羅焓杰，袁琦，侯為

（湖南科鑫電力設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著國內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展和土地資源的日漸稀缺，輸電線路路徑受規(guī)劃的影響，不可避免的存在線路間的交叉跨越。當(dāng)不同電壓等級的線路交叉時，一般經(jīng)過低電壓線路需采用跨越方式，經(jīng)過高電壓線路需采用鉆越方式。當(dāng)交叉線路的間距較小時，采用常規(guī)鐵塔，線路很難實(shí)現(xiàn)相鄰檔內(nèi)同時采用鉆越和跨越的方式經(jīng)過交叉線路；采用電纜或者其它方式，不僅增加了工程投資，還給施工與運(yùn)行帶來了困難。因此，新設(shè)計輸電線路鉆跨塔具有非常積極的意義。下面以湖南省典型氣象條件為例，詳細(xì)介紹一種新型單回路鉆跨塔的設(shè)計研究。

1 基本設(shè)計條件

桿塔設(shè)計采用湖南省典型氣象條件：設(shè)計基本風(fēng)速為23.5m/s，設(shè)計覆冰為15mm。導(dǎo)線采用1×JL/G1A-300/40 鋼芯鋁絞線，地線采用GJ-80 型鍍鋅鋼絞線。

2 布置形式及掛線方式

單回路鉆跨塔采用鉆、跨側(cè)導(dǎo)線橫擔(dān)上下雙層布置，將下層的導(dǎo)線引至上層橫擔(dān)，并通過設(shè)計輔助跳線橫擔(dān)，利用跳線串使繞引相的跳線連接遠(yuǎn)離塔身，采用這種導(dǎo)線布置方式，可實(shí)現(xiàn)“先鉆后跨”。如圖1。

圖1 單回路鉆跨塔掛線方式示意圖

掛線方式應(yīng)在滿足電氣間隙和電磁環(huán)境要求的前提條件下，應(yīng)盡可能縮小塔頭尺寸，減小線路走廊寬度，降低桿塔指標(biāo)，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、美觀的目的。

3 荷載及工況組合

單回路鉆跨塔與常規(guī)桿塔一樣，荷載需考慮正常運(yùn)行、事故斷線、安裝、不均勻冰的組合工況。其中需特別注意斷線工況的組合，一般單回路耐張塔考慮斷一根地線和一相導(dǎo)線或者同時斷兩相導(dǎo)線，默認(rèn)為后側(cè)斷線。由于單回路鉆跨塔為雙層橫擔(dān)單邊掛線布置，需同時考慮上下層橫擔(dān)前后側(cè)斷線，找出荷載對塔身形成最大彎矩和最大扭矩的工況組合進(jìn)行計算。單回路鉆跨塔由于從下層橫擔(dān)到上層橫擔(dān)的引線較長，在進(jìn)行跳線荷載計算時，需同時考慮水平風(fēng)荷載的影響。

4 結(jié)構(gòu)性能研究

4.1 三維建模的結(jié)構(gòu)分析

采用有限元軟件SAP2000 對單回路鉆跨塔進(jìn)行三維建模，并輸入桿塔外負(fù)荷，對全塔結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行分析。

圖2 單回路鉆跨塔三維建模及結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖

新型鉆跨塔結(jié)構(gòu)型式簡單，與常規(guī)耐張塔布置型式較為接近，圖2 中可以看出，整塔的傳力路徑清晰，結(jié)構(gòu)分析較容易。由于地線支架和上下層導(dǎo)線橫擔(dān)均為單側(cè)掛線，橫擔(dān)主材不受斷線控制，控制工況主要為設(shè)計覆冰和安裝工況；塔身主材主要受設(shè)計覆冰工況控制。根據(jù)計算結(jié)果，單回路鉆跨塔的主材規(guī)格與常規(guī)終端塔相同，由于塔身全高較高，塔重約為同呼高常規(guī)終端塔重的1.2 倍。單回路鉆跨塔與常規(guī)終端塔對比情況見表1。

表1 單回路鉆跨塔與常規(guī)終端塔對比情況

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

單回路鉆跨塔塔身斷面采用方形斷面；斜材與水平面的夾角宜控制在35°～45°之間；塔腿主斜材夾角宜不小于20°。由于鉆跨塔的受力不同于常規(guī)耐張塔，下層橫擔(dān)的荷載相對于塔身主材受力是有利的，合理布置塔身二次變坡位置，可以大大優(yōu)化桿塔結(jié)構(gòu)。單回路鉆跨塔的二次變坡反向延長線交點(diǎn)宜與上下層橫擔(dān)的荷載合力點(diǎn)重合。橫隔面的設(shè)置須滿足：在塔身變坡處、直接受扭力的斷面處和塔頂及塔腿頂部斷面處，必須設(shè)置橫隔面；在塔身坡度不變段內(nèi)，橫隔面設(shè)置的間距一般不大于平均寬度的5 倍，也不宜大于4 個主材分段。

4.3 結(jié)構(gòu)振型的分析

以單回路鉆跨塔為研究對象進(jìn)行振型分析，繪出其前六階振型，進(jìn)行分析比較。

由圖3 中可以看出，單回路鉆跨塔的第1、第2振型均為整體彎曲振型，其自振周期分別為0.37s 和0.36s，較為接近，第3 振型是扭轉(zhuǎn)振型，其自振周期為0.26s，與前兩階振型相差較大。通常認(rèn)為，鐵塔X 向、Y 向剛度均勻，抗振能力較強(qiáng)，而抵抗Z 向扭轉(zhuǎn)振動能力相對較弱，從以上比較可以看出，新型鉆跨塔第1(X向)、第2(Y 向)振型的自振周期與第3(扭轉(zhuǎn))振型的自振周期相差較大，顯示該結(jié)構(gòu)型式合理且穩(wěn)定，符合常規(guī)和以往的研究成果。第4 ～6 的二階振動又是一階振動振動周期的1/2 左右，對輸電塔的設(shè)計來說，這是一種比較理想的情況。

5 結(jié)語

圖3 單回路鉆跨塔振型圖

本文以湖南省典型氣象條件為例，介紹和研究了新型單回路鉆跨塔的布置形式、掛線方式、荷載、工況組合和結(jié)構(gòu)性能等方面的設(shè)計要點(diǎn)。單回路鉆跨塔與傳統(tǒng)的耐張塔相比，可實(shí)現(xiàn)相鄰檔內(nèi)同時采用鉆越和跨越的方式經(jīng)過交叉線路，不僅節(jié)省了工程投資，還方便了施工及運(yùn)行，具有非常積極的意義，值得在以后的輸電線路中推廣應(yīng)用。