输电杆塔

输电杆塔（共8篇）

输电杆塔 篇1

摘要：结合本工程地形、地质特点及运输条件, 充分发挥各种基础型式的特点, 通过技术、经济差异分析, 本工程推荐的主要基础设计方案为:直线塔采用全掏挖式基础;转角及终端塔采用柔性板式直柱基础, 达到了较大幅度地降低基础材料耗用量和工程造价的目的, 节约了对有限资源的消耗, 同时把工程建设对周边环境的影响控制到最低水平。

关键词：输电线路杆塔,基础型式,设计,优化

1 概述

1.1 工程概述

本工程为安阳滑县双沟110 k V线路工程, 起于220 k V蓝旗变, 止于110 k V双沟变, 全线双回架设, 路径长度18.2 km, 导线选用LGJ-400/35钢芯铝绞线, 地线一根采用OPGW光缆, 另一根地线采用JLB40-100铝包钢分流线和GJ-80镀锌钢绞线。

1.2 地质条件

1.2.1 岩土层结构及岩土性状

根据钻探资料、场地揭露深度范围内地层主要为第四系全新世冲积形成的粉土、粉质粘土和细砂。具体岩性描述如下:

粉土:黄色, 稍密~中密, 稍湿, 韧性低, 干强度低, 摇振反应中等, 无光泽反应。

粉质粘土:黄色, 可塑, 韧性中等, 干强度中等。

细砂:黄色, 中密~密实, 饱和, 偶见螺壳碎片。矿物成份以石英、长石为主。

1.2.2 地震地质及地质灾害影响评价

依据《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2010) 规范, 安阳市滑县抗震设防烈度为7°, 设计地震分组为第二组, 地震动峰值加速度为0.15 g, 地震动反应谱特征周期为0.55 s。

本工程沿线未发现对工程安全有影响的诸如岩溶、滑坡、崩塌、地陷、地面沉降、地裂等不良地质作用。塔基处不存在影响地基稳定性的墓穴、防空洞等对工程不利的埋藏物。场地稳定性较好, 适宜建筑。

1.2.3 其他影响情况

线路走廊附近的军事设施及民爆品库已进行避让, 对全线路径无影响;全线路径未发现文物;全线路径无重要矿藏。

1.2.4 水文条件

沿线地下水为孔隙型潜水, 勘探深度内未见地下水, 根据调查地下水位埋深15~18 m, 年变化幅度3 m左右, 历史最高水位约10 m, 可不考虑其对基础的影响。

1.2.5 地质结论与建议

1) 本工程走廊地层结构较简单, 岩土条件较好, 路径方案适宜110 k V线路工程建设。

2) 本工程路径区域内抗震设防烈度为7°, 地震动峰值加速度为0.15 g, 地震动反应谱特征周期为0.55 s, 可不考虑砂土的液化。

3) 线路走廊附近的军事设施及民爆品库已进行避让, 对全线路径无影响;全线路径未发现文物和重要矿藏。

2 基础选型和优化原则

2.1 设计理念

1) 贯彻国家基本建设方针和技术经济政策, 基础型式的选择做到安全可靠、技术先进、经济合理、资源节约、环境友好、可持续发展。

2) 从实际出发, 结合地区地形、地质特点及运输条件, 综合分析比较, 充分发挥各种基础型式的特点, 选择适宜的基础型式。

2.2 基础选型基本原则

杆塔基础作为输电线路重要组成部分, 基础设计的优劣直接影响整个线路工程的造价、工期和材料消耗量。基础型式的选择应根据杆塔型式、沿线地形、杆塔位地质条件以及施工和运输等因素, 结合本工程特点综合确定。

在基础选型时, 遵循以下原则: (1) 结合本工程地形、地质特点及运输条件, 选择适宜的基础型式; (2) 基础型式选择做到经济、环保, 减少施工对环境影响; (3) 对特殊地基条件, 因地制宜地选用特殊基础型式和相应的处理措施; (4) 考虑现实施工条件对基础型式选择的影响。

2.3 基础优化基本原则

通过结构经济性、环保性、耐久性分析, 在基础材料选择和基础尺寸方面进行优化, 优选基础形式。

基础优化时, 遵循以下原则: (1) 根据基础强度和耐久性要求, 选择适宜的基础材料; (2) 充分考虑各种地形、地质及水文条件, 在基础形状、埋深、底板尺寸等方面进行优化。

3 基础型式选择

目前, 线路工程中常用的各种基础型式, 都有自身的特点和优劣, 结合本工程地形、地质及水文条件和基础荷载特点, 对各种常用杆塔基础类型进行分析比较, 探讨其对本工程的适用性。

3.1 刚性台阶基础

刚性台阶基础是传统基础型式, 属大开挖基础类型, 其特点表现为施工简单、周期短和耗钢量小, 但混凝土用量较板式直柱基础偏大, 相应运输成本较大, 综合造价略高。对位于水田等地下水位较高、排水困难塔位, 使用板式直柱基础由于需要绑扎底板钢筋, 基础施工周期比较长, 容易造成塌方, 这时刚性台阶基础有一定的优势。

3.2 板式直柱基础

板式直柱基础是传统基础型式, 属大开挖基础类型, 其混凝土耗量比刚性台阶基础少, 自重较轻, 施工时材料运输量较小。底板及主柱配有钢筋, 柔性较大, 不易断裂, 总体抗地基变形能力强。施工相对简单、方便。有成熟的设计、施工和运行经验。

3.3 全掏挖式基础

全掏挖式基础以混凝土和钢筋骨架灌注于以机械或人工掏挖成型的土胎内的基础。该型基础施工时一般采用人工掏挖, 由于不需要回填土, 有效地保护了塔基生态环境。其基础稳定, 计算采用剪切法, 它充分利用原状土抗剪切特性, 不仅具有良好的抗拔性能, 而且还具有开挖面和挖方量小、取消模板及回填土工序、加快工程施工进度等优点。最大限度保护环境和减少水土流失。

全掏挖式基础一般适用于黏性土、粉质黏土、泥岩、泥质砂岩以及非松散砂类土等便于掏挖成型且地下水埋藏深的塔位。为了提高其承压性能, 桩底部进行扩底, 扩底直径取决于基柱直径和扩底高度。扩底高度过大就会导致混凝土方量陡然增加, 经济效益明显下降, 这就限制了扩底直径的大小, 因此, 具有较大下压荷载承压基础和地基承载力较低的塔位不宜使用全掏挖式基础。为满足施工时人工掏挖最小尺度, 全掏挖式基础基柱直径不应太小。

全掏挖式基础鉴于以上优、缺点, 采用时应分析其可操作性, 地质条件是否允许、杆塔荷载大小是否适合于该基础型式。

3.4 基础型式特性及经济差异分析

3.4.1 基础型式特性分析

刚性台阶基础、板式直柱基础上拔稳定是按照土重法进行计算, 其计算公式为:

上式中:

γf-基础附加分项系数;

TE-基础上拔力设计值, k N;

γE-水平力影响系数;

γs-基础底面以上土的加权平均重度, k N/m3;

γθ1-基础底板上平面坡脚影响系数;

Vt-上拔深度内土和基础的体积, m3;

Δvt-相邻基础影响的微体积, m3;

V0-上拔深度内基础的体积, m3;

Qf-基础自重力k N。

由上式可知, 在同一地形、地质条件下, 刚性台阶基础、板式直柱基础上拔性能主要取决于基础的地板大小及埋置深度, 底板越大, 兜土面积越大;埋置越深, 兜土厚度越大, Vt也就越大。另外, 刚性台阶基础、板式直柱基础在增大底板以达到更大抗拔性能的同时, 其承压性能也显著增强。

而掏挖基础上拔稳定计算不同于刚性台阶式柔性直柱式基础, 它是按照剪切法进行计算的, 其计算公式为:

当ht≤hc时:

当ht>hc时:

以上两式中:

γθ-基底展开角影响系数;

A1、A2-无因次系数;

cw-计算凝聚力, k Pa;

ht-基础的埋置深度, m;

hc-基础上拔临界深度, m;

D-圆形底板直径, m;

范围内的基础体积, m3。

其余参数同上。

由上两式可知, 在同一地质、地形条件下, 掏挖基础的上拔性能主要取决于基础的埋置深度, 埋置越深, 其抗拔性能也就越强。另外, 基础的主柱、扩底直径大小也起到了一定的作用。掏挖基础在增加埋深以达到更好的抗拔性能的同时, 也必须满足其相应的承压要求。由于掏挖基础较立柱式基础底板面积较小, 为了满足其承压要求, 更有效的办法是增大扩底直径。为了达到更大的扩底直径, 只有增大基柱直径和扩底高度, 这就使掏挖基础的体积骤然增加, 混凝土方量较立柱式基础增多。

3.4.2 基础型式经济差异分析

结合本工程杆塔选型及地质报告, 直线塔以1E6-SZ2-24 m;转角及终端塔以1E6-SJ3-21 m为例, 采用“可塑、无水、地基承载力110 k Pa”的设计条件, 对刚性台阶基础、板式直柱基础和全掏挖式基础分别进行优化设计, 结果见表1。

从表1可知, 全掏挖式综合造价最优, 刚性台阶式次之, 板式直柱式最高, 以上三种基础型式全掏挖式基础比刚性台阶式、板式直柱式综合造价分别降低21%、35%, 具有较明显的经济效益。本工程直线塔推荐采用全掏挖式基础。

从表2可知, 全掏挖式综合造价最优, 板式直柱式次之, 刚性台阶式最高, 板式直柱式、全掏挖式基础经济效益已无明显差距。结合本工程地质报告, 根据设计结果来看, 全掏挖式基础埋深最深, 如果采用人工掏挖施工, 施工安全性降低。故本工程中转角及终端塔推荐采用板式直柱基础。

3.5 推荐基础型式

结合工程沿线地形、地貌, 地质报告及基础荷载特点。本工程推荐基础型式如下:直线塔采用全掏挖式基础, 转角及终端塔采用板式直柱基础。

4 基础设计优化

4.1 基础经济埋深

影响基础埋深的因素主要有以下几个: (1) 地基持力层的选择, 应根据具体塔位的地质报告, 选择合适的土层作为基础持力层; (2) 基础承载力、变形和稳定性要求; (3) 施工工艺的要求。

根据以上控制基础埋深的几个因素, 结合各个塔位施工条件及各种基础型式的临界埋深, 我们可以确定出基础最小埋深和最大埋深, 然后在这范围内通过下压强度、上拔稳定两个控制条件, 按综合造价最低原则求解出最优基础埋深和底板宽度。当基础埋深小于临界埋深时, 基础埋置越深, 混凝土方量和基础钢筋就越少, 土石方量越多。而叠加后的基础造价随埋深增加而相应减少, 当接近临界埋深时趋于最小值。因此, 在条件允许情况下, 我们应尽可能使基础埋深接近临界埋深, 基础的临界埋深值见《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005表3和表4。

4.2 基础底板尺寸

基础底板尺寸包括底板宽度及相应的厚度。基础底板宽度不应孤立的考虑, 而是应与基础埋深综合考虑。

底板厚度的取值主要考虑冲切承载力的要求和构造要求。冲切承载力符合《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005第9.3.3条计算:

上式中:

βhp-受冲切承载力截面高度影响系数;

ft-混凝土的轴心抗拉强度设计值;

am-冲切破坏锥体最不利一侧计算长度;

h0-基础冲切破坏锥体的有效高度;

at-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长;

ab-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长;

pj-扣除基础自重及其上土重的荷载设计值作用下地基单位面积净反力;

Al-考虑冲切荷载时取用的多边形面积;

F1-作用在Al上的地基土净反力设计值。

依据《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005第9.3.1条的构造要求, 台阶的宽高比不>2.5。一般为减少基础混凝土量, 先取宽高比为2.5, 然后进行冲切承载力验算, 求出最优的底板厚度。

4.3 基础立柱断面尺寸

一般情况下, 基础立柱高度较高, 基础立柱断面尺寸的选择对基础的经济指标影响也是很大的。在满足构造要求的前提下应尽量减小立柱断面尺寸, 这不仅可以减少混凝土量, 而且可以减小立柱最小配筋率控制下的配筋。符合《架空送电线路基础设计技术规定》DL/T5219-2005第9.2.1条的要求:

上式中:

MS-计算截面上的弯矩, N·m;

Ah-计算截面混凝土面积, m2;

γ1-受拉区混凝土塑性影响系数;

W0-混凝土计算截面弹性抵抗拒, m3;

4.4 基础材料

工程中采用材料型号及规格:

地脚螺栓:Q235级和35#优质碳素钢

钢筋:HPB300和HRB335级钢

混凝土:C20和C10

5 结语

针对本工程地质条件和基础受力特点, 选择了适合本工程的各种基础型式;通过对基础构造、尺寸、材料、施工方法等方面优化, 节约了基础材料消耗量, 减少了土石方开挖量。

输电杆塔 篇2

【关键词】雷电定位系统；跳闸故障；分析

2011年06月20日14：01：46，110kV城大线跳闸，线路重合闸成功合闸。我部门迅速组织线路运维人员对该跳闸故障进行分析，主要从雷电定位系统的数据、跳闸信息、线路运行环境及跳闸时天气状况等多方面进行仔细论证与综合推断故障区段，最后快速地查找出故障杆塔；体现了雷电电位系统的优越性，提高了工效，保证了线路安全运行。

1.判断故障点位置

1.1根据雷电定位系统进行初步分析

通过查看雷电定位系统雷电信息输出区，110kV城大线#88-#89塔、#99-#101塔附近有雷电活动，且线路路径地图上显示这两处落雷密度较大。从落雷时间看，#88-#89塔附近雷电发生时间为2011年6月20日14：00：06，与该线路跳闸时间相差1分40秒，超出雷电定位系统“时间缓冲区”的误差范围；而#99-#101塔附近雷电发生时间与线路跳闸时间基本吻合，因此更有可能引起本次跳闸故障。另外，#99-#100塔附近雷电回击数比#100-#101塔的回击次数多，且与雷电发生点的距离更近。因此，#99-#100塔成为故障杆塔的可能性较大。

表一 雷电信息输出表

根据110kV城大线近三年跳闸情况的统计分析，可发现约90%跳闸次数为雷击反击跳闸。#99-#100塔的雷电流幅值为-183.7kA，远远超过了该线路的耐雷水平，线路遭受雷击反击跳闸可能性较大；而#100-#101塔遭受雷击的雷电流幅值为-64.9kA，小于该线路的耐雷水平，符合雷击绕击的特点。因此，#99-#100塔将成为我们故障巡视的重点区段。

表二 110kV 城大线2008-2010年跳闸故障类别统计表

110 kV城大线C相跳闸后，线路重合闸重合成功，可见本次故障为单相瞬时性接地故障，符合雷击线路跳闸的瞬时性特点。另结合该线路当年4月、5月份状态巡视缺陷记录表单，证实该线路通道状况良好，且#99-#101塔区段为非树木速长区，显然排除了风偏引起线路瞬时跳闸的可能，进一步证实了雷击跳闸可能性较大。

1.2结合调度提供跳闸信息进行判断

根据调度部门提供的跳闸信息分析，110kV城南变电站保护装置显示110kV城大线保护测距和故障录波测距分别为44.25km、44.90km，保护测距和故障录波测距十分接近，且均位于#98-#101塔之间，进一步排除了#88-#89塔为故障杆塔的可能性。根据表三保护动作情况和故障相别可推断C相瞬时接地短路引起线路跳闸。

表三 110kV城大线跳闸情况表

从表四可以看出， #98-#101塔位于本线路全长82%-84.5%的范围内，符合距离Ⅱ段保护80%-100%的全长范围；而#88-#89塔位于线路全长75.5%范围内。因此，#99-#101塔作为故障段更趋于合理性。

表四 杆塔位置占线路全长的百分比

1.3利用线路运行环境及气象进行综合分析

根据线路平断面图、杆位明细表及相关图纸资料，可知110kV城大线线路全线架设双避雷线，保护角为13.92°，直线塔悬垂串均为8片XP-70型绝缘子，#99-#100塔杆位处的主要土壤均为硬塑粉质土与中等风化强风化粉砂岩及泥岩互层。其中，#100塔为直线塔，塔型为ZB18，呼高为30米，位于山腰，旁边有一深水沟渠，C相为右边导线且处在迎风侧，大号侧、小号侧及塔顶安装有防绕击避雷针，可见该塔所处的环境易遭受雷击，因已加装防雷装置可知反击可能性远远大于绕击。#101塔塔型为ZM2，呼高为30米，位于山腰，未安装防雷装置；#99塔塔型为ZB17，呼高为21米，位于平地，且A、C相均安装氧化锌避雷器。根据线路的运行环境，可推测#100塔为故障杆塔的可能性较大。通过电话询问#100塔附近村民，得知跳闸时刻该区域出现过强烈的雷雨天气，再次证明了雷击概率较大。

综合分析，本次故障原因是110kV 城大线C相雷击造成线路反击跳闸，故障区段可能为#99-#101塔。

2.故障查找

2.1找出故障点

2011年06月20日16：30，线路运维人员对110kV城大线#99-#101塔区段进行故障查找，发现#100塔C相自导线侧起第1、4、7、8片玻璃绝缘子上有明显的闪络痕迹，同时该相悬垂线夹两侧约30cm范围内有明显的白色斑点，导线无断股现象。

现场测量#100塔的接地电阻值，发现A腿接地电阻值偏大，远远超出设计要求值。因此，进一步确认本次故障类型为雷击杆顶反击跳闸。

#100塔接地装置型号为7DT，埋深为0.8米，季节系数可取1.3，根据测量结果等于实测值与季节系数的乘积，可知A腿接地电阻值大于设计要求值，是引起线路反击跳闸的直接原因。

表五 #100塔接地电阻设计值与测量结果对照表单位： Ω

2.2扩大查找范围

为了不留下隐患，线路运维人员对110kV城大线#99塔、#101塔C相绝缘子进行了检查，未发现闪络现象。同时还对#99-#100塔、#100 -#101塔两档导地线及悬垂线夹进行了检查，均未发现雷电流通道痕迹，且#99塔、#101塔接地电阻均满足设计要求。

【参考文献】

[1]王清葵.送电线路运行和检修[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]董振亚.电力系统的过电压保护[M].北京：中国电力出版社，1997：108-150.

[3]中华人民共和国水利电力部.SDJ8-79电力设备接地设计技术规程[S].水利电力出版社，1979.

[4]丁毓山，金开宇.配电线路职业技能鉴定培训教材[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[5]中华人民共和国电力工业部.DL/T620-97交流电气装置的过电压保护和绝

输电线路杆塔抗强风设计研究 篇3

在现代社会, 电力行业公用性和电力系统同时性的特点, 决定电网事故影响大、速度快、后果严重。偶然的事件、局部的事故能够迅速波及整个网络, 并在相连的巨大电网间传递, 使得城市顷刻间陷入彻底瘫痪, 经济损失难以计数。2003年8月14日美国中西部和西北部以及加拿大由于溃网而造成的大停电波及5000万人和61800MW的电力供应。在美国造成的经济损失约40-100亿美元, 造成加拿大当月份的GDP减少了0.8%。该次事故震惊了全世界。重大电力事故、特别是大面积停电事故, 必然是一场深重的灾难, 其损失、后果和造成的影响, 都是难以估量的, 这绝不是危言耸听。

我国是一个风灾频发的国家。每年在我国登陆的台风平均有15个左右, 龙卷风、飑线风、雷暴等都给高压输电线路带来了极大威胁。根据不完全资料统计显示, 仅2005年, 发生在我国的强风 (包括飑线风、龙卷风和台风) 共导致500k V输电塔倒塌18基, 110k V以上输电线路倒塔60基, 严重损害了社会及经济效益[3,5]。

随着社会和经济的发展, 越来越多的高电压等级的输电线逐步在勘察、设计、建造中。而线路等级越高, 其对风的敏感度就越来越高, 风致输电线路故障的问题就越突出。本文将从设计阶段入手, 研究适当的输电线路杆塔抗强风应对策略及设计优化措施, 以提高杆塔的抗风能力, 保障输电线路的安全和稳定。

1 差异化设计

线路工程的地理位置、气象条件及其在电网中的重要性不同, 需要线路抗风能力并不相同。在重大自然灾害时, 为保证电网安全、保证重要负荷供电、降低电网项目全寿命周期成本, 同时避免普遍提高设计标准增加过多投资, 对不同线路以及同一条线路的不同区段进行差异化设计是提高电网整体抗风能力的重要措施。

1.1 差异化设计的范围

应采用差异化提高标准设计的重要线路工程一般包括:电网规划确定的核心骨干网架线路、战略性输电通道线路、重要负荷的供电线路以及事故时抢修特别困难抢修恢复成本很高的线路等。

1.2 差异化设计原则

确定为重要线路工程, 110k V~330k V线路可将气象条件重现期提高至50年一遇, 抢修特别困难、抢修恢复成本很高的线路可根据全寿命周期费用比较情况确定提高标准的幅度。500k V及以上线路可将气象条件提高至100年一遇, 或将结构重要性系数提高至1.1。

1.3 差异化设计对项目经济指标影响

由于我国输电线路设计规范有最小设计风速的限制, 110k V~330k V输电线路的基本风速不宜低于23.5m/s, 500k V~750k V输电线路, 基本风速不宜低于27m/s, 因此对于统计风速低于最小设计风速地区的线路, 提高设计风速重现期对线路投资影响很小;对统计风速较大的强风地区线路, 设计风速重现期由30年提高至50年, 铁塔重量增加5%~8%左右, 线路投资增加2%~3%, 设计风速重现期由50年提高至100年, 铁塔重量增加8%~10%左右, 线路投资增加4%~6%。

线路结构重要性系数提高0.1, 线路投资增加约3%~6%, 线路电压等级越低, 增加幅度约高。

综上, 差异化设计后线路投资增加的相对数值在我国现有的经济条件下是可以接受的, 不会大幅增加电网建设的投资, 却能有效提高电网的抗风能力。

2 线路路径选择

2.1 路径选择宜考虑

(1) 要加强区域气象资料的收资、调查和勘测, 准确确定线路基本风速, 尽量避开调查确定的历年台风破坏严重地段;

(2) 选择山坡的背风面, 充分利用地形障碍物和防护林等避风效益, 尽量避免输电线路经过河岸、湖岸、山峰以及山谷口等容易产生强风、局地风等微地形地带;

(3) 尽量避免输电线路沿垂直台风登陆风向的山脊走线, 避开海岸线10km内无屏蔽地形的区域, 以及在海岸线20km范围内平行于海岸线走线;

当无法避开以上地段时, 应采取必要的加强措施。

2.2 线路宜避免大档距、大高差及前后档距相差悬殊的情况, 当无法避免时, 应采取必要的加强措施。

2.3 经过Ⅰ类风区时, 耐张段长度不宜超过3km。

3 微地形地段抗风设计

微地形是大地形成的一个局部的、狭小的范围, 是有利于大风生成、发展和家中的局部区段[1], 对输电线路有着显著影响。一般将微地形分为高山分水岭 (或山丘、山峰) 、地形抬升形 (或悬崖、山坡) 和垭口 (或峡谷风道、波动地形) , 如下图1所示。微地形区域的输电线路杆塔风荷载效应明显增大了, 其中山丘和垭口的风荷载效应增大最显著, 其次为悬崖, 总体风荷载效应比平坦地形时增大了10%~30%左右[2]。因此, 当由于输电线路整体走向需要, 输电线路无法避免经过了微地形地段时, 可以逐段考虑风速及电线平均高度的变化, 并适当加强塔身的抗风强度设计。

3.1导地线平均高度

当输电线路位于微地形区域, 地面隆起或凹陷导致导/地线的平均高度及沿线风速与平原地区不同, 因此需要重新计算导/地线的平均高度, 并且考虑沿线风速的变化。

3.2风速修正

(1) 沿主风向地形收窄的海湾深处、峡谷、山口等地段, 气流从开敞区域进入狭窄区, 流区压缩, 按照伯努利定律和连续性定理, 风速必然突然增加, 称为狭管效应, 此时风速与气象站资料有很大不同, 应将基本风压乘以大于1的增大系数。以往的研究资料表明, 国内一些资料中, 取1.4的增大系数, 欧洲钢结构协会标准ECCS/T12对这种情况最大取1.5风压调整系数。建议输电线路经过与主风向一致的上述地段时, 设计基本风速乘以1.1~1.2增大系数。

(2) 距离海岸边500m范围内陆地上的线路杆塔, 计算风荷载时地面粗糙度类别应按A类考虑, 距离海岸边500~1500m范围的过渡区内, 地面粗糙度类别宜按A类考虑或在B类基础上加以修正。

(3) 飑线风和局地大风等具有作用范围较小、生成快、消失快、阵发性强、风力强劲、破坏力大的特点, 一般不可预报, 与统计风速关联性小, 应经实地调查后方可确定是否需要提高线路设计风速。

4 输电杆塔抗强风结构设计措施

4.1 合理选择杆塔型式

为了提高输电杆塔抗风性能, 位于强风地区的杆塔可经经济技术比较后优先选用以圆截面钢管为主要构件的钢管塔来代替角钢塔。从受力角度考虑, 钢管和拼合角钢相比, 截面中心对称, 钢管断面各向同性, 截面受力性能好, 抗弯刚度大。在同时满足稳定的条件下, 钢管的截面要比角钢省35%左右, 挡风面积较角钢小20%-40%。且钢管的体型系数小仅为角钢塔的0.6-0.8倍, 所以钢管塔有较明显的抗风优势。

4.2 合理设置杆塔横隔面

无横隔面的输电杆塔结构破坏模式表现为主材的弯扭失稳, 横隔面可有效抑制主材的截面扭转效应, 并显著提升塔段的抗风承载力和变形能力, 提升塔段的整体稳定性。《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》 (DL/T 5154-2012) 提出的塔身构造隔面设置间隔较ASCE规范的规定偏大。对于在风速较高地区, 建议参照ASCE规范中对横隔面设置的要求, 按不大于23m的间隔适当增加构造横隔面以控制局部振型过早出现, 有效提高杆塔整体稳定性与抗风能力[6,7]。

4.3 布置紧凑, 降低塔高

多回路塔导线常规布置形式为导线垂直排列, 造成多回路塔塔高通常较高, 塔头风荷载调整系数较大。通过调整导线布置形式, 使导线布置尽量紧凑, 可以大大降低多回路输电塔的塔高, 减小结构风荷载调整系数, 降低风压, 提高结构抗风能力。

以双回直线塔为例, 常规布置形式如图2 (a) 所示, 塔高为71.3m。采用紧凑型布置后结构布置形式如图2 (b) 所示, 塔高明显降低, 仅为50m。我国已建成的500k V同塔双回紧凑型塔如图3 (a) , 220 k V六回路塔如图3 (b) , 均取得了良好的效果。

4.4 瞬时风速下屈服强度校验

目前杆塔设计风荷载采用设计气象重现期的距地面10米高10min时距的年最大风速为样本的极值Ⅰ型分布概率统计值。按照国内外研究人员所得瞬时风速与10min时距平均风速的比值在1.45~1.5左右。但是, 不同的天气过程比值有较大影响, 一般雷暴大风的比值最大, 台风次之。表2为我国广东茂名和日本宫古岛的实测数据。表中数据表明, 对一些特殊的风灾天气过程, 瞬时风速与10min时距平均风速的比值远大于一般统计。

因此, 对于路径条件限制选在风灾频发地段的重要杆塔, 建议验算在极端瞬时风速下杆塔构件的弹塑性性能, 以确保铁塔强风时不倒塌。设计时, 根据附近气象观测站点记录的极端瞬时风速, 通过地形修正, 确定塔位最大瞬时风速及其产生荷载标准值, 由此计算杆塔构件最大应力, 校验构件的屈服强度[4,8]。

4.5 防连续倒塌设计

对于风灾天气多发地区的线路, 防连续倒塌设计是降低灾害损失的有效措施。杆塔结构的防连续倒塌分为两个层次:一是杆塔自身构件系统的防止连续失效措施:1) 结构主要受力系统传力路径清晰;2) 主要受力系统布置为超静定结构;3) 结构支撑系统不应设置为全塔的最薄弱环节。二是杆塔防串倒措施:1) 控制耐张段长度;2) 设计在大风工况下同时可以抵抗3%~5%纵向张力的直线塔作为防串倒塔。

4.6 减震措施

对于位于强风频发地段的高塔 (全高大于100米) , 可采用风振控制措施, 降低铁塔风载动态响应。通过在铁塔构件上设置振动控制装置可降低结构对风致振动的动力响应。目前使用较多振动控制装置有调谐质量阻尼器 (TMD) 、粘弹性阻尼器 (VED) 、金属屈服阻尼器、摩擦阻尼器和粘性液体阻尼器等。国内大跨越铁塔上已有TMD和VED的探索性使用, 取得了一定的振动控制效果。在台风登陆地区建设的输电线路可试验研究适合的振动控制装置, 提高杆塔的抗风能力。

4.7 线路组件强度配合原则

输电线路系统的各部件———导线、绝缘子、金具、铁塔、基础, 是一个整体工作系统, 其中的任何部件的破坏都将导致系统结构功能的失效。但有的部件破坏损失小易修复, 有的部件破坏对系统则是致命的;有的部件提高其可靠度成本投入小, 有的部件可靠度的微小提高都会导致成本的大幅增长。这就要求设计者要全面考虑协调配置各部件的强度, 使在同样的可靠度标准下建设成本最低, 事故抢修的时间和成本最少。按照这一概念, 为合理地协调各部件的强度, 建议遵循下列原则[3]:

(1) 最先破坏的部件应对系统其余部件产生最小的荷载冲击 (动态的或静态的) , 以减少连锁破坏;

(2) 一旦破坏发生, 所需抢修时间和费用最少;

(3) 最先破坏的部件其破坏极限与承载极限之比应接近1.0;

(4) 系统中那些最廉价部件不应成为其最薄弱环节。

5 结语

(1) 在线路规划阶段, 应加强区域风气象资料的收资、调查和勘测, 尽量避免输电线路经过河岸、湖岸、山峰以及山谷口等容易产生强风、局地风等微地形等不利地带。

(2) 当输电线路无法避免经过微地形地段时, 应考虑微地形对风速及电线平均高度的影响, 进行风速修正。建议输电线路经过沿主风向地形收窄的海湾深处、峡谷、山口等地段, 设计基本风速乘以1.1~1.2增大系数。

(3) 对风速较大地区的输电线路杆塔, 应在设计阶段, 综合采用抗强风结构设计措施以最大限度地增强杆塔的抗风能力, 减小风灾发生时电网损失。

参考文献

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输电线路杆塔升高改造弧垂的调整 篇4

笔者认为通过计算线长的变量, 在改建时便于采取切实有效的措施, 对线长进行调整, 如可以调整导线的连接金具等来调节线长, 可以减少和避免由于松线、紧线工作带来的搭设越线架等, 既减少现场工作量, 又能节约施工费用。笔者通过对几个线路改造工程的施工过程的实践, 总结出以下计算调整线长的方法。

1 线路升高改造后线长变量的计算

引起线长变化一般有以下因素: (1) 杆塔高度变化引起的线长变化; (2) 代表档距弧垂应力变化引起的线长变化; (3) 气温的变化引起的线长变化; (4) 应力的变化引起的线长变化。

线长变量计算时, 改造前后所取的气温条件相同, 且应力变化非常小, 因此气温和应力变化引起的线长变化很小, 可忽略不计。线长变化主要是由杆塔高度变化和耐张段代表档距变化后弧垂应力变化产生的, 这是计算的重点。

如以图1所示的输电线路为例, 要求改造前后在气温T (℃) 下导线的应力均为δt。

(1) 将K号杆塔移动一段距离, 并将其加高△H, K-1号杆塔K+1号杆塔间的线长在改造前为∑L1:

(2) 改造后为∑L2:

(3) 改造后线长变量为:

式中, φa、φa1分别为升高前后K杆塔与K-1杆塔悬挂点的高差角。φa=tg-1ha/la (如地形高差较大时应计入地形高差) ;φb、φb1分别为升高前后K杆塔与K+1杆塔悬挂点的高差角。φb=tg-1hb/lb (如地形高差较大时应计入地形高差) ;ha、hb为悬挂点的高差 (m) ;g为导线的比载 (N/m·mm) ;δt为气温条件相同时导线的应力 (MPa) 。

(4) 若△L为正值, 则意味线路改造后线长有多余部分, 若△L为负值, 则意味线路改造后线长需加长。

2 线长的调整方法

通过计算得出了线路改造后线长调整量, 下一步的工作就是对线长进行调整。

(1) 对线长需缩短时, 一般在承力杆塔上利用手扳葫芦或滑车组等工具, 牵引使耐张串松弛后操作。

1) 调节调整板眼位, 如表1所示。

2) 减少连接金具、瓷瓶换爬距大的, 片数减少 (此法不宜采用) 。

3) 耐张段的长度较短时, 如需要可耐张段两侧杆塔上减少金具, 段内直线悬垂串有偏斜的需纠正。

(2) 对线长需加长时, 一般在承力杆塔上利用手扳葫芦或滑车组等工具, 牵引使耐张串松弛后操作。

1) 调节调整板眼位。

2) 添加连接金具、瓷瓶 (不宜超过2片) , 绝缘子型号和高度如表2所示。

3) 耐张段的长度较短时, 如需要可耐张段两侧杆塔上添加金具, 段内直线悬垂串有偏斜的需纠正。

(3) 当线长调整量较大, 无法通过金具、瓷瓶调整时, 可根据线长计算值在靠近升高杆塔的承力杆塔上, 将导线松至地面线, 开断重新压接耐张线夹后直接挂线, 而无需通过观测弧垂划印来确定割线位置。如需缩短线长, 割线位置正好在压接管位置时, 可考虑增大割线长度, 不足部分通过增加金具、瓷瓶来解决。如需加长线长, 可根据计算值对导线进行定量补充, 重新压接耐张线夹后挂线。这时耐张段内直线悬垂串有偏斜的需纠正。松线时为避免耐张段内导线落地, 可在调整的承力杆塔上利用高空锚线地面挂线的方法将导线松至地面进行操作。

3 高空锚线地面挂线法

工作人员利用飞车沿所调整的导线滑出适当距离 (挂线点距地面高度加10 m左右) , 用卡线器卡在导线上, 通过钢绞线、滑车组、绑扎钢丝套挂于杆塔横担挂点处 (垫加木块或麻袋) , 牵引钢丝绳通过转向滑车至地面绞磨, 牵引临锚工具受力, 导线松弛后, 停止牵引;再用另一牵引钢丝绳通过挂线滑车连到耐张绝缘子串上, 牵引将导线松至地面进行断线、压接;一切准备就绪, 再将导线重新挂于挂线孔中, 回松临锚钢丝绳, 拆除锚线工具。如图2所示。

4 结语

此调整法经过220 k V几条线路改造工程施工证明, 该方法简单实用、准确性高, 同时能保证导线对地距离、导线安全系数、杆塔受力条件等都符合线路原来的设计要求。

摘要：根据线长变量的计算方法和原理, 在确定线长变量的基础上, 详细介绍了通过调整导线的连接金具等方法来调节线长的基本原理, 并在有关工程中成功实践, 该方法对节约施工成本、简化工艺有重要的实际意义。

关键词：线路改造,弧垂,调整

参考文献

[1]李博之.高压架空输电线路施工技术手册.中国电力出版社, 2008

[2]岑阿毛.输电线路施工计算.宁波出版社, 2001

输电线路杆塔接地问题分析及对策 篇5

1.1 接地网设计存在问题

主要设计问题包括以下几个方面:①接地型式的选择不合理, 在高土壤电阻率地区, 接地电阻过大, 但接地体的面积却不足;②一些雷电活动比较多的地区, 杆塔接地电阻设计值过大;③对一些高腐蚀性的土壤, 比如水田、低洼地带或者化工厂附近等, 未将耐腐蚀的因素考虑在内, 最终造成接地体被腐蚀后断裂, 也无法把雷电流导泄出去。

1.2 接地体敷设施工与相关要求不符

实际的输电线路施工过程中, 接地型式的设计与实际情况存在较大差别, 必须在施工过程中结合施工现场的情况做出调整, 但是, 在一些工程中由于施工人员缺乏必要的责任心, 而监理单位对其监督力度也不足, 因此, 施工阶段可能存在回填土与要求不符、接地体埋深不足、接地引下线与接地体之间以及接地体之间的焊接与设计要求与施工规范不符, 最终造成接地电阻值过大。

1.3 接地引下线与接地体的腐蚀问题

处于恶劣的环境下, 接地装置容易发生电化学腐蚀的现象。腐蚀微电池与腐蚀宏电池共同作用导致接地装置出现腐蚀现象。因为接地体中存在一些金属化学成分及金属组织, 这些金属的表面膜被破坏或者物理状态不均匀就会形成腐蚀微电池。一般情况下如果接地体选择的材料质量不合格会出现这种现象;而腐败蚀宏电池则受接地体所埋设土质结构及土壤渗透率等因素的影响, 形成氧浓电池及盐分浓差电池等。因此, 如果接地引下线地下部分土质不均匀, 或者接地体埋深不同, 都可能产生腐蚀现象, 降低接地体的导电性能, 增加接地电阻。

1.4 接地装置连接不规范

接地装置连接不规范主要体现在以下几个方面:①钢筋混凝土杆避雷线支架、无法保证导线横担与接地引下线电气连接的可靠性;②未设置专门的引下线, 而是用杆塔爬梯来替代;③无法保证接地装置连接点安装的规范性, 而且发生锈蚀后会发生接触电阻过大的现象等。

2提高输电线路杆塔接地可靠性的策略

2.1 提高接地装置的防腐性

理论上讲接地装置的寿命与杆塔结构中的其他部件相同, 不过接地装置的运行寿命受腐蚀因素的影响而大大缩短, 所以很有必要采取防腐措施来延长接地装置的耐腐蚀性。具体而言要注意以下几个方面:①针对一些腐蚀性比较强的地区, 比如水田、低洼地带或者化工厂等区域, 地网中接地体的截面积要加大, 最好选择16的圆钢, 在完成引下线与连接板的焊接后要做好热镀锌处理;②施工过程中要注意控制接地体的焊接质量, 不得存在假焊或虚焊等问题, 保证接地体的搭接长度, 针对焊接位置要采用油漆等措施做好防腐处理;③开挖位置的回填土施工质量控制很重要, 要保证回填土质的均匀性, 并且注意夯实, 每回填30 cm, 均需夯实一次, 保证回填土与接地体接触的紧密性, 尽量加大接地网的埋设深度, 因为接地体的埋深会对其耐腐蚀性能产生直接影响;④施工过程中要注意保护好相关材料, 比如圆钢的镀锌层或者氧化膜保护层等;每隔2～3年均需对引下线地下部分0.3 m的区段做一次防腐处理。

2.2 提高接地装置型式选择的合理性

在实际工程中, 杆塔接地装置所采用的型式多为多根水平放射线, 如果可以根据工程的实际情况提高接地装置型式设计的合理性, 可以有效降低高土坡电阻率, 并减少占用土地面积。比如水田或耕地的土壤电阻率相对较低, 则接地装置的型式可以采用水平接地体结合垂直接地体的方案;如果工程所在地位于土壤电阻率较高的地区, 或者工程会受一定条件限制, 则可以选择连续伸长接地体方案, 即沿线路埋设1～2根接地线, 然后连接下一基塔的接地装置, 通过这种方法连接几条基杆塔接地, 则可以有效降低高土坡电阻率地区的杆塔电阻。

2.3 保证接地装置改造施工的质量管理

在输电线路杆塔工程中, 对接地装置的改造十分常见, 且改造对象通常为隐蔽工程。因此接地装置改造施工质量管理非常重要, 要针对整个施工过程进行全程监控, 如有必要可以引入监理机制, 根据相关规范要求如通过旁站、巡视以及平行检验等多种质量管理形式保证施工质量管理的有效性。具体要从开挖接地沟槽开始, 然后进行下一步的敷设接地装置、连接接地体, 直至实施防腐措施、焊接工艺质量管理及重要结构部位的检查等。每个环节均要保证严格按照图纸设计、规范要求施工。此外, 由于工程材料的质量会对接地装置的使用寿命产生决定性作用, 因此, 入场的工程材料要进行严格检验。

2.4 应用降阻剂要合理

一般情况下土壤电阻率较高的地区, 一些中小型的接地

装置可以采用降阻剂, 其主要作用就是降低高土壤电阻率地区的杆塔接地电阻值。不过尽管应用降阻剂可以取得一定的降阻效果, 但是也存在一定的问题, 比如降阻剂会腐蚀接地体, 并且降阻剂本身也存在稳定性及长效性的问题, 所以要提高降阻剂选择的合理性。一般情况下选择降阻剂时需要考虑以下几点:①降阻剂自身的电阻率要小;②降阻剂的稳定性要好, 并且具备较强的长效性;③应有较好的渗透性与环保性, 不会对环境造成污染;④要保证施工现场应用的便利性。

2.5 在适当的情况下使用接地模块

如果利用传统方法很难使得高土壤电阻率地区的接地电阻符合工程需求, 则可以在必要的情况下使用接地模块。所谓接地模块就是将少量金属氧化物、一定量的粘合剂掺入石墨粉中, 然后添水拌匀, 再注入模具中进行干燥, 脱模即成。由于模块中掺入金属网, 或者预埋扁铁或圆钢, 所以接地模块可以互相焊接且具备一定机械强度。石墨这种材料具备良好的稳定性、导电性、耐腐蚀性及抗老化性, 并且保湿与吸湿性比较好, 外界因素对其产生影响也不大, 因此在较长时间内其接地电阻值都趋于稳定, 所以可以有效降低杆塔接地装置的工频接地电阻, 特别是冲击接地电阻。

3接地装置的运行维护策略

接地装置的日常运行维护十分重要, 通过科学的运行维护可以及时消除接地装置存在的问题, 有效降低杆塔的接地电阻值, 从而提升线路的耐雷水平, 降低雷击跳闸率。具体而言, 主要做好以下几个方面的工作:①对接地杆塔的接地引下线进行定期巡视检查, 保证接地连接板及各接地装置中各部件正常连接, 排除连接螺栓松动的故障, 及时更换生锈的螺栓, 彻底消除接触电阻的不良影响。②对接地体进行定期巡视检查, 防止其受外力破坏而降低效能;注意由于雨水冲刷受到严重影响的地区, 要防止接地体被冲刷出地面。③定期对接地体的锈蚀情况进行抽查, 需开挖检查, 并结合电网接地短路电流的变化情况, 对一次接地线及接地体的短路电流热稳定性进行检查, 及时改造不符合工程要求的部件。④详细记录接地装置巡视检查及测量数据, 全面、及时地掌握接地装置的运行状态, 及时排除问题, 保证输电线路的正常运行。

参考文献

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特高压输电线路防雷杆塔模型研究 篇6

随着我国电压等级的不断提高,特高压输电工程已经成为当今的研究热点之一。电压等级的提高使远距离输电成为可能,而输电线路的不断扩展,也带来杆塔设计高度的不断提高。杆塔着雷机会与其高度的平方成正比,因此大跨越高杆塔已然成为输电线路的薄弱环节。为了提高电力系统防御雷电灾害的能力,就必须加强系统的绝缘,而绝缘水平过高也必然会带来经济上的损失。

特高压输电工程的发展带来杆塔设计高度的提高,而杆塔模型是研究雷电侵入波过电压的1个重要因素之一。早期的杆塔一般都不高于30 m,因此用1个等效的集中电感就可以模拟。随着超、特高压的发展,具有分布参数特性的单波阻抗模型成为主要研究趋势。然而,当杆塔高度不断升高时,垂直导体不同点处的波阻抗存在差异这一问题也就无法忽视了。研究表明,集中电感和单波阻抗模型计算出来的结果过于保守,若以此计算电站绝缘标准,必然会出现投资过大的问题。而多波阻抗模型的提出,较为精确地模拟了杆塔中的雷电流侵入过程。

为了证明多波阻抗模型的合理性,本文以ATPDraw电磁暂态计算程序[1]为平台,针对某1 000 kV特高压变电所及其杆塔,将3种模型进行计算对比,以期为日后特高压变电所的建设提供参考。

1 3种模型的建立

1.1 集中电感模型

早期的输电线路杆塔高度不超过30 m,若忽略杆塔本身存在的电阻,且整体模型不需要很高的精确度,杆塔完全可以等效为1个等值电感。根据文献[2],单塔等值波阻抗计算公式为[2]:

等值电感为:

式中:h为杆塔总高度;r为杆塔塔基半径;τ为雷电流沿塔身单程行进时间。

集中电感模型忽略了杆塔上的波过程和杆塔的对地电容及损耗。前人在集中电感的模拟上做了一系列的工作,得出不同结构的杆塔单位高度的电感值。但是,随着输电系统电压等级的不断提高,杆塔高度的逐渐增加,采用集中电感模拟杆塔进行防雷计算的弊端也越来越明显,由此得出的误差较大,并且计算时接地电阻的影响被夸大。

1.2 单波阻抗模型

目前,国内主要使用的2种单波阻抗模型为IEEE和CIGRE公式以及Yamada公式[3]。

(1) IEEE和CIGRE公式

IEEE和CIGRE推荐使用的杆塔单波阻抗计算公式为式(3),其中,杆塔用1个倒锥形进行模拟:

Zgt=60ln[cot (0.5tan-1 (R/h))](3)式中:R为杆塔的等效半径,R=(r1h2+r2h+r3h1);r1、r2、r3分别为杆塔顶部、中间和底部半径;h1、h2分别为杆塔顶部到中间及杆塔中间到底部的高度;h为塔高。

(2) Yamada公式

Yamada等人将杆塔等效为圆锥和圆柱,并通过埃曼感应公式和德里复合贯穿深度理论提出的单波阻抗计算公式为:

1.3 多波阻抗模型

对于结构复杂、高度较高的杆塔,集中电感模型和单波阻抗模型过于简化,而多波阻抗模型不仅考虑了波在杆塔中的行进过程,还考虑到杆塔的自身结构、不同高度对地电容的变化,所得结果更加符合实际。模型参数基本由杆塔的结构确定,主要分主架、支架和横担部分[4],如图1及图2所示。

实际上,多波阻抗模型理论基于垂直导体在不同高度处的波阻抗是不同的这一概念。基于这个原理,可以将垂直导体分割成数段,每段通过经验公式计算出1个对应的波阻抗,就可较好地实现这一物理过程。当然,理论上分割的段数越多越接近实际。

(1)主架部分波阻抗由经验公式得到:

式中:(2)支架部分波阻抗ZLk试验表明,有支架ZLk的杆塔系统比没有支架的系统到达最大电压所需要的时间要长,因此在模型中支架的长度为相应的主干长度的1.5倍。增加了支架后,多导体波阻抗减小10%左右。因此支架部分波阻抗大约为:ZLk=9ZTk,k=1、2、3、4。

(3)杆塔横担部分波阻抗:Zk=60l,k=1、2、3、4。其中,rAk取为1/4的横担长度。

多波阻抗模型计算的波响应特性与真实杆塔实测结果近似,通常应用于圆柱形横担杆塔。

2 仿真模型及结果

2.1 实例分析

本文以某1 000 kV特高压变电所为实例[3],分别计算不同杆塔模型下的塔顶电压。该变电所采取单线单变运行方式,此方式下若遭受雷击,过电压幅值最高。变电所主接线及杆塔结构如图3和图4所示。

2.2 参数设定

(1)波阻抗参数

由上述3种杆塔模型,得到3种波阻抗的计算结果(见表1～表3),接地电阻取7Ω。

(2)雷电流参数

本文选取雷电流幅值为250 kA,超过该幅值的概率为0.14%[5]。波形取为2.6/50μs的标准雷电波,采用双指数模型进行模拟,雷电通道波阻抗为300Ω。

(3)输电线路参数

该变电站导线型号为ASCR800 mm2,分裂数为8,采用双回线运行方式;地线型号为OPGE500 mm2。本文采用目前应用最广的J.Marti模型模拟输电线路,该模型采用3条导线2条地线具有频率特性的架空线模型来模拟线路,直观地用参数表示架空线内径、外径、水平和垂直位置、相角等各种关系,并且直接计算了导线与地线间的耦合系数,具有较高的计算精度。

(4)各高压设备参数

以变压器为例,其绕组除了具有分布的自电感和分布的对地电容之外,还必须考虑匝间电容的影响。但在雷电冲击波的作用下,由于电感的阻流作用,流过电感的电流可以忽略,因此变压器绕组可以等效为具有一定电容值的电容,称其为入口电容。

同理可得,在雷电侵入波计算中,其他电气设备如隔离开关、断路器、互感器、并联电抗器等均可用不同电容值的入口电容表示,冲击波作用的过程就是对电容的充电过程。本文所取的等值电容参数均为标准值[6]。

(5)绝缘子串闪络模型

绝缘子串的闪络过程运用ATPDraw程序中的Tacs组件完成,基本原理是相交法,即当绝缘子两端电压超过U50%时,认为其闪络,线路发生短路。

2.3 仿真结果

以多波阻抗模型为例,在ATP平台上搭建的特高压杆塔模型如图5所示。

根据以上参数,得到不同模型杆塔塔顶的过电压仿真结果(见图6)。

通过图6中(a)、(b)、(c)、(d)的对比可知,在相同的雷电侵入波下,不同的波阻抗模型其过电压幅值存在较大的差异。

由表4可以看到,波阻抗模型得到的过电压幅值要低于集中电感模型和单波阻抗模型。

3 结论

(1)对于特高压杆塔,用IEEE和CIGRE公式仿真出来的过电压最大,与其他等效模型差异也最大。通过直接测量,本杆塔实际波阻抗为130Ω,因此在特高压杆塔中运用该公式计算的结果与实际差异较大。若选用单波阻抗模型,建议在特高压电网中使用与实测值较为接近的Yamada公式(126Ω)。

(2)多波阻抗模型塔顶过电压最小,其次是单波阻抗模型,集中电感模型仿真过电压最高。出现这种情况的原因是波阻抗模型考虑了雷电波在杆塔传输过程中的衰减作用。同时,与单波阻抗模型相比,多波阻抗模型考虑了波的速度时间关系,也考虑了横担的作用,因此更符合实际。

(3)多波阻抗模型过电压出现的峰值时间为1.86μs,过电压值为10.52 MV;单波阻抗模型和集中电感模型出现峰值的时间依次减小。集中电感模型没有考虑杆塔的自身高度,因此过电压幅值大约出现在峰值时间的1/2处,即1.3μs。此时雷电流变化的幅度最大;在单波阻抗和多波阻抗模型中,波的传输有1个过程,多波阻抗模型高度不同,采用的波阻抗也不同。这样,仿真过程中将会出现反射波,反射波将会延缓塔顶电压的上升速度,这也与实际情况比较相符。

(4)不同杆塔模型仿真得到变电所各重要高压设备上的过电压值是不同的,其中多波阻抗模型仿真得到的过电压要比传统模型低10%～20%。合理运用多波阻抗

模型,会对变电所绝缘设计带来很大的帮助。

(5)多波阻抗模型还考虑到杆塔横担对过电压的影响,更符合雷电流在杆塔中的传输过程,建议在日后的特高压外过电压绝缘设计中,采用更符合实际情况的多波阻抗模型。

摘要：特高压电网的发展使电能的远距离传输成为可能,输电线路不断扩展的同时也带来了杆塔高度的增加。早期的集中电感杆塔模型和单波阻抗模型无法准确模拟雷电侵入变电站的波过程,计算得到的过电压过于保守,对绝缘的要求过高。文中以ATPDraw计算程序为平台,以某特高压变电所为实例,将传统杆塔模型和改进后的多波阻抗模型进行对比,正确测量和计算杆塔波阻抗,仿真测量杆塔的雷电特性,并分析各自的可行性。研究计算表明,由多波阻抗杆塔模型得到的过电压低于传统杆塔模型,更符合特高压工程实际。在特高压输电线路防雷计算中,建议采用多波阻抗杆塔模型。

关键词：特高压输电线路,杆塔模型,波阻抗,过电压,雷电特性

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输电杆塔 篇7

输电线路经过的地方各色各样, 地形也千差万别。当铁塔位于斜坡或台阶地时, 塔脚之间会形成高差, 这就要用高低脚来平衡。根据四个脚高低不同可分为一般高低脚和全方位高低脚。

1.1 一般高低脚

塔脚级差一般为1.5m, 由于地面高差是任意值, 当长短脚不能完全平衡地面高差时, 一方面可将部分主柱露出地面, 另一方面塔脚级差可缩短为1.0m。施工过程中, 应考虑在杆塔位于陡峭山顶控制铁塔的正侧面错开, 减少施工基面挖方量。对于坡度较大的地形, 塔的长短脚已用到最大高差仍不能平衡地面高差时, 可采用长脚对应基础主柱升高的办法来平衡过多的高差, 必要时可做特殊基础。在基础无法满足或其他因素主柱不宜升高时, 可对短脚所在基面适当挖方。

1.2 全方位高低脚

4个塔脚一般为不等长的形式, 可根据各种不规则塔位地形的需要, 组合成各种不同长度的全方位高低脚。高低脚塔的高脚侧与低脚侧的主材应为同—规格。由于高脚侧与低脚侧斜材计算长度不同, 选材时要求前者角钢规格比后者大1~2级。

2 基础优化

远距离大容量的输电方式, 大规模的输电线路工程建设, 使线路走廊杆塔基础的开挖量不断增加, 这不仅破坏了塔位原有的天然植被, 而且使原稳定土体受到扰动。因此, 基础优化对于减少基面开挖, 保护环境尤为重要。

2.1 原状土基础

线路经过的山区地质多为不同风化程度岩石、岩石的残积层或为硬塑及坚硬状态的粘性上覆盖层, 这样的地质条件适合于做原状土基础, 如岩石嵌固基础、直柱或斜柱粘性土全掏挖基础、岩石锚杆基础等。这类基础避免了基坑大开挖, 减少了土方开挖量, 减少对周围环境的不良影响, 更为重要的是塔位原状土未受破坏, 能充分利用原状土力学性能, 提高基础抗拔能力, 有利于塔基稳定。

2.2 深埋基础

为配合杆塔高低脚的使用, 塔位降基应考虑基础保护范围内将基础降为同一作业面, 保护范围的高差采用深埋主柱, 这样降基可大幅度减小, 而且杆塔高程相应地提高了。

2.3 高低脚加高基础

一般基础主柱露出基面高度地值通常为0.1~0.3m, 主柱加高基础的主柱即在Δ值的基础上, 按照需要加高一个适当的高度Δh, Δh通常取为0.5, 1.0, 1.5, 2.0m等。采用高低脚塔主柱加高基础时, 设计基面以上的土体实际上并不挖除, 这样可以将土方的开挖量减少到最小程度, 尽量维持原地形地貌, 保持塔基稳定。

2.4 塔脚架加高主柱基础

现场施工时常常会遇到塔位于山腰中的梯田或斜坡地内或位于丘陵地区几块不同标高的耕地内, 为避免基面大开挖, 在采用高低脚加高基础不够的情况上, 特别设计了塔脚架加高主柱基础。

3 基面处理

基面土石方的开挖使原稳定土体受到扰动, 而且挖方弃土堆积在基面边坡上, 增加了边坡附加压力, 在雨水侵蚀下, 容易产生塌方和滑坡。因此, 施工作业后要及时进行基面处理, 消除安全隐患。

3.1 环状排水沟

通畅良好的基面排水, 有利于基面挖方边坡及基础保护范围外临空面的土体稳定。塔位有坡度时, 为防止上山坡侧汇水面的雨水、山洪及其他地表水对基面的冲刷影响, 除塔位位于面包形山顶或山脊外, 均需在塔位上坡侧距挖方坡顶水平距离≥3m处, 依山势设置环状排水沟, 以拦截和排除周围山坡汇水面内的地表水。

3.2 排水沟护壁

过去多数线路排水沟不采取护壁措施, 因为线路上的排水沟, 建成投运一、二年后, 沟壁及沟底会形成天然植被。而在环保特别重要的今天, 对工程项目施工要求更严格了, 工程竣工前排水沟都要求采取护壁措施, 以避免排水直接冲刷塔位基面。

排水沟护壁措施应根据路径塔位附近的地质情况区别对待, 对于土质含沙量较高、无粘性, 或表层为强风化岩石, 颗粒很松散的排水沟, 需用预制素混凝土块或就地取材用片石浆砌进行护壁。对于地质为硬塑及以上状态的粘性土、植被较好的塔位排水沟, 可采用植被护壁。

3.3 排水坡度

过去对基面本身的排水坡度未作要求, 施工时是按水平面的形式削平基面, 还有少数基面出现内低外高的情况, 以致造成基面排水不畅而积水。为了保护好基面, 基面排水坡度尽可能向基础保护范围大的缓坡方向倾斜, 以便基面雨水从此方向排出, 同时对降基挖方的基面应留有内高外低0.5%~1.0%的排水坡度。而对高低脚塔的挖方基面, 应避免流水直接冲刷两脚步间有高差的陡坎, 使基面雨水从塔位排出

3.4 基面放坡

线路施工中, 由于部分塔位基面挖方边坡未按有关规定放坡, 或放坡不足, 在雨水冲刷侵蚀下, 易产生边坡剥落和塌方。有些塔基面因挖方边坡太陡, 在多雨的季节产生塌方而砸弯了铁塔主、斜材。因此, 挖方边坡要按规定要求放坡, 并对坡脚采取加固措施。对一些边坡较陡的塔位, 因铁塔已组立或已架线, 给继续挖方放坡增加了难度, 故基面降基挖方时, 对挖方边坡必须按要求放坡, 且一次放足。

3.5 植被护坡

植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡同时美化生态环境的一种技术方案, 是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学、土壤肥科学等多学科于一体的综合工程技术。结合送电线路工程的特点, 我们推荐以下两种植被护坡的方法:

3.5.1 土工格室植草护坡

该技术是指在展开并固定在坡面上的土工格室内填充改良的客土, 然后在格室上挂三维植被网, 进行喷播植草施工的一种护坡技术。

3.5.2 浆砌片石骨架植草护坡

该技术是指采用浆砌片石在坡面形成框架, 常结合铺草皮、三维植被网、土工格室、喷播植草, 栽植苗木等方法形成的一种护坡技术。

3.6 混凝土护面

在线路施工中, 当地质为强风化岩石时, 常采用岩石嵌固基础。为防止降基后基面岩石继续风化, 每个塔脚基础在基面表层做混凝土护面。对少数风化和冲刷特别严重的塔位, 整个基面表层全部作护面。对个别塔位挖方后的放坡面及高低脚步间的坡面, 有岩石剥落或风化物坍塌时, 往往需用水泥砂浆或细石混凝土护面。护面宜在线路施工后期进行, 以防止施工中塔材、零部件及机具等打、砸、压坏护面。在做护面前, 基面表层的泥土、杂物须清除干净, 护面应依基面排水坡度作为斜面, 以利基面排水。

4 结束语

输电杆塔 篇8

1.1 设计思路

工程设计的原则是遵循《110-500kV架空送电线路设计技术规范》(DL/T5092-1999)、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)的要求以及其他相关的技术规范,结合工程的具体情况,考虑既经济合理,又方便加工、施工及运行维护,同时兼顾环境保护等方面的有利因素。

1.2 路径选择

路径选择和勘测是整个线路设计中的关键,方案的合理性对线路的经济、技术指标和施工、运行条件起着重要作用。为了做到既合理的缩短路径长度、降低线路投资又保证线路安全可靠、运行方便,一条线路有时需要徒步往返3~5趟才能确定出最佳方案,所以线路勘测工作是对设计人员业务水平、耐心和责任心的综合考验。

在工程选线阶段,设计人员要根据每项工程的实际情况,对线路沿线地上、地下、在建、拟建的工程设施进行充分搜资和调研,进行多路径方案比选,尽可能选择长度短、转角少、交叉跨越少,地形条件较好的方案。综合考虑清赔费用和民事工作,尽可能避开树木、房屋和经济作物种植区。

在勘测工作中做到兼顾杆位的经济合理性和关键杆位设立的可能性(如转角点、交跨点和必须设立杆塔的特殊地点等),个别特殊地段更要反复测量比较,使杆塔位置尽量避开交通困难地区,为组立杆塔和紧线创造较好的施工条件。

1.3 设计用气象条件

参考《广西区架空送电线路设计计算用气象条件区划分》资料,结合附近已有线路的运行经验,本线路属无冰弱风区,设计采用的气象条件,最高气温:400℃,最低气温:-50℃,最大风速:23.5m/s,覆冰0mm。

1.4 杆塔选型

不同的杆塔型式在造价、占地、施工、运输和运行安全等方面均不相同,杆塔工程的费用约占整个工程的30%~40%,合理选择杆塔型式是关键。

对于新建工程若投资允许一般只选用1~2种直线水泥杆,跨越、耐张和转角尽量选用角钢塔,材料准备简单明了、施工作业方便且提高了线路的安全水平。对于同塔多回且沿规划路建设的线路,杆塔一般采用占地少的钢管塔,但大的转角塔若采用钢管塔由于结构上的原因极易造成杆顶挠度变形,基础施工费用也会比角钢塔增加一倍,直线塔采用钢管塔,转角塔采用角钢塔的方案比较合理,能够满足环境、投资和安全要求。

针对多条老线路运行十几年后出现对地距离不够造成隐患的情况,在新建线路设计中适当选用较高的杆塔并缩小水平档距可提高导线对地距离。在线路加高工程中设计采用占地小、安装方便的酒杯型(Y型)钢管塔,施工工期可由传统杆塔的3~5天缩短为1天,能够减少施工停电时间。

2 基础工程

2.1 杆塔工程

输电线路杆塔按受力特点可分为直线和耐张型。杆塔选择是否适当对于送电线路建设速度和经济性供电可靠性以及维修的方便性等影响都很大,合理选择杆塔型式、结构,是杆塔工程重要的一环。平地、丘陵及便于运输和施工的地区,应优先采用钢筋混凝土杆和预应力混凝土杆。考虑到实际困难,出线走廊受限制的地区、大跨越或重直档距大时,可采用铁塔。杆塔组立是高压输电线路施工中一个重要的环节,目前我国在110kV输电线路杆塔组立方式,主要有整体组立分解组立。影响杆塔强度的因素主要有制选杆塔所用的材料,杆塔的受力形式及杆塔的结构形式。

2.2 架线工程

输电线路架线施工包括架线前的准备工作。放线导地线连接弛度观测,紧线及附件安装。架线施工从展放方法来讲,分为拖地展放、张力展放。拖地展放线盘处不需制动,线拖在地面行进的方法,此法不用专用设备比较简单,但导线的磨损较为严重,劳动效率低。放线需大量的人工在山区放线质量难保证。张力放线。即使用牵张机械使导地线始终保持一定的张力保持对交叉物始终有一定安全距离的展放方法。它能保证导地线展放质量效率较高,但机械笨重和费用昂贵。

3 光缆施工

光纤不会引雷,但光缆中有金属部分,所以光缆避雷仍值得重视。光缆施工施工前必须做好充分准备,检查设计资料、原材料和施工设备等是否齐备,仔细阅读有关的技术说明书与安装指导手册;架设光缆前必须确保光缆的技术性能,应用OTDR对每一盘光缆进行单盘测试,确保光缆完好方可施工。光缆的卷盘长度为2~3km,其弯曲半径应为光缆外径的15倍以上,施工中不能猛拉和扭结。拖光缆时要前后协调配合,最好有专人协调,否则光缆很容易扭结。光缆接续时,首先对光缆合理配盘,将接点位置选好,要考虑交通方便、熔接环境好等条件,同时要选择合适的接头盒。熔接光纤前将余纤在熔盘内模拟盘绕,走向应该是圆形或椭圆形,余纤的曲线半径要大于35mm,根据熔接盘的大小尽可能大些,余纤长度以盘3圈为宜。

4 结束语

众所周知,质量是企业的效益,质量是企业的生命。施工质量控制是工程项目全过程质量控制的关键环节。输电线路工程质量很大程度上决定与施工阶段质量控制。近年来的输电建设工程,每项工程都有各自特点,设计中脱离工程实际,一味生搬硬套是无法保证设计质量与满足电网发展需要的。只有结合实际,因地制宜,通过优化方案,科技攻关,不断探索与创新,才能满足建设坚强电网的要求,才能开创工程设计“技术先进、安全合理”的全新局面。

参考文献

[1]国家经贸委.110-500kV架空送电线路设计技术规定[S].1999,10.

[2]电力工程高压送电线路设计手册[M].第二版.北京:中国电力出版社,2003,1.