220 kV双回输电线路钢管杆设计档距及安全系数取值分析

金 涛，王 冲 ，底尚尚

(1.河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031；2.北方工程设计研究院有限公司，石家庄 050011)

220 kV双回输电线路钢管杆设计档距及安全系数取值分析

金 涛1，王 冲2，底尚尚1

(1.河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031；2.北方工程设计研究院有限公司，石家庄 050011)

介绍架空输电线路钢管杆水平档距和安全系数的取值原则，对河北省南部电网某220 kV双回架空输电线路钢管杆不同安全系数和设计档距组合计算结果进行对比分析，认为水平档距250 m、导线安全系数为6时工程最经济，并提出设计档距及安全系数的建议。

输电线路；钢管杆；水平档距；安全系数

1 概述

随着我国社会经济的高速发展，城市用电负荷逐步增大，高压输电线路进入城市已成为发展趋势。目前城区采用的输电线路有2种：一种是电力电缆，采用特殊加工制造而成的电缆线，埋设于地下或敷设在电缆隧道中；另一种是最常见的架空线路，通过立于地面的杆塔作为支持物，将导线用绝缘子悬架于杆塔上。由于电缆价格较贵，因此，我国目前绝大部分高压输电线路都采用架空线路。钢管杆以其相对于常规角钢铁塔占地面积小、外形美观、结构简单、加工容易、施工方便、附件设计灵活多样、塔材不易被盗的特点，在新城区的高压架空线路中得到了广泛的应用[1]。

架空线路导地线安全系数和设计档距是输电线路钢管杆设计时最重要的2个参数，由于钢管杆承载能力较小，挠度要求高，通常认为宜缩短钢管杆的水平档距，增大导地线安全系数，从而降低单基钢管杆的质量。但水平档距缩短将导致单公里钢管杆基数增多，从而增加钢管杆的基础及征地费用；安全系数提高将增加钢管杆呼高，导致钢管杆质量增加。以下通过河北省南部电网某220 kV双回输电线路工程对不同安全系数和设计档距的组合进行对比分析，找到一个使得工程造价最优的安全系数和设计档距。

2 钢管杆计算取值原则

为比较各种水平档距和安全系数对钢管杆的影响，对钢管杆计算原则统一如下：

a. 垂直档距比水平档距大50 m；

b. 地线安全系数比导线安全系数大2；

c. 钢管杆材质采用Q345；

d. 钢管杆主杆采用12边形，横担采用8边形；

e. 直线杆挠度控制在5‰以内，耐张杆挠度控制在15‰以内；

f. 钢管杆实际使用强度不超过强度设计值的90%；

g. 设计依据为DL/T 5130-2001《架空送电线路钢管杆设计技术规定》及GB 50545-2010《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》[2-3]。

3 线路路径及设计条件

3.1 线路路径

河北省南部电网某220 kV架空输电线路路径见图1，线路全长AF=4.5 km，其中AB=0.05 km，BC=2.0 km，CD=1.0 km，DE=1.4 km，EF=0.05 km。线路共4个耐张杆,B、C、D、E点的转角分别为90°、60°、30°、90°，为简化计算，更符合钢管杆实际设计情况，将D点处耐张钢管杆规划为0°～30°转角杆，B、C、E点耐张钢管杆归并为 60°～90°转角兼终端杆。

图1 220 kV架空输电线路路径

3.2 设计条件

a. 气象条件：基本风速v=27 m/s，覆冰厚度b=5 mm，最低温度t=-20 ℃

b. 电压等级为220 kV，导线型号为2×JL/G1A-400/35，地线型号为JLB40-185。

4 钢管杆计算结果分析

影响钢管杆质量的2个主要因素分别为水平档距和安全系数。根据计算原则和经验，对钢管杆设计水平档距分别取150 m、200 m、250 m，导线安全系数分别取4 、6、8、10进行组合，所有钢管杆都尽可能满档距使用，首先根据线路路径，确定钢管杆类型，经过排位确定各种钢管杆的基数及呼高，然后根据规范及计算原则对钢管杆进行设计计算，得出不同组合条件下不同类型钢管杆的质量，最后对数据进行统计得出整条线路在不同安全系数、不同水平档距组合情况下的钢杆质量，见表1。

由表1数据可以看出，钢管杆的质量不仅与设计的安全系数有关，同时也与设计档距有关。根据表1统计数据，作直线杆质量-安全系数曲线，见图2，耐张杆质量-安全系数曲线，见图3，钢杆总质量-安全系数曲线，见图4。

图2 直线杆质量-安全系数曲线

图3 耐张杆质量-安全系数曲线

图4 钢杆总质量-安全系数曲线

从表l和图2可以看出，当安全系数一定的情况下，水平档距L=150 m时，直线杆质量最大，这是因为水平档距缩小，直线钢杆的基数大大增加。当水平档距一定的情况下，安全系数增加后，相应呼高增加，水平档距L=250 m、安全系数K=6时，直线杆质量最小。

从表1和图3可以看出，当安全系数一定情况下，水平档距L=250 m时耐张杆质量最大，这是因为耐张杆基数是固定的，水平档距越大，荷载越大，呼高越高，耐张杆质量越大。

表1 钢管杆数据统计表计算结果

当水平档距一定的情况下，安全系数增加后，相应呼高增加，水平档距L=150 m或200 m、安全系数K=6时，耐张杆质量最小。若假设呼高相同，则安全系数越大，耐张杆质量越小。 从表1和图4可以看出，钢杆质量在相同水平档距L=150 m、安全系数分别为4、6、8、10时，钢杆总质量分别为239.029 t、219.907 t、211.161 t、200.042 t，呈递减的趋势；直线杆质量相差较小，耐张杆总质量则呈明显递减趋势，分别为83.32 t、61.066 t、52.32 t、51.11 t。这是因为直线钢杆主要受档距控制，横担方向的水平风荷载对钢杆影响较大。档距较小时，钢杆受力较小，因此直线钢杆的质量增量不明显。而耐张钢杆主要受导地线张力控制，安全系数越大，受力越小，钢杆越轻。而当水平档距L=200 m或250 m时，则呈现钢杆总质量波动不定的现象，且均为安全系数K=6时，钢管杆总质量最小。

在相同的安全系数下，随着钢杆基数的减少，钢杆总质量并不是相应递减，例如表1中，杆塔数分别为31基、23基、19基，但钢杆总质量却分别是200.042 t、219.544 t、232.530 t。这是因为在相同安全系数下，设计档距变大，虽然钢杆基数减少了，但弧垂增大，必然引起钢杆呼高增加，且弧垂增加的速度比钢杆升高要快。由此可见，不一定增大水平档距，就可以减少钢杆总质量。

5 经济性比较

从表1钢管杆数据统计表可以看出当水平档距L=200 m、导线安全系数K=6时，钢杆总质量最小。但工程造价要综合考虑上部钢杆本体、下部基础及征地等费用，现按照钢杆本体0.9万元/t，直线钢杆基础材料及施工费用5.25万元/基，0°～30°耐张钢杆基础材料及施工费用13.5万元/基，60°～90°耐张钢杆基础材料及施工费用37.5万元/基，征地费用0.5万元/基，从表1中选出钢杆总质量较小的5组进行经济性对比分析，见表2。

表2 钢管杆经济性比较

通过表2比较可以看出，该工程在水平档距L=250 m、导线安全系数K=6时，工程总造价最优。

6 结论及建议

通过上述比较分析可知，该工程在水平档距L=250 m、导线安全系数K=6时，工程总造价最优。由于以上分析及结论只是针对该条220 kV双回钢管杆的输电线路，且只对安全系数为4、6、8、10，水平档距为150 m、200 m、250 m几种情况进行了组合统计分析，具体工程设计中应该结合实际工程地形地貌、跨越物、污区等级、业主及规划要求等诸多因素，通过比较找到适合的设计档距和安全系数，才能使钢管杆输电线路造价经济合理，运行安全可靠。

[1] 王小松，黄林存，110 kV双回钢管杆合理的设计条件[M].天津电力技术,2009(2)：14-18.

[2] DL/T 5130-2001，架空送电线路钢管杆设计技术规定[S].

[3] GB 50545-2010，110 kV～750 kV架空输电线路设计规范[S].

本文责任编辑：王洪娟

Analysis on 220 kV Double Circuit Transmission Line Steel Tube Pole Span and Safety Factor Value

This paper introduces the circuit transmission line steel tube pole span and safety factor value principle, according to comparison analysis on composition calculation result of the different safety factor and design pole span steel pipe of southern Hebei province power grid 220 kV double circuit transmission line rod,considers that the project is the most economic when the horizontal span is from 250 m,wire safety coefficient is 6,puts forward the design span and safety factor coefficient suggestions.

power transmission line；steel tube pole； span；safety factor

2013-06-01

金 涛(1982-), 男，工程师，主要从事输电线路结构设计工作。

TM752

B

1001-9898(2014)01-0046-03