500 kV大角度偏心耐张塔研究

王 旭 罗先国 邹相国

（湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北 武汉 430040）

0 引言

传统220 kV 及以上电压等级的线路，单回路耐张塔主要采用“干”字形。“干”字形耐张塔因整体结构布置匀称，传力路径清晰，运行维护便利，因此在输电线路中广泛采用。但是，由于“干”字形耐张塔本身导线布置特点，会存在因转角产生的永久线条水平合力，转角度数越大，永久水平合力也越大。该文结合“干”字形杆塔的优缺点，对常规“干”字形耐张塔进行导线挂点布置优化，进而平衡部分线条水平合力产生的弯矩，在确保电气间隙满足要求的同时，达到减轻塔重，减小基础作用力的目的。为使结论明显，该文以500 kV 大角度耐张塔为例进行研究。

1 理论分析

以国网某典型设计塔III 型耐张塔为例，当转角度数为θ时，前后侧无张力差时，每相导线张力的合力为T合，T合可由计算公式（1）求得：

θ——耐张塔偏转角度（°）。

参考国网典设，上拔力一般为下压的0.8 左右。假设杆塔的重心位于结构对称中心，基础根开为A，则根据力学平衡原理可得出因导线张力合力产生的基础作用力。具体计算公式如（2）、（3）所示：

T——上拔力（kN）。

N——下压力（kN）。

A——基础根开（m）。

WT——导线合力产生的弯矩（kN·m）。

以典设塔负荷进行具体计算，可以得出因导线张力合力产生的基础下压力占比26%～35%，上拔力占比25%～35%。转角度数越大，因张力合力所产生的作用力占整体比例也越大。

大风工况、覆冰工况下导线垂直荷载基本与导线张力相当，因此从导地线布置方面来进行优化，利用导线自身重量来平衡一部分导线张力合力产生的弯矩，达到降低塔重以及减小基础作用力是可行的。

充分利用导线自身重量来平衡导线张力合力，尽量将导线挂点向张力合力相反方向移动，使得左右两边导线自重产生的弯矩不相等，用以平衡一部分导线张力合力产生的弯矩，从而降低塔重以及减小基础作用力。偏心耐张塔其受导线作用 ，如图1 所示。

图1 偏心耐张塔受导线作用示意图

导线重力产生的弯矩M=G×L1+G×L3-G×L2，则公式（3）可变为公式（4）：

根据公式（4）可知，由于导线自重弯矩平衡了部分张力弯矩，因此基础作用力有所减小。相对应的塔身主材规格受力也会减小。

2 计算分析

按40°～60°转角设计的III 型耐张塔，在结构外荷载、开口、根开以及呼高均相同的情况下，对2 种结构形式分别运用杆塔分析软件建模并进行了线性计算对比分析，其中建模参数见表1[1]。2种塔型塔身主材及斜材的控制工况基本相同，受力比较如表2 所示[1-2]。

表1 2 种塔型基本参数表

表2 塔身主、斜材关键参数对比表

由表2 可知，2 种塔型的横担主材均由断线控制，2 种塔型的外横担长度基本相等，因此横担内力相差不大。塔身主材均由覆冰工况控制，由于偏心耐张塔通过优化使导线自重平衡了部分导线张力合力产生的弯矩，因此主材内力减小6%左右，主材规格降低1～2 个规格。塔身斜材均由扭转控制，由于偏心耐张塔导线横担变得不对称，使整个结构的扭转增大，增大了斜材受力，相比“干”字形耐张塔，部分塔身斜材规格相应增加1 个规格左右。其塔重对比情况见表3。

表3 III 型偏心耐张塔与III 型“干”字形耐张塔估重对比表

由此可见，对于36 m 呼高III 型耐张，偏心耐张塔可较常规“干”字形降低塔重5.4%。通过计算分析其他塔型及呼高计算结果，偏心耐张塔大致可节省塔材约3%～6%。

基础作用力方面，III 偏心耐张塔与“干”字形耐张塔在相同参数情况下基础作用力对比见表4。

表4 III 型偏心耐张塔与“干”字形耐张塔基础作用力对比表

III 型偏心耐张塔上拔减少7.2%，下压减少6.4%。对比分析其他塔型及呼高计算结果，偏心耐张塔减小基础作用力在3%～8% 。以典型的丘陵垄岗地段的粉质黏土地质条件为例（地质参数见表5），对III 型偏心耐张塔与“干”字形耐张塔2 种塔型的基础指标进行了计算分析，结果见表6。

表5 典型地质主要物理力学指标

表6 III 型偏心耐张塔与“干”字形耐张塔基础指标对比表

通过表6 分析可知， III 型偏心耐张塔混凝土和钢筋减少8.0%左右。对比分析其他塔型及呼高计算结果，偏心耐张塔混凝土和钢筋减少5%～8%。

按照目前取费标准，对比分析III 型偏心耐张塔与常规“干”字形耐张塔的经济性，并且考虑III 型偏心塔8m 的硬跳线，2 种塔型的综合经济性对比分析见表7。

表7 III 型偏心耐张塔与“干”字形耐张塔综合经济性对比表

通过上表分析可知，与常规“干”字形耐张塔相比，III型偏心耐张塔总体费用节约4.7%。对比分析其他塔型及呼高计算结果，偏心耐张塔总体费用节省3%～5%，具有较好的经济性，并且施工安装与常规“干”字形耐张塔相差不大，由于内侧导线挂点位置在塔身附近，因此减小了内侧线路走廊，III 型偏心耐张塔与“干”字形耐张塔的走廊对比可节约走廊宽度5.3 m，因此偏心耐张塔具有较强的适用性，转角度数越大，其经济适用性越明显。

3 结论

500 kV 单回路耐张塔采用偏心耐张塔形式，利用导线自重产生的弯矩平衡部分导线张力产生的弯矩，可有效降低塔重以及减小基础作用力，从而降低线路工程的综合造价，可进一步研究推广。