探讨220KV窄基钢管塔线路的设计与规划

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摘要:本文介绍了220 kV窄基钢管塔的设计规划，进行不同绝缘子串型、振型与结构设计、技术指标的比较，为城郊线路工程设计提供参考。

关键词:窄基钢管塔 L型绝缘子串 规划与设计

1塔型规划设计

为减少占地，可采用电缆埋管方式或钢管杆。电缆本体投资是架空线路的10倍以上，受地形、地下管道、河流等影响较大。钢管杆工程造价比铁塔明显增加。综合考虑以上因素，同时满足铁塔根开4m，决定采用窄基塔设计方案。为了减小线路走廊，通过比较不同的导线布置型式、绝缘子串型，选择优化的设计方案。

1.1导线布置形式及绝缘子串的比较

常规双回路塔型导线布置有三角形排列和垂直排列。导线三角形排列时，横担为两层结构，虽然塔高较低，但由于下层横担布置了四相导线，使下层横担过长，增加了走廊宽度。垂直排列塔型导线横担为三层结构，减少了下层横担的导线相数，使横担宽度明显小于三角形排列的塔形结构。因此，该工程采用导线垂直排列。

1.1.1直线塔串型

垂直排列双回路直线塔的串型有多种形式，如全I串、全V串、IV组合串、Y型串、L型串等。工程中常用全I串、全V串。表1从线路走廊和钢材指标的角度比较了全I串、全V串、全L串3种串型对应塔型的性能。

根据表1，L串线路综合走廊与V串线路相当，比I串线路减小约20%;L串塔型横担较短，塔重比I串塔型减小约6%，比V串塔型减小约13%。可以看出，采用L串节约走廊资源优势显著，同时也减少铁塔耗钢量。

1.1.2耐张塔串型

耐张塔串型有耐张绝缘子串和跳线串。耐张绝缘子串对塔型规划影响不大，可采用一般工程使用的常规复合绝缘子耐张串。考虑到本项目塔型适用于基本风速38 m/s地区，结合以往塔型设计的经验，宜推荐采用防风偏跳线串。

1.2塔身主材截面选择

窄基塔根开比常规铁塔小40%～60%，抗弯刚度比常规角钢塔小，在水平荷载作用下，水平位移增大。为了减小塔身风荷载、控制位移、增加铁塔的整体稳定性，主材使用钢管截面。

2塔型振型分析与结构设计

现有关于杆塔结构自振周期的估算公式不能完全适用于窄基塔。输电铁塔结构形式多样，在几何尺寸、质量分布、刚度分布和挡风面积等方面存在变异性，现行规范在风振系数计算公式中没有考虑这些变异性的影响，其给出的风振系数βZ无法普遍适用于各种塔架结构形式。该工程铁塔的设计首先采用VTLA软件试算铁塔构件规格;再通过有限元软件ANSYS建模，应用子空间迭代法求解铁塔的自振频率和振型，得到铁塔自振周期，根据规范公式求解风振系数βZ;将βZ代入铁塔设计软件VT-LA，重新计算铁塔构件规格。经过几次迭代后，得到较满意的设计结果，并通过有限元的线性分析对比铁塔设计软件的计算结果。

2.1直线塔2ZA－SZK1振型分析

应用ANSYS通用有限元软件，建立直线塔2ZA－SZK1的空间有限元模型，建模方法采用梁－杆混合单元，主材采用PIPE16单元。为避免体系的几何可变性，横隔杆件用梁单元Beam4模拟，与主材刚结，其他杆件(如斜材、横担等)均采用空间杆单元Link8模拟。应用子空间迭代法求解了铁塔的自振频率和振型。直线塔2ZA－SZK1的前十阶频率见表2，相应的振型见图3。

通过有限元分析，主要结论有:

(1)在前十阶振型中，除部分出现横隔面局部振动的振型外，铁塔的振型主要有一阶弯曲、二阶弯曲、三阶弯曲、一阶扭转和二阶扭转。由于结构在X向和Y向上具有一定的对称性，所以两方向的同阶弯曲模态的频率近似。

(2)42 m呼高直线塔2ZA－SZK1的基本周期T1为0．737 s。

(3)第一阶扭转模态周期与基本周期相差较大，说明结构布置对扭转有利。可利用有限元分析求得基本周期，根据规范公式求解风振系数βZ。

2.2结构设计考虑的问题

(1)塔身与横担的风振系数取值。

(2)L型绝缘子串、硬支撑跳线的特殊构造。

(3)窄基钢管塔的标准化设计要求:钢管库、钢管主材径厚比、节点构造、法兰设计等。

(4)为方便运输与施工，窄基塔的每段主材控制在6 m左右，并配有抱杆提升孔。

(5)由于该工程窄基塔塔位在公路绿化带中央，需在塔腿钢管主材喷涂交通警示。

3结论

该工程使用的窄基钢管塔，采用了L型绝缘子串与硬支撑跳线技术，结构计算过程合理确定了风振系数取值。通过技术指标比较，论证了窄基钢管塔设计方案在走廊狭小地区使用的可行性与优势。