賈國強(qiáng)，武 力

(內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

斷線工況對(duì)輸電鐵塔重量的影響

賈國強(qiáng)，武 力

(內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

對(duì)110kV單回路輸電線路鐵塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了弄清楚斷線工況對(duì)鐵塔重量的影響程度以及斷線工況所控制的桿件位置及類型，首次計(jì)算并未考慮斷線工況對(duì)鐵塔的影響，并得到了滿應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。第二次計(jì)算時(shí)，通過追加斷線工況荷載，驗(yàn)算了首次滿應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，并得到了斷線工況所控制的桿件位置及類型。對(duì)比兩次計(jì)算最終結(jié)果，得到了斷線工況對(duì)鐵塔重量的影響程度。

斷線工況； 斜材； 主材； 鐵塔重量。

1 概述

輸電線路斷線事故屬于小概率事件，但一旦發(fā)生，輕者造成供電中斷，重者發(fā)生倒塔、線路癱瘓，其造成的破壞不容小視。斷線情況的起因多表現(xiàn)為自然災(zāi)害、線路自身缺陷和安裝不合格等因素。在進(jìn)行輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，斷線工況為鐵塔設(shè)計(jì)的一種重要工況，通常會(huì)控制較多桿件的選材。2010年7月1日實(shí)施的《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50545－2010也將斷線情況的荷載取值進(jìn)行了提高。按照新規(guī)程的設(shè)計(jì)要求，本文針對(duì)我院設(shè)計(jì)的110kV鐵塔的四種轉(zhuǎn)角塔和三種直線塔分別進(jìn)行了斷線工況下的計(jì)算，并進(jìn)行了分析研究。

2 鐵塔設(shè)計(jì)條件

1 1 0 k V單回路系列鐵塔，設(shè)計(jì)風(fēng)速28m/s(10m高)，覆冰厚度為10mm，最低氣溫－40℃。導(dǎo)線采用1XLGJ－240/30型號(hào)，地線采用GJ－80型號(hào)。4個(gè)轉(zhuǎn)角塔最大呼高均為24m，水平檔距450m，轉(zhuǎn)角度數(shù)分別按0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～90°設(shè)計(jì)，其中JG4同時(shí)兼做終端塔。ZM1最大呼高24m，水平檔距350m；ZM2最大呼高27m，水平檔距500m；ZB1最大呼高24m，水平檔距450m；導(dǎo)線安全系數(shù)取2.5，地線安全系數(shù)取3.0。

3 鐵塔計(jì)算分析

為了找到斷線工況所控制的桿件，首次計(jì)算時(shí)有意識(shí)地將斷線工況去掉，得到了鐵塔在滿足設(shè)計(jì)要求下的滿應(yīng)力結(jié)果，也即此時(shí)所計(jì)算出的鐵塔如果不考慮斷線工況的存在，鐵塔各項(xiàng)計(jì)算是滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)程規(guī)定的。在進(jìn)行第二次計(jì)算時(shí)，用斷線工況下的荷載去驗(yàn)算首次計(jì)算的結(jié)果，得到了受斷線工況控制的桿件及滿應(yīng)力結(jié)果。

3.1 計(jì)算結(jié)果

為了弄清楚鐵塔受斷線工況控制的桿件有哪些，應(yīng)力情況如何，分別截取兩次計(jì)算下的鐵塔應(yīng)力圖，詳見圖1和圖2，其中圖1為不考慮斷線工況下的應(yīng)力圖，圖2為用斷線工況下的荷載驗(yàn)算首次計(jì)算結(jié)果得到的應(yīng)力圖。圖2紅色方框示意處為被斷線工況控制的桿件，且桿件應(yīng)力比超過100%。

圖1 應(yīng)力圖一

圖2 應(yīng)力圖二

通過調(diào)整圖2超限桿件的規(guī)格，使其滿足斷線工況的計(jì)算，最終得到了考慮斷線工況后鐵塔的重量，將兩次計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，得出了在斷線工況控制下鐵塔重量的增加量，詳見表1。

表1 鐵塔重量增量對(duì)比

3.2 結(jié)果分析

從圖2可以看出，對(duì)轉(zhuǎn)角塔而言，斷線工況主要控制的是塔身斜材、腿部斜材和橫擔(dān)主材。除JG1導(dǎo)線橫擔(dān)上部塔身主材受斷線工況控制之外，轉(zhuǎn)角塔塔身主材均不受斷線工況控制。同時(shí)從表1鐵塔重量增量可以看出，轉(zhuǎn)角塔主材重量的增加最大為3.28%，最小為0.28%，斜材重量的增加最大為40.62%，最小為17.51%；也即轉(zhuǎn)角塔由斷線荷載而引起鐵塔重量的增加主要是由于斜材重量增加所引起的。圖3為轉(zhuǎn)角塔各呼高由斷線工況而引起單基塔重量增加變化情況。

從圖3可以看出，隨著鐵塔高度的增加，鐵塔增重逐漸減小，且隨著轉(zhuǎn)角塔轉(zhuǎn)角度數(shù)的增加，鐵塔增重也在減小。

對(duì)直線塔而言，從圖2可以看出，斷線工況主要控制的是塔身、塔頭主材、塔身斜材、腿部斜材，且從表1主材增量和斜材增量計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，主材重量增加幅度要大于斜材重量增加幅度。圖4為直線塔各呼高由斷線工況而引起單基塔重量增加變化情況，對(duì)比ZM1和ZM2，可以發(fā)現(xiàn)，斷線工況對(duì)ZM1的影響要大于ZM2，說明檔距越小，斷線工況對(duì)鐵塔的影響也越大。從圖4還可以看出，ZB1塔受斷線的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他2個(gè)直線塔，這主要是因?yàn)閆B1塔塔頭構(gòu)造和塔頭尺寸比其他2個(gè)直線塔大所造成的。

從表1、圖3和圖4結(jié)果來比較斷線工況對(duì)直線塔和轉(zhuǎn)角塔的影響程度可以發(fā)現(xiàn)，斷線工況對(duì)直線塔的影響程度要比對(duì)轉(zhuǎn)角塔的影響程度大，同時(shí)從另一方面也說明，在發(fā)生斷線情況時(shí)，直線塔抵抗斷線荷載的能力要比轉(zhuǎn)角塔弱。

計(jì)算結(jié)果還表明，斷線荷載無論是對(duì)直線塔還是轉(zhuǎn)角塔，對(duì)塔身上部的影響要大于下部，這與相關(guān)鐵塔試驗(yàn)是相符的。

圖3 轉(zhuǎn)角塔增重百分比

圖4 直線塔增重百分比

4 結(jié)論

(1)考慮斷線工況后，轉(zhuǎn)角塔單基塔重最大增加了20.48%，最小增加了7.48%；直線塔單基塔重最大增加了34.41%，最小增加了12.4%。斷線工況對(duì)直線塔的影響要大于對(duì)轉(zhuǎn)角塔的影響。

(2)對(duì)轉(zhuǎn)角塔，斷線工況主要控制的是塔身斜材、腿部斜材和橫擔(dān)主材；對(duì)直線塔，斷線工況主要控制的是塔身、塔頭主材、塔身斜材、腿部斜材。

(3)對(duì)轉(zhuǎn)角塔，斷線工況引起鐵塔重量的增加主要是由鐵塔斜材重量增加引起的，而對(duì)直線塔，鐵塔重量的增加主要是由斜材和主材重量增加共同引起的。

(4)隨著塔高的增加，斷線工況引起鐵塔重量的增加在逐漸減小，也即鐵塔重量的增加主要是由鐵塔上部桿件變化引起的。

[1]Lummis J，Pohhlman J C．Flexible transmission structures operate to suppress cascading failures[C]．IEEE－Winter Meeting，New York，1974．

[2]李正，楊靖波，等．2008年輸電線路冰災(zāi)倒塔原因分析[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(2)．

[3]Bob Oswald，Dennis Schroeder，Peter Catchpole.Investiga－tive summery of the July 1993 Nebraska Public District Grand Island－Moore 345kV transmission line failure[C].Transmis－sion and Distribution Conference，Proceedings of the 1994 IEEE PowerEngineering Society，1994.

[4]GB 50545－2010，110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]默增祿，張子富，胡光亞．±800 kV直流特高壓直線塔模型的導(dǎo)線斷線試驗(yàn)分析[J]．電力建設(shè)，2010，31(1)．

Effect of Breaking Line Condition on Weight of Transmission Line Iron Tower

JIA Guo-qiang, WU Li
(Inner Mongolia Power Exploration and Design Institute, Huhhot 010020, China)

While doing structure design to 110kV single－circuit transmission tower, in order to make clear how broken wire conditions effect the tower weight and find out controlled rods position and type by broken wire conditions, we don’t consider the influence of broken wire conditions to tower weight for the first calculating and obtain full stress calculation results. When beginning compute for the second time, we add broken wire load, check full stress calculation results of the first calculating, and get controlled rods position and type by broken wire conditions.Contrast twice calculating results, we know that how broken wire conditions effect the tower weight.

broken wire conditions; cross members; main members; tower weight.

TM726

B

1671-9913(2014)03-0064-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.013

2013-05-28

賈國強(qiáng)(1980- )，男，內(nèi)蒙古呼和浩特市人，碩士研究生，工程師，主要從事輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。