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拉線(xiàn)門(mén)型塔在山區(qū)送電線(xiàn)路中的使用論文
摘要：通過(guò)對(duì)拉線(xiàn)門(mén)型塔的設(shè)計(jì)實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)比較，并根據(jù)施工和運(yùn)行反饋的信息，充分論述了拉線(xiàn)門(mén)型塔的安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。得出了在山區(qū)送電線(xiàn)路中采用拉線(xiàn)門(mén)型塔，能加快施工進(jìn)度，有效降低工程造價(jià)及工程施工對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響的結(jié)論
關(guān)鍵詞：拉線(xiàn)門(mén)型塔 送電線(xiàn)路 安全 經(jīng)濟(jì) 環(huán)保
寧遠(yuǎn)～曲河220 kV送電線(xiàn)路工程位于湖南永州境內(nèi)，全長(zhǎng)110．847 km，是湘南環(huán)網(wǎng)的骨干線(xiàn)路。該工程地處南嶺西段，沿線(xiàn)地形起伏較大，交通運(yùn)輸不便，人抬運(yùn)距較遠(yuǎn)，施工難度大，工期要求緊。
在該工程的施工圖設(shè)計(jì)中，為了降低工程本體造價(jià)，減小人力運(yùn)輸強(qiáng)度，加快工程施工進(jìn)度，需要設(shè)計(jì)一種安全經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸方便、施工工期短的直線(xiàn)桿塔。而拉線(xiàn)塔以其經(jīng)濟(jì)可靠、分件運(yùn)輸、加工安裝方便等優(yōu)點(diǎn)成為首選。
1 設(shè)計(jì)思路
桿塔設(shè)計(jì)是架空送電線(xiàn)路工程設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，它直接影響著送電線(xiàn)路的安全運(yùn)行和本體造價(jià)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，桿塔造價(jià)約占送電線(xiàn)路工程本體造價(jià)的37％。而在送電線(xiàn)路工程中，直線(xiàn)桿塔所占桿塔總數(shù)的比重一般達(dá)到了80％，對(duì)工程的本體造價(jià)有著很大的影響，且線(xiàn)路越長(zhǎng)，這種影響越明顯。因此，在質(zhì)量確保、安全適用的前提下，設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。
影響桿塔經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要要素有氣象條件、使用條件、最大呼稱(chēng)高以及桿塔型式。
1．1氣象條件的選取
本工程的設(shè)計(jì)氣象條件為湖南省典型氣象條件，即最大風(fēng)速為25 m／s，設(shè)計(jì)最大覆冰為15 mm，最低氣溫－10℃，最高氣溫40℃。
1．2 ZH3拉線(xiàn)門(mén)型塔使用條件的確定
1．2．1 導(dǎo)、地線(xiàn)型號(hào)及最大使用應(yīng)力的確定
根據(jù)本工程初步設(shè)計(jì)審查批復(fù)文件，導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為2xLGJ－300／40，最大使用應(yīng)力為103 MPa；地線(xiàn)型號(hào)為GJ－50，最大使用應(yīng)力為392 MPa�？紤]到送電線(xiàn)路工程中復(fù)合光纜（OPGW）的大量采用以及屏蔽地線(xiàn)的應(yīng)用，同時(shí)經(jīng)計(jì)算，地線(xiàn)型號(hào)的加大對(duì)拉線(xiàn)塔的單基指標(biāo)影響很小，為了增大ZH3拉線(xiàn)塔的使用范圍，決定按導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)：2xLGJ－300／40，最大使用應(yīng)力103 MPa；地線(xiàn)型號(hào)：LHAGJ－95／55，最大使用應(yīng)力180 MPa進(jìn)行計(jì)算。
1．2．2 使用檔距的確定
通過(guò)對(duì)省內(nèi)已投運(yùn)的同種導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)的220 kV送電線(xiàn)路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出直線(xiàn)塔使用檔距的分布概率如下：
水平：0～300 m，25％；300～350 m，21％；350～400 m，25％；400～450 m，24％；450～500 m，5％。
垂直：0～450 m，76％；450～500 m，9％；500～550 m，10％；550～600 m，3％；600～650 m，3％。
考慮到本工程為山區(qū)線(xiàn)路，地形復(fù)雜，因而不同塔位的水平檔距、垂直檔距分散性大，而且在很多情況下，由于地形起伏較大，往往出現(xiàn)水平檔距未超過(guò)設(shè)計(jì)使用條件而垂直檔距已超過(guò)設(shè)計(jì)使用條件的情況。因此將ZH3拉線(xiàn)塔的設(shè)計(jì)使用檔距確定為：水平檔距500 m，垂直檔距750 m，代表檔距400m。
1．3最大呼稱(chēng)高的確定
本線(xiàn)路大部分路徑位于山區(qū)，地形復(fù)雜，經(jīng)常遇到需要跨越山頭以及低壓線(xiàn)路的情況，同時(shí)隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的加大，也需要減少沿線(xiàn)樹(shù)木的砍伐量，以利于水土保持。將最大呼稱(chēng)高定得太小，無(wú)疑將會(huì)制約ZH3拉線(xiàn)塔的使用。但是，將最大呼稱(chēng)高定得過(guò)高，又會(huì)使全塔的材料指標(biāo)相應(yīng)增加，是不大合適的。經(jīng)試算，在不會(huì)導(dǎo)致桿塔單基指標(biāo)明顯增大的前提下，我們將ZH3拉線(xiàn)塔的最大呼稱(chēng)高定為30 m，比省內(nèi)220 kV送電線(xiàn)路中廣泛采用的拉線(xiàn)預(yù)應(yīng)力電桿的最大呼稱(chēng)高提高了3．5 m。
此外，從實(shí)際使用檔距考慮，在平原地區(qū)，沒(méi)有交叉跨越及地形起伏的情況下，30 m的最大呼稱(chēng)高，使用檔距能達(dá)到450 m，在山區(qū)，考慮地形的利用，使用檔距則能達(dá)到700 m。因此選擇30 m作為ZH3拉線(xiàn)塔的最大呼稱(chēng)高是合適的。
1．4塔型選擇及優(yōu)化設(shè)計(jì)
1．4．1 塔型選擇
塔型選擇是桿塔設(shè)計(jì)的核心。一個(gè)鐵塔是否安全可靠，結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單合理、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否先進(jìn)，外型與環(huán)境是否協(xié)調(diào)、美觀，這都決定于鐵塔塔型的選擇。
拉線(xiàn)塔由塔頭、主柱、拉線(xiàn)3部分組成。塔頭和主柱一般由角鋼組成的空間桁架構(gòu)成，有著良好的整體穩(wěn)定性，能承受較大的軸向壓力。拉線(xiàn)由高強(qiáng)度鋼絞線(xiàn)做成，能承受很大的拉力。這種結(jié)構(gòu)使得拉線(xiàn)塔能充分利用材料的強(qiáng)度特性而減少材料耗用量。拉線(xiàn)塔有拉門(mén)塔和拉V塔2種，拉門(mén)塔采用交叉拉線(xiàn)，門(mén)型主柱。拉V塔采用“八”字型外拉線(xiàn)，V型主柱，拉線(xiàn)范圍較拉門(mén)塔要大很多，在山區(qū)線(xiàn)路中，容易造成拉線(xiàn)超長(zhǎng)，拉線(xiàn)弧垂大，難以調(diào)緊，運(yùn)行維護(hù)困難，而同等使用條件的拉門(mén)塔和拉V塔經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相差無(wú)幾。因此，ZH3拉線(xiàn)塔決定采用外型簡(jiǎn)潔美觀的拉門(mén)塔。
1．4．2 塔頭尺寸的確定
ZH3拉線(xiàn)門(mén)型塔塔頭采用酒杯塔塔頭型式，導(dǎo)線(xiàn)呈水平排列，這種型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，迎風(fēng)面小，是一種成熟的結(jié)構(gòu)形式。
塔頭尺寸的確定包括地線(xiàn)線(xiàn)間距離、地線(xiàn)支架高、導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)間距離、導(dǎo)線(xiàn)對(duì)塔體的凈距離等。塔頭尺寸的確定原則是在滿(mǎn)足電氣間隙要求，滿(mǎn)足導(dǎo)、地線(xiàn)水平位移以及上、下層導(dǎo)線(xiàn)的水平、垂直距離，防雷保護(hù)角等要求下，結(jié)合氣象條件、使用條件，盡量減小塔頭尺寸，以達(dá)到減小走廊，節(jié)約鋼材的目的。經(jīng)綜合考慮ZH3拉線(xiàn)門(mén)型塔地線(xiàn)線(xiàn)間距離確定為11．6 m，地線(xiàn)支架高3．3 m，導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)間距離7．5 m，防雷保護(hù)角為20．6°。
1．4．3 塔頭結(jié)構(gòu)布置
塔頭結(jié)構(gòu)布置也就是通過(guò)調(diào)節(jié)斜材的設(shè)置間隔以及正側(cè)面布材形式，來(lái)調(diào)節(jié)主材的計(jì)算長(zhǎng)度，從而達(dá)到減小主材規(guī)格、節(jié)省材料的目的。
經(jīng)試算比較，決定地線(xiàn)支架及導(dǎo)線(xiàn)橫擔(dān)主材按最小軸布置，地線(xiàn)支架斜材采用三節(jié)間布置。這種形式選擇的主材規(guī)格較小，且斜材與主材連接均為1個(gè)M16的螺栓，省去了節(jié)點(diǎn)板，提高了橫擔(dān)的穩(wěn)定性及承載能力，充分利用了材料的力學(xué)性能。
1．4．4 塔身主柱及拉線(xiàn)設(shè)計(jì)
主柱采用方形截面格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，腹材布置為單腹桿系，主柱與橫擔(dān)及基礎(chǔ)的連接采用鉸接，考慮到高低腿的配置，桿身長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為3 m，4．5 m，6 m3種。
拉線(xiàn)按對(duì)地夾角60°、對(duì)橫擔(dān)夾角60°以及對(duì)地夾角60°、對(duì)橫擔(dān)夾角55°分別進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)論是拉線(xiàn)受力及拉線(xiàn)范圍相差無(wú)幾，拉線(xiàn)選型一致�？紤]到拉線(xiàn)對(duì)橫擔(dān)夾角60°時(shí)電氣間隙的裕度大些，同時(shí)拉線(xiàn)在垂直線(xiàn)路方向的范圍要小27％，在實(shí)際使用中更有優(yōu)勢(shì)，因此拉線(xiàn)采用對(duì)地夾角60°、對(duì)橫擔(dān)夾角60°。
1．4．5 幾點(diǎn)構(gòu)造上的改進(jìn)
通過(guò)調(diào)整斜材布置節(jié)間，使得斜材與主材的連接螺栓為1個(gè)，這樣就使斜材能伸入主材與主材直接連接，因而增加了主斜材連接點(diǎn)的剛度，從試驗(yàn)成果得知，斜材直接伸入主材連接方式的強(qiáng)度比通常采用節(jié)點(diǎn)板連接方式提高了10％～20％，同時(shí)減少了節(jié)點(diǎn)板，節(jié)省了材料。
以往拉門(mén)塔主柱主材接頭一般采用4根主材在同一截面內(nèi)接頭。這種形式使得主柱剛度在接頭處截面產(chǎn)生突變，容易引起應(yīng)力集中。同時(shí)在鐵塔安裝過(guò)程中主柱容易產(chǎn)生超規(guī)程變形，變形糾正工作難度很大。本設(shè)計(jì)中，ZH3拉門(mén)塔主柱主材接頭采用對(duì)角主材接頭錯(cuò)開(kāi)的形式，同一截面內(nèi)接頭只有2個(gè)，從而使得主柱剛度分布更趨均勻。同時(shí)接頭采用內(nèi)包角鋼外包板形式，接頭處剛度大大提高，減少了主材接頭處位移，包角鋼長(zhǎng)度減短，螺栓數(shù)量減少一半，既保證了接頭強(qiáng)度，又節(jié)約了鋼材，鐵塔施工過(guò)程中產(chǎn)生的變形也控制在規(guī)程允許的范圍內(nèi)。
2 ZH3拉門(mén)塔的特點(diǎn)
2．1安全可靠
ZH3拉門(mén)塔采用了成熟的桿塔型式，它結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度可靠，充分利用了材料的力學(xué)性能。通過(guò)本工程的施工過(guò)程檢驗(yàn)及投產(chǎn)后近1年的帶電運(yùn)行證明，該塔安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。
2．2 一塔多用
考慮到不同的220 kV送電線(xiàn)路工程，由于輸送容量不同，采用的導(dǎo)地線(xiàn)型號(hào)也不同。為了擴(kuò)大ZH3拉門(mén)塔的使用范圍，根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為2xLGJ－300／40，地線(xiàn)為L(zhǎng)HAGJ－95／55的ZH3拉門(mén)塔計(jì)算結(jié)果，按照省內(nèi)220 kV送電線(xiàn)路常用導(dǎo)地線(xiàn)型號(hào)，對(duì)ZH3拉門(mén)塔分別進(jìn)行了驗(yàn)算，換算出對(duì)應(yīng)的使用檔距，達(dá)到了一塔多用的目的。經(jīng)換算，ZH3拉門(mén)塔可用于地線(xiàn)為L(zhǎng)HAGJ－95／55，GJ－55，OPGW7等型號(hào)，導(dǎo)線(xiàn)為L(zhǎng)GJ－400／50，2xLGJ－300／40，2xLGJ－400／50等型號(hào)。
2．3經(jīng)濟(jì)環(huán)保
隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的日漸增強(qiáng)，政府部門(mén)對(duì)環(huán)境保護(hù)提出了越來(lái)越高的要求，并先后出臺(tái)了一系列相關(guān)法律、法規(guī)來(lái)規(guī)范人們的行為。這就對(duì)環(huán)境保護(hù)方面的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
ZH3拉門(mén)塔設(shè)計(jì)有1．5 m，3 m，4．5 m，6 m高低腿，可根據(jù)不同地形選用，同時(shí)通過(guò)配合使用加高基礎(chǔ)，能使桿塔基面平基值降為零，省去了塔位平降基工序，減少了降基量與土石方工程開(kāi)挖量，而且其主柱基礎(chǔ)方量小，總計(jì)僅1．5 m3，約為自立式鐵塔的10％左右，基坑開(kāi)挖余土少，解決了余土堆放問(wèn)題，省去了擋土墻，即節(jié)約了投資，又使得線(xiàn)路施工對(duì)環(huán)境的影響降到最低。
通過(guò)表1、表2的桿塔本體經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果可以看出，在同等使用條件下，一基ZH3拉門(mén)塔的投資約為自立式鐵塔的60％。
因此，在山區(qū)送電線(xiàn)路工程中大力推廣使用拉門(mén)塔，不但具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，還有著很大的社會(huì)效益。
2．4加工安裝方便
ZH3拉門(mén)塔采用分件加工運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)組裝，加工安裝方便。從施工反饋的信息得知，與自立式鐵塔比較，ZH3拉門(mén)塔還有以下優(yōu)點(diǎn)：
a．省去了塔位平降基工序；
b．桿塔基礎(chǔ)施工方便，基礎(chǔ)開(kāi)挖量及混凝土澆注量小，減少了運(yùn)輸量和施工量，縮短了施工時(shí)間；
c．桿塔組立方便，施工安裝一基自立式鐵塔需要4．5 d時(shí)間，而安裝一基ZH3拉門(mén)塔只需要2
d.這些都說(shuō)明了ZH3拉門(mén)塔在方便施工，加快工程進(jìn)度方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
3 結(jié)論
在ZH3拉門(mén)塔的設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)使用條件、塔頭尺寸的確定，對(duì)塔型選擇的優(yōu)化，對(duì)結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化，選擇了一個(gè)較優(yōu)的方案，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用，使得整塔鋼材指標(biāo)先進(jìn)，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。在寧遠(yuǎn)～曲河220 kV送電線(xiàn)路工程中，全線(xiàn)共計(jì)采用ZH3拉門(mén)塔15基，節(jié)約投資約50萬(wàn)元，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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