引言

高壓輸電線路是電能輸送的載體,是重要的生命線工程。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)規(guī)模的逐年擴(kuò)大,輸電通道資源日益緊張,采用常規(guī)的角鋼塔已難以滿足通道寬度要求。輸電線路窄基塔具有占地小、外形美觀、便于運(yùn)輸組裝等優(yōu)點(diǎn),能解決目前輸電線路走廊占地與城市規(guī)劃的矛盾。輸電線路窄基塔與城區(qū)規(guī)劃綠化帶相結(jié)合,落實(shí)線路路徑,能解決目前城區(qū)建設(shè)高壓輸電線路走廊和鐵塔占地與城市規(guī)劃矛盾的問題。當(dāng)前國(guó)家電網(wǎng)公司通用設(shè)計(jì)中的窄基塔模塊數(shù)量較少,通用性有限,因此,結(jié)合工程實(shí)際情況開展窄基桿塔、基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì),充分發(fā)揮窄基塔在通道緊張地區(qū)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步深化窄基塔的應(yīng)用,在保證特高壓輸電技術(shù)可靠性的前提下,對(duì)于降低工程造價(jià)指標(biāo)具有重要意義。

為提高工程前期桿塔選型的科學(xué)性,降低工程造價(jià),本文采用現(xiàn)行的電力建設(shè)工程計(jì)算規(guī)定和定額,從造價(jià)角度對(duì)角鋼塔、鋼管桿與窄基鋼管塔3種輸電塔的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了差異化分析。與普通角鋼塔相比,窄基鋼管塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形美觀,與城市環(huán)境更加協(xié)調(diào):與鋼管桿相比,窄基鋼管塔更通透,經(jīng)濟(jì)性更好。本文針對(duì)線路路徑特點(diǎn),對(duì)單公里一個(gè)耐張段內(nèi)桿塔、基礎(chǔ),分別采用窄基角鋼塔、窄基鋼管塔和鋼管桿的不同方案,導(dǎo)線安全系數(shù)取K=2.5～8,設(shè)計(jì)檔距150～550m,進(jìn)行造價(jià)分析,選擇窄基桿塔最經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)地線安全系數(shù)和桿塔型式。

1工程概況

本工程為110kV雙回線路,位于公路邊綠化帶內(nèi)的通道緊張地區(qū),綠化帶寬度為4m,全線采用窄基桿塔架空方案。全線路徑長(zhǎng)5km,其中每公里均為1個(gè)耐張段,線路地區(qū)地勢(shì)平坦,存在兩處交叉跨越,一處跨越110kV線路,另一處下穿220kV線路。導(dǎo)線型號(hào)為2×JL/G1A-300/25,地線型號(hào)為JLB20A-100。

線路位于公路邊綠化帶內(nèi),綠化帶寬度4m:綠化帶樹木自然生長(zhǎng)高度取10m（除穿越220kV線路檔考慮砍伐樹木外,其他檔樹木均按照高跨考慮）。通道內(nèi)地面高程均按照0m考慮。起止點(diǎn)塔型按照1型耐張塔考慮。

絕緣裝置中,懸垂串和跳線串均采用70kN級(jí)FxBw1-110/70型復(fù)合絕緣子:耐張串采用雙聯(lián)9片120kN級(jí)雙傘形防污型瓷質(zhì)絕緣子U120BP/146D。

2比選方案

2.1導(dǎo)線安全系數(shù)的設(shè)定

導(dǎo)線安全系數(shù)越小,走廊拆遷費(fèi)用越少,塔重增多:導(dǎo)線安全系數(shù)越大,走廊拆遷費(fèi)用越多,塔重減小。根據(jù)不用安全系數(shù)對(duì)典型直線塔和耐張塔進(jìn)行計(jì)算,選取合適的導(dǎo)地線安全系數(shù)。規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)=拉斷力/運(yùn)行張力,《110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50545一2010）5.0.7條規(guī)定:導(dǎo)、地線在弧垂最低點(diǎn)的安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5。目前,我國(guó)國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)規(guī)劃所有110kV桿塔模塊中,角鋼塔導(dǎo)線安全系數(shù)通常為2.5,鋼管桿導(dǎo)線安全系數(shù)通常為8.0。

當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)較小時(shí),導(dǎo)線弧垂較小,可以使用呼高較小的塔,但與此同時(shí),導(dǎo)線運(yùn)行張力較大,使得耐張塔增重明顯。當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)較小時(shí),相同檔距下導(dǎo)線弧垂較大,為了滿足安全距離要求,需要使用呼高較大的塔,或減小使用檔距,這也是通常鋼管桿規(guī)劃安全系數(shù)大、檔距小的原因。使用較小的檔距,也意味著使用更多的桿塔,這無疑會(huì)增加工程造價(jià)。因此,需要對(duì)不同導(dǎo)線安全系數(shù)下的架線立塔方案進(jìn)行比選,本文對(duì)導(dǎo)線安全系數(shù)K=2.5～8(步長(zhǎng)=0.5）下的12種排塔方案進(jìn)行比較,以得到適用于窄基桿塔的最優(yōu)安全系數(shù)。

2.2地線安全系數(shù)的設(shè)定

規(guī)范規(guī)定了地線設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于導(dǎo)線的安全系數(shù)。在工程設(shè)計(jì)中不僅需要根據(jù)地線拉斷力選取,還應(yīng)保證與導(dǎo)線弧垂相協(xié)調(diào),本次比選方案的導(dǎo)地線安全系數(shù)配合方案如表1所示。

2.3檔距的設(shè)定

根據(jù)邊界條件中給出的通道平面圖,該路徑一共有5km,每公里均為一個(gè)耐張段,針對(duì)這一特點(diǎn),不考慮交叉跨越的情況下,對(duì)1km線路的安全系數(shù)和檔距進(jìn)行分析,不僅可以節(jié)約大量工作,也能較為準(zhǔn)確的得出整條線路結(jié)果。因此,對(duì)1km長(zhǎng)度下一個(gè)耐張段提出2～7檔線的6種立塔方案,根據(jù)此方法,規(guī)劃桿塔使用檔距如表2所示,在滿足綠化帶樹木自然生長(zhǎng)高度取10m的安全距離條件下,進(jìn)行排塔位工作。

2.4桿塔型式

目前,在110kV雙回路窄基輸電線路桿塔設(shè)計(jì)中,主要分為三種桿塔型式:窄基角鋼塔、窄基鋼管塔和鋼管桿。

窄基角鋼塔,塔材均為角鋼材料,采購(gòu)容易,具有大規(guī)模生產(chǎn)、單件重量較輕等突出優(yōu)勢(shì),應(yīng)用廣泛,窄基鐵塔屬于空間析架結(jié)構(gòu)。

窄基鋼管塔,只有塔身主材為鋼管,其余均為角鋼材料,相比窄基角鋼塔,焊接量大,主材采用法蘭連接,桿件承載力,塔身?xiàng)U件更加通透,外形更加美觀,窄基鋼管塔也屬于空間析架結(jié)構(gòu),適用于荷載較大的窄基塔。

鋼管桿,鋼管桿結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)潔,塔頭尺寸小,占地面積小,施工安裝周期短,構(gòu)件單重較大,對(duì)交通運(yùn)輸要求高,通常在城區(qū)廣泛使用,整體造價(jià)偏高,鋼管類似于懸臂結(jié)構(gòu),桿頂位移大,桿件主要受彎矩控制。

2.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

本工程導(dǎo)線安全系數(shù)為6,地線安全系數(shù)為8.5,設(shè)計(jì)水平檔距350m進(jìn)行窄基塔的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。根據(jù)上述情況,選擇分別對(duì)窄基角鋼塔、窄基鋼管塔和鋼管桿,不同安全系數(shù)和檔距下的塔重、基礎(chǔ)工程量進(jìn)行分析,得到各方案造價(jià),該造價(jià)僅包含桿塔、基礎(chǔ)和絕緣本體費(fèi)用。其中,窄基角鋼塔單價(jià)取6760元/t,窄基鋼管塔單價(jià)取7800元/t,鋼管桿單價(jià)取6604元/t,基礎(chǔ)單價(jià)取2200元/m3,直線塔絕緣費(fèi)用取1.6萬元/基(按雙串計(jì)費(fèi)）,轉(zhuǎn)角塔絕緣費(fèi)用取6.2萬元/基。

比選排塔安全系數(shù)≥3.5的兩檔線方案中,直線塔高度超過了45m,且與轉(zhuǎn)角塔高差超過了15m,這對(duì)于地勢(shì)平坦的城區(qū)來說,這樣的排塔位結(jié)果顯然是不合理的,考慮到城區(qū)線路的美觀性,將直線與轉(zhuǎn)角塔高差≥15m的方案全部舍棄。

3經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選

3.1比選結(jié)果

圖1～圖3分別反映了不同水平檔距下窄基角鋼塔、窄基鋼管塔與鋼管桿的造價(jià)曲線。在安全系數(shù)保持不變時(shí),工程造價(jià)呈曲線趨勢(shì)變化,從圖中可以看出工程造價(jià)先減小,然后開始增大。

3.2結(jié)論分析

對(duì)于方案A和方案B,當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)K≤6時(shí),檔距為350m造價(jià)最低:當(dāng)K>6時(shí),檔距為270m造價(jià)最低:對(duì)于方案C,當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)K≤3.5時(shí),檔距為350m造價(jià)最低,當(dāng)3.5<K≤7時(shí),檔距為270m造價(jià)最低,當(dāng)K>7時(shí),檔距為180m造價(jià)最低,單公里2檔線方案,設(shè)計(jì)檔距550m,雖然桿塔和基礎(chǔ)數(shù)量最少,但是造價(jià)偏高,不適用。對(duì)于方案A和方案B,當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)K=6時(shí),檔距為350m造價(jià)最低,是最經(jīng)濟(jì)的。

對(duì)于方案C,當(dāng)導(dǎo)線安全系數(shù)K=7時(shí),檔距為350m造價(jià)最低,是最經(jīng)濟(jì)的。

對(duì)比各塔型最優(yōu)方案,方案A窄基角鋼塔造價(jià)最低,方案B窄基鋼管塔造價(jià)次之,方案C鋼管桿造價(jià)最高。因此,本工程導(dǎo)線安全系數(shù)為6,地線安全系數(shù)為8.5,按水平檔距350m進(jìn)行窄基塔的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

4導(dǎo)地線布置設(shè)計(jì)理論

《ll0～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于塔頭布置采用的水平線間距離、垂直線間距離、地線保護(hù)等做出了詳細(xì)規(guī)定:

(1）導(dǎo)線水平排列時(shí),鄰相導(dǎo)線間的水平線間距離為:

式中,D為導(dǎo)線水平線間距離:A為懸垂串長(zhǎng):U為輸電線路標(biāo)稱電壓:K為系數(shù),檔距1000m以內(nèi)取0.65:k為懸垂絕緣子串系數(shù),具體如表3所示:fmax為桿塔線距所允許的最大弧垂。

導(dǎo)線垂直排列的垂直線間距離,宜采用水平線間距離計(jì)算結(jié)果的75%。使用懸垂絕緣子串的最小垂直線間距離宜符合表4的規(guī)定。

(3）同塔雙回路,不同回路的相導(dǎo)線間水平或垂直距離應(yīng)比上述要求增加0.5m。

(4）桿塔上兩根地線之間的距離,不宜超過地線與導(dǎo)線間垂直距離的5倍。在一般檔距的檔距中央,導(dǎo)線與地線間的距離,應(yīng)按下式計(jì)算:

式中,s為導(dǎo)線和地線間的距離:L為檔距。

(5）對(duì)于同塔雙回路,110kV及以上線路的雙地線保護(hù)角不宜大于100。

5結(jié)論

(1）窄基塔結(jié)構(gòu)合理、安全可靠,提高了輸電線路的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值,在今后的城郊線路中應(yīng)推廣應(yīng)用。

(2）本線路采用窄基角鋼塔和鋼管塔時(shí),導(dǎo)線安全系數(shù)取6.0,地線安全系數(shù)取8.5,檔距為350m時(shí)最經(jīng)濟(jì):采用鋼管桿時(shí)安全系數(shù)取6.0,地線安全系數(shù)取8.5,檔距為270m時(shí)最經(jīng)濟(jì)。

(3）經(jīng)過不同塔型方案的造價(jià)比較分析,窄基角鋼塔方案造價(jià)最低,窄基鋼管塔方案造價(jià)次之,鋼管桿方案造價(jià)最高