王 陽，周宇飛，李 博

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001）

1 引言

目前35kV 輸電線路的懸垂塔和耐張塔一般均采用通用設(shè)計的定型塔，一個塔型僅依據(jù)最高呼高塔型規(guī)劃一種水平檔距。設(shè)計時根據(jù)桿塔規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，每種塔型一般按高度不同分別規(guī)劃4～5 種塔型。

定型設(shè)計中不論懸垂塔還是耐張塔所規(guī)劃的一個塔型中對應(yīng)著各種不同呼高的桿塔，但僅對應(yīng)著一種水平檔距，基本都以最高呼高的水平檔距控制整個塔型的風(fēng)壓荷載，對于最高呼高的鐵塔是合理的，但對于低呼高桿塔，實(shí)際導(dǎo)、地線線條風(fēng)壓荷載較高呼高桿塔有所減小，桿塔計算時仍以最高呼高計算導(dǎo)、地線線條風(fēng)壓荷載，顯然不太合理。如果實(shí)際呼高為低呼高桿塔，可以通過實(shí)際使用呼高與最高呼高進(jìn)行對比來折算水平檔距，從而提高桿塔的利用率。

2 水平檔距

架空輸電線路桿塔在工頻電壓、操作過電壓及雷電過電壓三種工況下，相應(yīng)的導(dǎo)、地線風(fēng)荷載使絕緣子串產(chǎn)生風(fēng)偏，這種風(fēng)偏必然會引起帶電部分的導(dǎo)線、懸垂線夾等設(shè)備的偏斜，使得導(dǎo)線對桿塔部分，如桿塔身、橫擔(dān)、拉線及腳釘?shù)鹊目諝忾g隙減少。在工程設(shè)計中考慮不周，就會引起閃絡(luò)接地故障，空氣間隙擊穿影響輸電線路運(yùn)行安全。

當(dāng)計算桿塔結(jié)構(gòu)所承受的導(dǎo)線橫向風(fēng)荷載時，其荷載通常近似認(rèn)為是導(dǎo)線單位長度上的風(fēng)壓與桿塔兩側(cè)檔距平均值之乘積，這個檔距平均值稱為水平檔距。

3 懸垂塔水平檔距折算

按照《66 kV 及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，桿塔的荷載可分為下列兩類：永久荷載：導(dǎo)線、地線、絕緣子及其附件的重力荷載，桿塔構(gòu)件及桿塔上固定設(shè)備的重力荷載，土壓力和預(yù)應(yīng)力等；可變荷載：風(fēng)荷載，導(dǎo)、地線張力荷載，導(dǎo)、地線覆冰荷載，附加荷載，活荷載等。懸垂塔主要考慮大風(fēng)、覆冰、低溫、斷線及安裝等工況[1］，但斷線以無風(fēng)考慮，覆冰及安裝以低風(fēng)速考慮，對桿塔影響較少，即懸垂塔主要受最大風(fēng)控制。在定型設(shè)計中同一塔型所有呼高均采用一種水平檔距，在排桿定位設(shè)計時一旦出現(xiàn)超限水平檔距，需要更換水平檔距更大的塔型，如果在超過規(guī)劃水平檔距不多的情況下，更換設(shè)計條件更大的塔型，必定導(dǎo)致桿塔利用率降低，增加工程投資。由于35 kV 輸電線路中桿塔高度都較低，在不考慮桿塔風(fēng)壓荷載以及垂直檔距已定的前提下，根據(jù)導(dǎo)、地線線條風(fēng)荷載的計算原理，折算出不同呼高所對應(yīng)的水平檔距，保證同一懸垂塔的不同呼高的桿塔總體受力接近，以達(dá)到提高懸垂塔利用率的目的，保證桿塔設(shè)計的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

為保證懸垂塔在用于超限水平檔距的安全使用，其折算原則必須按照呼高桿塔的水平力總和不超過計算呼高桿塔的水平力總和，即檔距折算后的導(dǎo)、地線水平風(fēng)壓荷載不能超過計算呼高下標(biāo)準(zhǔn)檔距時導(dǎo)、地線的水平風(fēng)壓荷載。

導(dǎo)線及地線風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值[2］：

式中：Wx為垂直于導(dǎo)線及地線方向的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN；a 為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，取0.75；βC為35 kV 的線路取1.0；z為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，基準(zhǔn)高度為10 m；SC為導(dǎo)線或地線的體型系數(shù)，線徑＆lt;17mm 或覆冰時（不論線徑大?。㏒C=1.2；線徑≥17mm，SC=1.1；d 為導(dǎo)線或地線的外徑或覆冰時的計算外徑，m；LH為桿塔的水平檔距，m；B 為覆冰時風(fēng)荷載增大系數(shù)，5 mm 冰區(qū)取1.1，10 mm 冰區(qū)取1.2； 為風(fēng)向與導(dǎo)線或地線方向之間的夾角，（°）；W0為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN／m2。W0=v2／1600，其中v 為基準(zhǔn)高度10 m 的風(fēng)速。

風(fēng)速在近地層中的變化原因有動力和熱力因數(shù)，前者主要由于與地面摩擦產(chǎn)生摩擦力，和地球表面植被、建筑或其他障礙物有關(guān)，在不同的地面粗糙度風(fēng)速隨高度變化差異很大；后者主要表現(xiàn)與近地層大氣垂直穩(wěn)定度的關(guān)系。

所以風(fēng)速由地面粗糙程度、基本風(fēng)速、計算高度等條件來控制。當(dāng)輸電線路規(guī)定的基準(zhǔn)高度為10 m 時，而導(dǎo)、地線的實(shí)際掛線點(diǎn)高度不是10 m 時，其所處高度的風(fēng)壓應(yīng)乘風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》列出了風(fēng)壓高度變化系數(shù)的計算公式：

式中：h 為風(fēng)距地面的高度，m；B 為田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)。

從導(dǎo)線及地線風(fēng)壓荷載的標(biāo)準(zhǔn)值計算公式可以看出，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載計算中只有風(fēng)壓高度變化系數(shù)Z與桿塔的呼高有關(guān)，其余系數(shù)與桿塔高度無關(guān)。

根據(jù)上述的檔距折算原則，同一塔型不同呼高的直線塔導(dǎo)線平均高度處實(shí)際最大風(fēng)荷載Wsj取值等于設(shè)計風(fēng)荷載Wjs，折算出不同呼高桿塔的最大使用檔距，因此有：

令不變值aW0SCβCdBsin2=C ，即CZJSLJS= CZSJLSJ

由此推導(dǎo)出折算后的水平檔距為：

式中：hjs為計算呼高，m；hsj為實(shí)際呼高，m；Lisx為設(shè)計水平檔距，m；LSJ為折算后水平檔距，m。

根據(jù)推導(dǎo)出的水平檔距折算公式，現(xiàn)在以06B1-Z1 懸垂塔為例進(jìn)行桿塔計算檔距的折算，計算結(jié)果見表1。

表1 06B1-Z1 直線塔不同呼高水平檔距折算表

從上表可以看出，呼高每變化3 m，06B1-Z1 懸垂塔實(shí)際使用水平檔距在5 m～22 m 之間變化，對于常用的呼高18 m桿塔，增加30 m 水平檔距在實(shí)際應(yīng)用中有一定的指導(dǎo)作用。更多的35 kV 輸電線路其他定型模塊（06B2、06B3、06B4 等）懸垂塔也可通過此折算方法計算出各個呼高對應(yīng)的水平檔距，既增加了鐵塔的使用條件，又能保證鐵塔使用的安全性。

4 耐張塔水平檔距的折算

對于輸電線路耐張塔，桿塔的橫向荷載主要是導(dǎo)線風(fēng)壓荷載和導(dǎo)線張力在水平方向上的分量（角度荷載）及桿塔自身的風(fēng)荷載三部分組成。以06B1-J4-24 米耐張塔為例，耐張塔24 m 呼高時荷載所占比例見表2。

表2 06B-J4-24 鐵塔荷載組成百分比

從表3 看出，對耐張塔而言桿塔荷載主要受導(dǎo)線角度荷載控制，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力只占17.3%；導(dǎo)、地線風(fēng)荷載所占比例會隨著使用呼高的降低而逐漸降低。

桿塔隨呼高的變化，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載變化較小，即對耐張塔的水平荷載影響也較小，而且會隨著耐張塔轉(zhuǎn)角度數(shù)增大會進(jìn)一步降低影響。因此對于耐張塔而言，設(shè)計工作中不論實(shí)際呼高多高都使用桿塔規(guī)劃水平檔距，即不會造成工程的浪費(fèi)也可以保證工程設(shè)計的安全。

5 結(jié)論及建議

對于06B1-Z1 系列懸垂塔呼高每變化3 m，桿塔實(shí)際使用水平檔距在5 m～22 m 之間變化。當(dāng)排塔定位設(shè)計時出現(xiàn)超限水平檔距，在不考慮桿塔風(fēng)壓荷載以及垂直檔距已定的前提下，根據(jù)導(dǎo)、地線線條風(fēng)荷載的計算原理，優(yōu)先考慮在不更換水平檔距更大的塔型，通過水平檔距折算考慮是否此種塔型可以滿足超限水平檔距，對設(shè)計工作提供了新的思路，可以提高桿塔利用率，節(jié)省工程投資。35 kV 輸電線路其他定型模塊（06B2、06B3、06B4 等）懸垂塔也可通過此折算方法計算出各個呼高對應(yīng)的水平檔距，既可增加了鐵塔的使用條件，又能保證鐵塔使用的安全性。桿塔隨呼高的變化，導(dǎo)、地線風(fēng)荷載變化較小，即對耐張塔的水平荷載影響也較小，而且會隨著耐張塔轉(zhuǎn)角度數(shù)增大會進(jìn)一步降低影響。因此對于耐張塔而言，設(shè)計工作中不論實(shí)際使用呼高多高都使用桿塔規(guī)劃水平檔距，既不會造成工程的浪費(fèi)也保證了工程設(shè)計的安全。

（1）懸垂塔的主要控制工況為大風(fēng)工況，為保證懸垂塔在用于超限水平檔距的安全使用，其折算原則必須按照呼高桿塔的水平力總和不超過計算呼高桿塔的水平力總和，即檔距折算后的導(dǎo)、地線水平風(fēng)壓荷載不能超過計算呼高下標(biāo)準(zhǔn)檔距時導(dǎo)、地線的水平風(fēng)壓荷載。

（2）由于懸垂塔實(shí)際使用水平檔距增加，必定影響塔頭電氣間隙，因此實(shí)際使用中需要校驗(yàn)塔頭電氣間隙以及導(dǎo)線相間距離以保證工程應(yīng)用的安全性。

（3）根據(jù)相應(yīng)的力學(xué)計算原理對懸垂塔設(shè)計水平檔距進(jìn)行折算，可以達(dá)到增大桿塔設(shè)計使用檔距和節(jié)約工程投資的目的。

（4）在檔距折算時應(yīng)注意折算檔距與呼高之間并非線性關(guān)系，設(shè)計工程中需要經(jīng)過精確計算，以保證工程安全可靠。