ZS型单杆可活动式加高顶架的研制

摘  要：35 kV线路的投运时间较长，原线路的设计标准较低。部分35 kV线路的对地距离、对交跨距离严重不足，加之受地形影响，部分线路无法加高，导致夏季高温弧垂增大，严重影响了线路的安全、稳定运行。因此，研究、设计了35 kV线路ZS型单杆加高顶架，以提高对地和交叉跨越的安全，提高架空输电线路的安全性和可靠性，从而达到缩短线路停电时间、降低线路改造成本的目的。

关键词：电力系统;输电线路;顶架;交叉跨越

中图分类号：TM75               文献标识码：A               DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.01.068

1  线路中存在的问题

在地形和环境的局限性较大时，存在以下2种情况：①农村部分杆塔的对地距离不能满足运行规程中的要求，但因空间局限无法加高铁塔，只能使用顶架。②农村部分杆塔的跨越弱电线路中存在安全隐患，无法满足运行规程中的要求，但加高铁塔的费用较高，可在杆塔基础上加高顶架解决此问题（线地矛盾存在临界点，比如线下建筑物距线4 m时，只需提高1 m顶架即可满足运行要求）。

2  加高组立铁塔

加高时所用杆塔的型号和费用如表1所示。

表1  加高时所用杆塔的型号和费用

电压等级/kV

线路名称

杆塔型号

费用/元

更换杆

塔型号

加高费用/元

停电时间/h

35

永寨

ZS

2 500

ZM

15 000

48

ZS

2 500

Z4

5 000

18

ZS

2 500

ZM-21

15 000

45

ZS

2 500

7725

1 000

45

从表1中可以看出，更换杆塔的成本较高，需要耗费大量的人力和财力。

3  重新设计线路走经

原线路走经与变更后的线路走经对照图如图1所示。

从图1中可以看出，变更后的线路走经与原线路走经差别较大。因此，需要重新设计定位并全面改造线路。此外，线路的张力等问题也需要重新计算、核对。

架空导线长期处于应力的作用下，加之受到各种环境、导线质量、大负荷和导线初伸长等因素的影响，导致线长增加、导线弧垂增大。同时，随着线路周围环境的变化，也应全面加高对地不足的临界点。具体如图2所示。

图1  原线路走经与变更后的线路走经对照图

图2  线路对地临界点示意图

4  具体的加高过程

4.1  加高目标

从整体的角度考虑后得出，杆塔在原有高度上加高1.5 m即可满足运行的要求。

4.2  加高顶架的材料选取

加高顶架材料应能适应牢固连接，且据有较高的可塑性，强度和拉力必须满足使用要求。小组成员走访了周边市场，从强度高、可塑性强、加工便捷等方面入手选择材料。经统计、计算各种材料的数据后表明，角钢的密度仅为工业纯铁的60%，但其强度高于钢，比强度（强度/密度）是现代工程金属结构材

料中较好的。

在详细分析了各国现有试验资料的基础上，提出了用于平面桁架设计的等效长细比计算公式，其主要特点是可以直接计算不同强度等级角钢压杆的长细比，并提出了连接肢宽厚比限值的计算公式。分析结果表明，对于设计单边连接的单角钢压杆，除应正确计算外，还应考虑构造措施的影响，且腹杆应配置在弦杆一侧;也需要考虑节点连接板的厚度、连接肢的宽厚比等。单边连接单角钢压杆的设计图如图3所示。

图3  单边连接单角钢压杆的设计图

经过综合对比分析，小组决定采用角钢为加高顶架的材料。

4.3  加高顶架的稳定性分析

角钢失稳时，截面弯曲轴不是弱主轴z，而是平行于连接肢的z轴（以下简称平行轴），偏离较小的斜轴试件处于受力偏心方向，即在垂直于连接板平面存在弯曲变形和失稳破坏。这是因为端部约束使角钢在桁架平面内的弯曲受到了很大的限制。具体如图4所示。

图4  失稳时的弯曲轴

当以短肢连接长肢外伸时，承载能力高于长肢连接，这是因为长肢外伸时的出平面弯曲刚度较大、稳定性较好。

4.4  加高顶架角钢端部连接分析

当单角钢端部用焊缝连接时，仍按通常做法将角焊缝分配在连接肢的肢尖和肢背，具体如图5所示。

图5  单角钢端部用焊缝连接时的具体分配

单角钢腹杆的承载力会受到构造措施的直接影响。为了保证适用性，腹杆应配置在弦杆一侧，且节点连接板件必须达到一定的厚度。此外，连接肢的宽厚比也是设计时需要关注的问题，较短、细比较大的腹杆通常都能满足要求。

单角钢腹杆设计的主视图和左视图如图6所示。

图6  单角钢腹杆设计的主视图和左视图

单角钢腹杆设计的抱箍分解图、下端顶架分解图和侧视图如图7所示。

图7  单角钢腹杆设计的抱箍分解图、下端顶架分解图和侧视图

单角钢腹杆设计的整体模具CAD制图和整体实物如图8所示。

图8  单角钢腹杆设计的整体模具CAD制图和整体实物

原有顶架和ZS单杆可活动式加高顶架如图9所示。

图9  原有顶架和ZS单杆可活动式加高顶架

5  结束语

加高顶架满足了部分地形限制较大区域的安全需求，提高了线路的可靠性。采用该方法不仅缩短了工时和线路的停电时间，还大大降低了工作人员的劳动强度，从而提高了电网运行的可靠性，得到了良好的安全效益。

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作者简介：贾小龙（1982—），本科学位，工程师，现工作于国网吴忠供电公司输配电运检室。

〔编辑：张思楠〕

ZS Developed Single-lever Moveable Roof Rack Heightening

Jia Xiaolong

Abstract： 35 kV line into operation time is longer， lower design standards of the original line. Part of the 35 kV line to ground from a serious shortage of pay across distance， coupled by the topography， some lines can not be heightened， leading to increased summer heat sag， seriously affecting the safety of the line， and stable operation. Therefore， the study was designed 35 kV single-pole circuit ZS heightening top shelf， in order to improve the ground and cross over the safety of overhead transmission lines to improve the safety and reliability of power lines in order to shorten the time and reduce the cost of line transformation purposes.

Key words： power systems; transmission lines; overhead; cross-cutting