1、 酒泉 -湖南 800kV 特高压线路导线垂直排列输电塔的 选型及优化 李琳 1， 张哲鑫 2 赵峥 1， 施菁华 2，赵江涛 3 (1. 华东电力设计院有限公司 , 上海 市 邮政编码 200063； 2.华北电力设计院有限公司 ， 北京市 ； 3.国家电网公司 北京市 邮政编码 100120) 摘要 : 酒泉 -湖南 800kV 特高压线路 工程沿线局部地区走廊较为紧张， 存在有多条特高压线路平行于同一线路走廊内的情况。 本文从线路使用条件入手，根据 ANSYS 有限元 分析结构塔型动力特性和受力特点，得到一种导线垂直排列的塔型，并与常规 F 塔进行了技术经济比较 。结 果表明，该塔型 就
2、是最大限度地压缩走廊宽度，减少民房和工厂的拆迁，对工程的顺利实施和降低工程造价有重大的现实意义。 关键词 : 特高压 ; 走廊拥挤 ; 导线垂直排列 ; ANSYS 分析 ；关键技术 。 Seletion and optimization of tower with vertical aligned cables used in Jiuquan-Hunan 800kV transmission line Li Lin1, Zhang Zhexin2, Zhao ZHENG1, Shi Jinghua2, Zhao Jiangtao3 (1. East China Electric Power
3、Design Institute CO. LTD, City Code 200063; 2. North China Power Engineering CO. LTD; 3.China State Grid Corp, City Code 100120 ) ABSTRACT: Part of the line corridor of Jiuquan-Hunan 800kV transmission project is limited by local area, and there are several UHV transmission lines parallel with it. T
4、his paper based on the applicable condition and FEA analysis, a new type of tower with vertical aligned cables is obtained, and index analysis of its derivative types is conducted. The results showed that the new type of tower needs narrowest corridor width and has great realistic meaning. KEY WORDS
5、: UHV; limited corridor width; vertical aligned cables; FEA analysis; key technology. 0 引言 目前国内外大部分已建双极直 流线路， 两极导线均采用水 平对称布置，其优点是杆塔结构布置简单、线路本体造价低、运行经验成熟；但其占用的走廊较宽，走廊拥挤地段拆迁量较大。由于本工程沿线局部地区走廊较为紧张，且存在有多条特高压线路平行于同一线路走廊内的情况，若采用常规方式建设，势必引起大量拆迁。 采用 导线垂直排列的 输电塔 可最大限度地压缩走廊宽度，减少民房和工厂的拆迁，对工程的顺利实 施和降低工程造价有重大的现实意
6、义，但目前在工程中还没有应用经验 。 本文将根据有限元计算和指标分析，研究该塔型的关键技术。 1 导线垂直排列输电塔设计技术特点 1.1 酒杯塔设计条件 本次酒 杯塔设计条件： V 30m/s， b10mm，平丘， H1500m， 6 JL1/G3A-1250/70导线。 图 1 导线垂直排列塔单线图 Fig. 1 Single line figure of tower with vertical aligned cables 1.2 铁塔动力特性分析 为保证铁塔安全性，需研究其前 3 阶模态以了解铁塔变形方式。 1表 1 为该塔模态分析结果。 表 1 酒杯塔模态分析表 Tab.1 Modal
7、 analysis of the tower 阶数 频率 / Hz 周期 / s 振 型 1 0.913 1.095 顺线路 2 1.020 0.980 横线路 3 1.672 0.598 扭转 铁塔前 3 阶振型见图 2-图 4。 图 2 铁塔一阶振型 Fig.2 Vibration mode I 图 3 铁塔二阶振型 Fig.3 Vibration mode II 图 4 铁塔三阶振型 Fig.4 Vibration mode III 从表 1 和图 2-图 4 可以看出，导线垂直排列 塔的一阶和二阶振型分别为 Y向的弯曲和 X 向的弯曲，即分别为顺线路和垂直线路的弯曲振型，振型频率 较接
8、近，相差 10%左右。同样二者频率很接近说明该塔型在垂直线路和顺线路方向的刚度差异不大。 2 酒杯塔的三阶振型出现在 Y 向与 X 向一阶弯曲振型之后，为绕 Z 向的扭转阵型，其扭转频率与一阶频率比值为 1.84，扭转振型相对于弯曲振型来说属于高频范围。随后的几阶频率是整塔的 X 向与 Y 向二阶振型及扭转二阶振型，塔腿隔面局部振型出现在整体二阶阵型之后，一般而言设计可不考虑。 2 酒杯塔与类似功能塔型对比 现有的 F 型塔和 本文的 酒杯塔 ，在同等使用条件下进行了试算和分析，二者与常规塔的塔重比较详见 表 2： 表 2 塔重比较表 Tab.2 Comparison of tower wei
9、ght 45m 呼高 常规塔 F 型直线塔 酒杯塔 塔重（ t） 54.11 88.41 83.42 塔重比列 1 1.63 1.54 由上表可看出，在同等使用条件下， F型塔和酒杯塔塔重均有较大幅度的增加，主要原因是 塔为垂直排列，全高比常规的直线塔高，加上不对称的受力结构，导致垂直排列的直线塔塔材指标比水平排列的直线塔要大；而导线垂直排列酒杯塔类似于以往的紧凑型，极导线上下排列布置在同一封闭塔窗内，塔窗的尺寸较以往增大较多，整塔较高，导致塔重比常规塔 重，但是 F 型塔和酒杯塔可节省线路走廊的优势是常规塔无法比拟的。 3 就 F 塔和酒杯塔二者相比，同样可以节省走廊宽度，但酒杯塔是对称结构
10、，受力更合理，塔重指标更优，所以本工程推荐在走廊拥挤地段采用导线垂直排列的酒杯塔。 3 酒杯塔的 塔型优化 考虑到施工 、运维 的因素 ， 原有酒杯塔存在问题： 施工时， 在上向起吊完成后 需拉住导线向一次偏移 才能进行下向的起吊施工 ，增加了施工的难度； 由于塔窗较宽约20m，下向导线检修困难。因此 在原有 酒杯塔 基础上，进行了添加中横担方案的 方案 。并且 为 优化地线支架的传力路径，采用了直接将地线支架沿曲臂主材向上延伸的方式。添加中横担 后 ，为满足导线垂直间隙 ，塔窗高度较无横档方案增加了 2.5m。 详见下图： 图 6 中横担方案（左）和酒杯塔原方案（右） Fig.6 Beam
11、plan(left one) and original plan(right one) 为了更合理的利用杆塔空间，最大限度的压缩塔窗尺寸，对中横担上平面主斜材做倾斜布置，下平面水平布置，即方便了施工安装和运行维护，也优化了塔窗尺寸。对比原方案，酒杯塔添加中横担后全高由 70.1变为 71.5m，仅增高 1.4m，塔重比较详见下表： 表 4 塔重比较 Tab.4 Comparison of tower weight 45m 呼高 原 酒杯 塔 酒杯 塔(中横担 ) F型塔 塔重（ t） 83.42 85.13 88.41 塔重比列 1 1.02 1.06 两个方案相比，增加中横担后塔全高增加，其
12、他如塔身、上曲臂、上横担和地线横担的尺寸均不变。尽管添加中横担后，杆件数量有所增加，但是上曲臂和上横担杆件规格都小于原酒杯塔方案，显然中横担的增加分担了下导线的荷载。原方案中上下导线荷载均传力到通长曲臂和上横担，导致 通长曲臂和上横担的主材规格较大，增加中横担后，整体受力分布更均匀。 4 施工运维调研 为了更全面的研究以往工程未使用过的导线垂直排列酒杯塔，我们对施工和运行单位进行了调研， 将收集到的意见 小结如下 ： （ 1） 意见 A： 对于组塔，要求抱杆在塔身内的长度不得小于抱杆全长的三分之二，而本次酒杯塔开窗和塔身部分长度接近1:1，对抱杆组塔的要求进一步提高； 对于架线，导线采用上下布
13、置，酒杯塔上下两极间距离 16 米左右，在架线时，必须先架设上边一极，并且此时不得进行另外一极的引绳升空工作（与常规塔不同）；架线完成后必须立即紧线 ，以防止在展放另外一极导线时摩擦损伤导线。在延长了施工时间的同时，对张力控制的技术要求进一步提高；同等条件下架线时间比水平排列塔增加1/3，费用增大。与 F 型直线塔相比，酒杯塔更难实现架线。 （ 2） 意见 B： 酒杯型塔导线排列方式与交流工程酒杯型塔类似，只是 2 相线都位于塔身内，可按常规施工工艺流程进行架线施工，初级导引绳的展放较常规塔型展放稍复杂，可顺利实现架线；下相附件安装相比上相附件安装，在导线提线施工环节较为复杂，由于酒杯型塔头开
14、窗大且高，需加长提线器辅助工具。考虑到风偏、架线高度以及稳定性，施工中必须采取 措施对上相导线进行保护，否则施工工器具对上相导线会对导线磨损，施工单位在施工工器具的布置方面需特别注意； 与 F 型直线塔相比，酒杯型塔架线施工相对复杂，需在塔窗内完成，但施工工艺流程一致；施工单位自有机械基本能满足施工需要，但仍需考虑附件安装施工中增加部分机械的可能，相应增加部分机械费及人工费等。 （ 3）小结： 运行单位与施工单位意见大体一 致，即按目前一个整体塔窗方案实施的话，对施工安装及未来运行检修会有一定考验。在塔窗中间添加中横担 的方案 更利于下导线的安装和运行维护。 5 结论和展望 导线垂直排列的酒杯
15、塔，与 F 塔的最大功能一样， 最大限度地压缩走廊宽度，减少民 房和工厂的拆迁： （ 1） 杯塔虽然本体费用较高，但是在经济发达、走廊拥挤地区使用，可最大限度地压缩走廊宽度，减少拆迁量，总体造价可有效降低，具有显著的经济效益及社会效益。 （ 2） 酒杯塔的三阶振型出现在 Y 向与 X向一阶弯曲振型之后，为绕 Z向的扭转阵型，其扭转频率与一阶频率比值为 1.84，扭转振型相对于弯曲振型来说属于高频范围。随后的几阶频率是整塔的 X 向与 Y 向二阶振型及扭转二阶振型，塔腿隔面局部振型出现在整体二阶阵型之后，一般而言设计可不考虑。 （ 3）加入中间横担后 可 更合理的利用杆塔空间，最大限度的压缩塔窗
16、尺寸， 对中横担上平面主斜材的 倾斜布置 。 增加中横担方案后，酒杯塔塔重仅增加 2%，仍小于 F型塔方案 。 （ 5） 鉴于 酒杯塔之前尚无工程应用 ,建议在铁塔完成架线以及承载 3 个月后 ,对铁塔挠度进行监测 , 以验证与设计及试验结果是否吻合。 参考文献 ： 1DL /T 5154 2012 架空输电线路杆塔结构设计技术规定 S .北京 :中国电力出版社 ,2012. 2GB 50011 2010 建筑抗震设计规范 S .北京 : 中国建筑工业出版社 ,2010. 3GB 50790-2013 800kV直流架空输电线路设计规范 S .北京 : 中国计划出版社 ,2013 作者简介 ： 李琳 ， 男 ， ， 工程师 ，研究方向 为 输电线路结构 。 张哲鑫，男，工程师，研究方向 为 输电线路结构。 赵峥，男，高级工程师，研究方向为输电线路结构。 施菁华，女，高级工程师，研究方向为输电线路结构。 赵江涛，男，高级工程师， 研究方向为输电线路。 联系方式 ： 通信地址： 上海市黄浦区河南中路 99 号 ， 邮政编码 200001， 华东电力设计院有限公司 ， 李琳 ，联系电话 13636655347， E-mail： 。
