
表2钢管杆重量与设计条件的关系（耐张钢管杆呼高和档距不变化）
3、数据分析
3.1耐张杆呼高和档距变化时数据分析
表1数据中,直线杆和耐张杆的呼称高均随着钢管杆的安全系数和档距变化而变化。根据不同安全系数和档距组合下的统计数据。作图2“直线杆重一安全系数图表”图3“耐张杆重一安全系数图表”、图4“钢杆总重一安全系数图表”。
图2钢杆总重一安全系数图表
1）从表1和图2看出,安全系数越大,直线钢杆的总重越大。这是因为安全系数增加后,直线钢管的呼称高增加,从而导致直线杆重增加。
档距越大,直线钢杆重量越大。这是因为档距增加后,直线钢杆的呼称高增加,呼称高增加引起的直线杆重增加大于因档距增加后所减少的杆基数而减少的杆重。
2）从表1和图3看出,耐张杆重与安全系数的关系不大。由于耐张杆基数不变,安全系数增加后,相应呼称高增加,由呼称高增加引起的杆重增加抵消了安全系数增加后所引起的钢杆总重减少。
耐张钢管杆总重随着档距增加而增加。这是因为耐张钢管杆基数固定,档距增加后必然引起耐张杆重增加。
图3耐张钢杆总里一安全系数图表
（3）从上面的分析,安全系数增加后,直线钢管杆总重增加,而耐张杆总重基本不变,因此,安全系数越小时,钢管杆总重越小。
档距增加后,直线杆与耐张杆的总重均增加,因此档距越小时,钢杆总重越小。
以上论证可以从表1和图2中可以看出。
图4钢杆总重一安全系数图表
3.2耐张杆呼高和档距不变化时数据分析
根据表2作“杆总重一安全系数图表”见图5。
图5耐张钢杆总重一安全系数图表
从表2和图5可以看出：耐张钢管杆的呼称高与档距控制在一定范围内,可以得出以下结论：
1）K=8时,LH=150m，钢管杆总重量最小。
2)若设计档距分别取下列数值,相应的合理安全系数如下:
LH=150m时，K=8；
LH=200m时，K=8；
LH=250m时，K=5；
LH=300m时，K=5；
3.3钢管杆总造价与设计条件的关系
通过以上分析,当K=8时,LH=150m时,钢管杆总重量最小,但此时钢杆基数最多,相应的钢杆永久占地费用也最多,因而此条件未必使整个工程造价最低。合理的钢管杆设计条件应综合考虑钢管杆总造价,经调查,按目前某地区一般情况下钢管杆永久征地费用4万元/基考虑,则上述设计条件下钢管杆总造价统计见表3。
表3钢管杆总造价与设计条件的关系
从表3看出,考虑钢管杆永久征地费用后,本条模拟线路当LH=250m时,K=3钢管杆的总造价最小。如实际工程中钢管杆的永久征地费用较小,则可将钢管杆设计档距取较小值200m,相应的安全系数取8；如实际工程中钢管杆的永久征地费用较大,则可将设计档距取较大值300m,相应的安全系数取3。
4、总结
本文主要针对钢管杆模拟线路理想状态下的设计条件进行了分析,提供了常规110kV双回钢管杆设计条件的参考。实际上,钢管杆线路工程不可能在理想状态下设计、施工。往往存在各种对线路的杆塔选线、排杆及定位的影响因素,因此,实际工程中的钢管杆线路须根据工程具体情况,通过比较分析,选择合理的设计条件。
参考文献
[1]张殿生,电力工程高压送电线路设计手册，北京，中国电力出版社,2002
[2]张春奎等，架空送电线路钢管杆设计枝术规定，DL/T5130-2001。北京：中国电力出版社,2002
[3]于润芳等，架空送电线路基础设计技术规定DL/T5219-2005,北京：中国电力出版社,2005
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