陳山山

摘 要：通過(guò)分析輸電線路鐵塔導(dǎo)地線風(fēng)荷載的受力特點(diǎn)，基于《架空輸電線路荷載規(guī)范》（DL/T 5551—2018）分別提出了直線塔及耐張塔水平檔距的折算方法和原則，認(rèn)為在特定條件下可通過(guò)水平檔距折算增大鐵塔設(shè)計(jì)檔距，對(duì)節(jié)約工程投資具有重要意義。

關(guān)鍵詞：輸電鐵塔;導(dǎo)地線;風(fēng)荷載;水平檔距折算

0 引言

在輸電線路鐵塔規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般情況下不論懸垂直線塔還是耐張塔，一個(gè)塔型僅規(guī)劃一個(gè)水平檔距，即以最高呼高塔型的水平檔距來(lái)控制整個(gè)塔型的風(fēng)荷載，這對(duì)于最高呼高塔的受力來(lái)說(shuō)是合理的。但對(duì)于低呼高塔，因其線條高度低，風(fēng)壓高度變化系數(shù)小，其實(shí)際線條風(fēng)荷載較高呼高塔小，鐵塔計(jì)算時(shí)仍以高呼高塔線條荷載作為計(jì)算條件，顯然是浪費(fèi)且不合理的。同時(shí)，對(duì)于山區(qū)線路，設(shè)計(jì)人員會(huì)經(jīng)常面對(duì)耐張塔規(guī)劃?rùn)n距遠(yuǎn)小于實(shí)際設(shè)計(jì)條件的情況，在不重新設(shè)計(jì)鐵塔的前提下，如何根據(jù)已有鐵塔的受力特點(diǎn)，通過(guò)水平檔距折算增大耐張塔的設(shè)計(jì)檔距，提高鐵塔利用率，即本文需要解決的問(wèn)題。

1 直線塔水平檔距折算分析

1.1? ? 直線塔水平檔距折算原則

目前文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]已開(kāi)展過(guò)直線塔水平檔距折算的相關(guān)研究，但上述研究成果的風(fēng)荷載計(jì)算均是基于《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545—2010）。而新實(shí)施的《架空輸電線路荷載規(guī)范》（DL/T 5551—2018）中，線條風(fēng)荷載計(jì)算原理較老規(guī)范差異較大，文獻(xiàn)[3]研究認(rèn)為采用新規(guī)范后220 kV及以下電壓等級(jí)線條風(fēng)荷載將有大幅增加，因此有必要以新規(guī)范為基礎(chǔ)對(duì)直線塔水平檔距折算方法進(jìn)行重新論證。

在垂直檔距已定的前提下，水平檔距主要影響直線塔的水平荷載。常規(guī)做法是同一個(gè)塔型所有呼高均采用一種水平檔距，實(shí)際排桿定位時(shí)一旦超過(guò)規(guī)劃?rùn)n距，需更換水平檔距更大的塔型，但在超過(guò)規(guī)劃?rùn)n距不多的情況下，冒然更換設(shè)計(jì)條件更大的塔型，必定導(dǎo)致鐵塔利用率降低，間接增加工程投資。因此根據(jù)線條風(fēng)荷載的計(jì)算原理，直線塔規(guī)劃時(shí)應(yīng)按“塔高每降低一定高度，桿塔水平檔距相應(yīng)增大一定百分比”的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行線條荷載計(jì)算[2]，直線塔在一定呼稱高范圍內(nèi)，最小水平檔距值對(duì)應(yīng)最高的呼稱高，水平檔距隨著呼稱高的降低而變大，最終保證同一直線塔型的不同呼稱高的鐵塔總體受力接近，以達(dá)到提高直線塔利用率的目的，保證鐵塔設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2? ? 直線塔水平檔距折算應(yīng)用分析

根據(jù)《架空輸電線路荷載規(guī)范》（DL/T 5551—2018）6.1.1條規(guī)定，導(dǎo)地線風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列公式計(jì)算：

WX=βc·αL·W0·μz·μsc·d·Lp·B1·sin2 θ[4]? （1）

βc=γc（1+2g·IZ）（2）

W0=V0 2/1 600（6）

式中：WX為垂直于導(dǎo)線及地線方向的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值;βc為導(dǎo)地線陣風(fēng)系數(shù);αL為檔距折減系數(shù);W0為基準(zhǔn)風(fēng)壓;μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);μsc為導(dǎo)線或地線的體型系數(shù);d為導(dǎo)線或地線的外徑;LP為桿塔規(guī)劃水平檔距;B1為導(dǎo)地線覆冰風(fēng)荷載增大系數(shù);θ為風(fēng)向角;γc為導(dǎo)地線風(fēng)荷載折減系數(shù);g為峰值因子;IZ為導(dǎo)線平均高Z處的湍流強(qiáng)度;I10為10 m高度名義湍流強(qiáng)度;z為導(dǎo)線、地線平均高度;α為地面粗糙度指數(shù);εc為導(dǎo)地線風(fēng)荷載脈動(dòng)折減系數(shù);δL為檔距相關(guān)性積分因子;LX為水平向相關(guān)函數(shù)的積分長(zhǎng)度;V0為基本風(fēng)速。

由于水平檔距僅影響線條風(fēng)荷載，與塔身風(fēng)荷載是相互獨(dú)立的，因此文中不考慮塔身風(fēng)荷載對(duì)水平檔距折算的影響。從式（1）可以看出，導(dǎo)地線風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)僅βc、αL、μz三個(gè)參數(shù)與導(dǎo)線計(jì)算高度有關(guān)，其余參數(shù)與導(dǎo)線計(jì)算高度無(wú)直接關(guān)系，可得出直線塔水平檔距折算的基本公式：

βc2·αL2·μz 2Lp2=βc1·αL1·μz1Lp1（7）

則：

由于等式（8）中βc、μz、αL均由線條平均高度控制，因折算結(jié)果會(huì)導(dǎo)致鐵塔使用檔距的變化，進(jìn)而影響導(dǎo)地線大風(fēng)工況的弧垂，最終導(dǎo)致鐵塔每個(gè)呼高的平均高度均不同，所以鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)為簡(jiǎn)化計(jì)算，提高設(shè)計(jì)效率及保證安全，比計(jì)算呼高小的塔型直接按計(jì)算呼高的平均高度進(jìn)行計(jì)算，而比計(jì)算呼高大的塔型可不考慮弧垂對(duì)其平均高度的影響。以2D1Z5-ZM2塔型為例，該塔型計(jì)算呼高為36 m，設(shè)計(jì)水平檔距為550 m，根據(jù)上述計(jì)算原則，不同呼高計(jì)算水平檔距如表1所示。

從表1可以看出，呼高每降低或增加3 m，鐵塔實(shí)際使用水平檔距可增加或減少2.0%～3.5%，特別是對(duì)于呼高較多的塔型，該折算方法能大大增加鐵塔的設(shè)計(jì)檔距，對(duì)節(jié)約工程投資有較大意義。

2 耐張塔水平檔距折算分析

2.1? ? 耐張塔水平檔距折算原則

對(duì)于輸電線路耐張塔，由線條引起橫向荷載主要由線條風(fēng)荷載和線條張力在水平方向上的分量（角度荷載）兩部分組成。由于耐張塔線條風(fēng)荷載占鐵塔總的水平荷載比例較小，通常鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)耐張塔規(guī)劃水平檔距較直線塔小得多。在山區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，線路經(jīng)常會(huì)跨越山谷，這就導(dǎo)致很多耐張塔規(guī)劃?rùn)n距不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用條件，若重新規(guī)劃鐵塔，不僅計(jì)算工作量大，且影響工期。因此，為提高設(shè)計(jì)效率，鐵塔實(shí)際使用時(shí)可在保證不超整體橫向荷載的前提下，根據(jù)角度荷載與線條風(fēng)荷載的力學(xué)計(jì)算關(guān)系，利用轉(zhuǎn)角度數(shù)余量來(lái)折算水平檔距，以增大耐張塔的設(shè)計(jì)檔距。

根據(jù)圖1所示，耐張塔角度荷載可按下式計(jì)算：

Tx=2Tsin α（9）

式中：T為線條在大風(fēng)工況下使用張力;α為線路轉(zhuǎn)角的一半。

根據(jù)折算原則，即減小的角度力等于增大的線條水平風(fēng)荷載，將式（1）和式（9）組成等式如下：

βc·αL·W0·μz·μsc·d（Lp1-Lp2）B1·sin2 θ=2T（sin α1-sin α2）（10）