110kV双回线路输电塔导地线安全系数及经济档距研究刘江涛胡新瑞

时间：2022-04-21 23:51:10

关键字：输电塔安全系数经济档距

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[导读]摘要:110kV双回线路输电工程在满足相同技术要求的前提下,采用窄基角钢塔、窄基钢管塔与钢管杆3种输电塔方式,针对导线安全系数K=2.5～8,设计档距150～550m的不同设计方案,进行经济性分析和比较。经过各方案比选,研究发现:线路采用窄基角钢塔和钢管塔时,导线安全系数取6.0,地线安全系数取8.5,档距为350m时最经济:采用钢管杆时,安全系数取6.0,地线安全系数取8.5,档距为270m时最经济。

引言

高压输电线路是电能输送的载体,是重要的生命线工程。随着社会经济的快速发展以及国家电网公司智能电网规模的逐年扩大,输电通道资源日益紧张,采用常规的角钢塔已难以满足通道宽度要求。输电线路窄基塔具有占地小、外形美观、便于运输组装等优点,能解决目前输电线路走廊占地与城市规划的矛盾。输电线路窄基塔与城区规划绿化带相结合,落实线路路径,能解决目前城区建设高压输电线路走廊和铁塔占地与城市规划矛盾的问题。当前国家电网公司通用设计中的窄基塔模块数量较少,通用性有限,因此,结合工程实际情况开展窄基杆塔、基础优化设计,充分发挥窄基塔在通道紧张地区的技术经济优势,进一步深化窄基塔的应用,在保证特高压输电技术可靠性的前提下,对于降低工程造价指标具有重要意义。

为提高工程前期杆塔选型的科学性,降低工程造价,本文采用现行的电力建设工程计算规定和定额,从造价角度对角钢塔、钢管杆与窄基钢管塔3种输电塔的技术经济性进行了差异化分析。与普通角钢塔相比,窄基钢管塔结构简单、外形美观,与城市环境更加协调:与钢管杆相比,窄基钢管塔更通透,经济性更好。本文针对线路路径特点,对单公里一个耐张段内杆塔、基础,分别采用窄基角钢塔、窄基钢管塔和钢管杆的不同方案,导线安全系数取K=2.5～8,设计档距150～550m,进行造价分析,选择窄基杆塔最经济的导地线安全系数和杆塔型式。

1工程概况

本工程为110kV双回线路,位于公路边绿化带内的通道紧张地区,绿化带宽度为4m,全线采用窄基杆塔架空方案。全线路径长5km,其中每公里均为1个耐张段,线路地区地势平坦,存在两处交叉跨越,一处跨越110kV线路,另一处下穿220kV线路。导线型号为2×JL/G1A-300/25,地线型号为JLB20A-100。

线路位于公路边绿化带内,绿化带宽度4m:绿化带树木自然生长高度取10m（除穿越220kV线路档考虑砍伐树木外,其他档树木均按照高跨考虑）。通道内地面高程均按照0m考虑。起止点塔型按照1型耐张塔考虑。

绝缘装置中,悬垂串和跳线串均采用70kN级FxBw1-110/70型复合绝缘子:耐张串采用双联9片120kN级双伞形防污型瓷质绝缘子U120BP/146D。

2比选方案

2.1导线安全系数的设定

导线安全系数越小,走廊拆迁费用越少,塔重增多:导线安全系数越大,走廊拆迁费用越多,塔重减小。根据不用安全系数对典型直线塔和耐张塔进行计算,选取合适的导地线安全系数。规范规定安全系数=拉断力/运行张力,《110～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545一2010）5.0.7条规定:导、地线在弧垂最低点的安全系数不应小于2.5。目前,我国国网通用设计规划所有110kV杆塔模块中,角钢塔导线安全系数通常为2.5,钢管杆导线安全系数通常为8.0。

当导线安全系数较小时,导线弧垂较小,可以使用呼高较小的塔,但与此同时,导线运行张力较大,使得耐张塔增重明显。当导线安全系数较小时,相同档距下导线弧垂较大,为了满足安全距离要求,需要使用呼高较大的塔,或减小使用档距,这也是通常钢管杆规划安全系数大、档距小的原因。使用较小的档距,也意味着使用更多的杆塔,这无疑会增加工程造价。因此,需要对不同导线安全系数下的架线立塔方案进行比选,本文对导线安全系数K=2.5～8(步长=0.5）下的12种排塔方案进行比较,以得到适用于窄基杆塔的最优安全系数。

2.2地线安全系数的设定

规范规定了地线设计安全系数不应小于导线的安全系数。在工程设计中不仅需要根据地线拉断力选取,还应保证与导线弧垂相协调,本次比选方案的导地线安全系数配合方案如表1所示。

2.3档距的设定

根据边界条件中给出的通道平面图,该路径一共有5km,每公里均为一个耐张段,针对这一特点,不考虑交叉跨越的情况下,对1km线路的安全系数和档距进行分析,不仅可以节约大量工作,也能较为准确的得出整条线路结果。因此,对1km长度下一个耐张段提出2～7档线的6种立塔方案,根据此方法,规划杆塔使用档距如表2所示,在满足绿化带树木自然生长高度取10m的安全距离条件下,进行排塔位工作。

2.4杆塔型式

目前,在110kV双回路窄基输电线路杆塔设计中,主要分为三种杆塔型式:窄基角钢塔、窄基钢管塔和钢管杆。

窄基角钢塔,塔材均为角钢材料,采购容易,具有大规模生产、单件重量较轻等突出优势,应用广泛,窄基铁塔属于空间析架结构。

窄基钢管塔,只有塔身主材为钢管,其余均为角钢材料,相比窄基角钢塔,焊接量大,主材采用法兰连接,杆件承载力,塔身杆件更加通透,外形更加美观,窄基钢管塔也属于空间析架结构,适用于荷载较大的窄基塔。

钢管杆,钢管杆结构形式简洁,塔头尺寸小,占地面积小,施工安装周期短,构件单重较大,对交通运输要求高,通常在城区广泛使用,整体造价偏高,钢管类似于悬臂结构,杆顶位移大,杆件主要受弯矩控制。

2.5技术经济指标分析

本工程导线安全系数为6,地线安全系数为8.5,设计水平档距350m进行窄基塔的规划与设计。根据上述情况,选择分别对窄基角钢塔、窄基钢管塔和钢管杆,不同安全系数和档距下的塔重、基础工程量进行分析,得到各方案造价,该造价仅包含杆塔、基础和绝缘本体费用。其中,窄基角钢塔单价取6760元/t,窄基钢管塔单价取7800元/t,钢管杆单价取6604元/t,基础单价取2200元/m3,直线塔绝缘费用取1.6万元/基(按双串计费）,转角塔绝缘费用取6.2万元/基。

比选排塔安全系数≥3.5的两档线方案中,直线塔高度超过了45m,且与转角塔高差超过了15m,这对于地势平坦的城区来说,这样的排塔位结果显然是不合理的,考虑到城区线路的美观性,将直线与转角塔高差≥15m的方案全部舍弃。

3经济指标比选

3.1比选结果

图1～图3分别反映了不同水平档距下窄基角钢塔、窄基钢管塔与钢管杆的造价曲线。在安全系数保持不变时,工程造价呈曲线趋势变化,从图中可以看出工程造价先减小,然后开始增大。

3.2结论分析

对于方案A和方案B,当导线安全系数K≤6时,档距为350m造价最低:当K>6时,档距为270m造价最低:对于方案C,当导线安全系数K≤3.5时,档距为350m造价最低,当3.5<K≤7时,档距为270m造价最低,当K>7时,档距为180m造价最低,单公里2档线方案,设计档距550m,虽然杆塔和基础数量最少,但是造价偏高,不适用。对于方案A和方案B,当导线安全系数K=6时,档距为350m造价最低,是最经济的。

对于方案C,当导线安全系数K=7时,档距为350m造价最低,是最经济的。

对比各塔型最优方案,方案A窄基角钢塔造价最低,方案B窄基钢管塔造价次之,方案C钢管杆造价最高。因此,本工程导线安全系数为6,地线安全系数为8.5,按水平档距350m进行窄基塔的规划与设计。

4导地线布置设计理论

《ll0～750kV架空输电线路设计规范》中对于塔头布置采用的水平线间距离、垂直线间距离、地线保护等做出了详细规定:

(1）导线水平排列时,邻相导线间的水平线间距离为: