断线工况对输电铁塔重量的影响

贾国强，武 力

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020)

断线工况对输电铁塔重量的影响

贾国强，武 力

(内蒙古电力勘测设计院，内蒙古 呼和浩特 010020)

对110kV单回路输电线路铁塔进行结构设计时，为了弄清楚断线工况对铁塔重量的影响程度以及断线工况所控制的杆件位置及类型，首次计算并未考虑断线工况对铁塔的影响，并得到了满应力计算结果。第二次计算时，通过追加断线工况荷载，验算了首次满应力计算结果，并得到了断线工况所控制的杆件位置及类型。对比两次计算最终结果，得到了断线工况对铁塔重量的影响程度。

断线工况； 斜材； 主材； 铁塔重量。

1 概述

输电线路断线事故属于小概率事件，但一旦发生，轻者造成供电中断，重者发生倒塔、线路瘫痪，其造成的破坏不容小视。断线情况的起因多表现为自然灾害、线路自身缺陷和安装不合格等因素。在进行输电线路铁塔结构设计时，断线工况为铁塔设计的一种重要工况，通常会控制较多杆件的选材。2010年7月1日实施的《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545－2010也将断线情况的荷载取值进行了提高。按照新规程的设计要求，本文针对我院设计的110kV铁塔的四种转角塔和三种直线塔分别进行了断线工况下的计算，并进行了分析研究。

2 铁塔设计条件

1 1 0 k V单回路系列铁塔，设计风速28m/s(10m高)，覆冰厚度为10mm，最低气温－40℃。导线采用1XLGJ－240/30型号，地线采用GJ－80型号。4个转角塔最大呼高均为24m，水平档距450m，转角度数分别按0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～90°设计，其中JG4同时兼做终端塔。ZM1最大呼高24m，水平档距350m；ZM2最大呼高27m，水平档距500m；ZB1最大呼高24m，水平档距450m；导线安全系数取2.5，地线安全系数取3.0。

3 铁塔计算分析

为了找到断线工况所控制的杆件，首次计算时有意识地将断线工况去掉，得到了铁塔在满足设计要求下的满应力结果，也即此时所计算出的铁塔如果不考虑断线工况的存在，铁塔各项计算是满足设计要求及规程规定的。在进行第二次计算时，用断线工况下的荷载去验算首次计算的结果，得到了受断线工况控制的杆件及满应力结果。

3.1 计算结果

为了弄清楚铁塔受断线工况控制的杆件有哪些，应力情况如何，分别截取两次计算下的铁塔应力图，详见图1和图2，其中图1为不考虑断线工况下的应力图，图2为用断线工况下的荷载验算首次计算结果得到的应力图。图2红色方框示意处为被断线工况控制的杆件，且杆件应力比超过100%。

图1 应力图一

图2 应力图二

通过调整图2超限杆件的规格，使其满足断线工况的计算，最终得到了考虑断线工况后铁塔的重量，将两次计算结果进行比较，得出了在断线工况控制下铁塔重量的增加量，详见表1。

表1 铁塔重量增量对比

3.2 结果分析

从图2可以看出，对转角塔而言，断线工况主要控制的是塔身斜材、腿部斜材和横担主材。除JG1导线横担上部塔身主材受断线工况控制之外，转角塔塔身主材均不受断线工况控制。同时从表1铁塔重量增量可以看出，转角塔主材重量的增加最大为3.28%，最小为0.28%，斜材重量的增加最大为40.62%，最小为17.51%；也即转角塔由断线荷载而引起铁塔重量的增加主要是由于斜材重量增加所引起的。图3为转角塔各呼高由断线工况而引起单基塔重量增加变化情况。

从图3可以看出，随着铁塔高度的增加，铁塔增重逐渐减小，且随着转角塔转角度数的增加，铁塔增重也在减小。

对直线塔而言，从图2可以看出，断线工况主要控制的是塔身、塔头主材、塔身斜材、腿部斜材，且从表1主材增量和斜材增量计算结果对比可知，主材重量增加幅度要大于斜材重量增加幅度。图4为直线塔各呼高由断线工况而引起单基塔重量增加变化情况，对比ZM1和ZM2，可以发现，断线工况对ZM1的影响要大于ZM2，说明档距越小，断线工况对铁塔的影响也越大。从图4还可以看出，ZB1塔受断线的影响要远远大于其他2个直线塔，这主要是因为ZB1塔塔头构造和塔头尺寸比其他2个直线塔大所造成的。

从表1、图3和图4结果来比较断线工况对直线塔和转角塔的影响程度可以发现，断线工况对直线塔的影响程度要比对转角塔的影响程度大，同时从另一方面也说明，在发生断线情况时，直线塔抵抗断线荷载的能力要比转角塔弱。

计算结果还表明，断线荷载无论是对直线塔还是转角塔，对塔身上部的影响要大于下部，这与相关铁塔试验是相符的。

图3 转角塔增重百分比

图4 直线塔增重百分比

4 结论

(1)考虑断线工况后，转角塔单基塔重最大增加了20.48%，最小增加了7.48%；直线塔单基塔重最大增加了34.41%，最小增加了12.4%。断线工况对直线塔的影响要大于对转角塔的影响。

(2)对转角塔，断线工况主要控制的是塔身斜材、腿部斜材和横担主材；对直线塔，断线工况主要控制的是塔身、塔头主材、塔身斜材、腿部斜材。

(3)对转角塔，断线工况引起铁塔重量的增加主要是由铁塔斜材重量增加引起的，而对直线塔，铁塔重量的增加主要是由斜材和主材重量增加共同引起的。

(4)随着塔高的增加，断线工况引起铁塔重量的增加在逐渐减小，也即铁塔重量的增加主要是由铁塔上部杆件变化引起的。

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Effect of Breaking Line Condition on Weight of Transmission Line Iron Tower

JIA Guo-qiang, WU Li
(Inner Mongolia Power Exploration and Design Institute, Huhhot 010020, China)

While doing structure design to 110kV single－circuit transmission tower, in order to make clear how broken wire conditions effect the tower weight and find out controlled rods position and type by broken wire conditions, we don’t consider the influence of broken wire conditions to tower weight for the first calculating and obtain full stress calculation results. When beginning compute for the second time, we add broken wire load, check full stress calculation results of the first calculating, and get controlled rods position and type by broken wire conditions.Contrast twice calculating results, we know that how broken wire conditions effect the tower weight.

broken wire conditions; cross members; main members; tower weight.

TM726

B

1671-9913(2014)03-0064-04

10.13500/j.cnki.11-4908/tk.2014.03.013

2013-05-28

贾国强(1980- )，男，内蒙古呼和浩特市人，硕士研究生，工程师，主要从事输电线路结构设计工作。