110kV输电线路杆塔结构的改进设计

郑春生

（胜利油田电力管理总公司，山东　东营　257000）



110kV输电线路杆塔结构的改进设计

郑春生

（胜利油田电力管理总公司，山东东营257000）

〔摘 要〕针对110kV输电线路导线对地安全距离不足，易造成线路事故并严重威胁人身安全的问题，提出了采用“2只复合横担+4只复合绝缘子”的组合型式对线路杆塔结构进行改进设计；通过现场实际应用，取得良好的效果，最后对杆塔新结构提出了进一步的改进措施。

〔关键词〕输电线路；安全距离；复合横担；复合绝缘子

0　引言

某110kV输电线路直线杆塔多采用钢筋砼电杆双杆组装，且在空旷盐碱野地建设，线路防护区开阔。随着城乡社会的经济发展，由于城市建设、农村扩张、地形地貌变化、各类路网建设标准提升和农林种植绿化等诸多原因，多处线路导线对地、对构筑物、对林木等距离严重不足，已不能满足规程规定的安全距离要求。特别是直线杆Z-18（呼称高度13 m）和直线跨越杆Z1-21（呼称高度16.9 m）2种杆型，因对地距离不足曾引发多起线路跳闸、人身事故。

针对这些安全隐患，以往采取的措施为：

（1）重新规划，改变路径；

（2）在2杆塔之间增加1基新杆塔；

（3）更换或升高跨越物两端杆塔。

但实施这些措施不仅停电难度大、建设周期长，而且路径规划受工农关系限制，成本昂贵。经过调查研究，结合国内外复合绝缘子产品的技术发展和实际运用，2004年开始采用“复合横担+复合绝缘子”方式，对线路杆塔结构进行改进设计，通过改变导线悬挂方式，提升杆塔呼称高度，满足导线对地安全距离要求。

1　杆型结构改进设计思路和分析

1.1直线杆型的基本结构

以Z-18杆型为例，其结构如图1所示。杆型采用φ230上下2段拔稍双杆，呈水平排列布置，无横梁（叉梁）型式，杆型高度为18m，适用于LGJ-150型导线。拉线使用4根GJ-70钢绞线对地夹角60°布置，杆塔基础采用底盘、拉盘直埋基础方式。

杆塔上部由导线铁横担HZC-450-1（总长9m，总重150.5 kg），1根横拉杆及4根斜拉杆（拉杆为φ16钢筋及调节螺栓等）组成。

图1　直线杆Z-18原结构

1.2杆塔改进思路及设计

（1）在不进行导线驰度调升的情况下，满足导线驰度对地安全距离要求最简便的办法是增大导线呼称高度，以提升导线悬挂高度，因而需要对杆塔上部导线铁横担及横拉杆、斜拉杆组件进行改进设计。由于导线铁横担及横拉杆均有穿钉与电杆成整体结构，因此通过提高导线铁横担及横拉杆安装高度，增大导线呼称高度以提升导线悬挂高度的办法不可行。

（2）杆塔改进的原则是：双杆布置型式、杆塔基础及拉线基础、拉线悬挂及布置型式、杆塔电气性能、机械性能及整体结构稳定性保持不变。只能通过提高导线悬挂高度和改变导线悬挂方式，同时提升避雷线悬挂点进行改进。

（3）选用实心复合横担、复合绝缘子替代悬挂导线的铁横担及横拉杆、斜拉杆等组件，采用“边相复合横担+中相悬式复合绝缘子”方式悬挂导线。2个边相各选用1只复合横担+1只棒形悬式复合绝缘子呈“∠”型布置。复合横担水平安装，固定在电杆适当高度，起到原边相导线铁横担作用，用于支撑导线；棒形悬式复合绝缘子起斜拉杆作用。中相选用2只棒形悬式复合绝缘子呈“∨”型布置，并在杆塔顶端加装铁横梁，用于固定“∨”型绝缘子串。为保证杆塔整体稳定性，在杆塔中部加装铁横梁，以防杆塔扭曲变形。改进设计后杆塔整体结构呈“H”型，如图2所示。

图2　直线杆Z-18改进后的结构

（4）边导线保护角核算。提高架空避雷线悬挂高度，将双避雷线悬挂点上移，规程规定：杆塔上避雷线对边导线的保护角一般为20°。使用复合横担后，导线悬挂点升高，保护角变小，为使其保护角满足防雷要求，应提升避雷线支架或缩短导线横担长度，但显然缩短导线横担长度不能满足电气绝缘间隙要求。

由于杆塔采用对称双避雷线，中导线位于2避雷线中央，故中导线不做保护角核算，只需考虑边导线。按照避雷线支架安装高度2.7m，复合横担（导线悬挂点，导线呼称高度）安装在原导线铁横担横拉杆位置以上1.5 m处核算，边相导线保护角在避雷线保护范围内。导线悬挂高度约提升3.2m。

1.3稳定性分析

杆塔基础作为输电线路结构的重要组成部分，主要对线路杆塔起到稳定作用，防止杆塔在导线自重、风载、覆冰、断线张力等垂直荷载、水平荷载或其他外力作用下而发生拔出、下压、倾覆等事故。

改进设计后的杆塔承受的风荷载、覆冰荷载及导线避雷线张力等可变荷载没有变化；但承受的杆塔自重荷载、导线避雷线绝缘子金具的重力等永久荷载，由于导线铁横担及拉杆等的取消而变小，即减小了垂直于地面方向的荷载，因此作用于杆塔上的所有重力荷载（垂直荷载G）变小。

杆塔改进设计后其整体结构和型式没有改变，杆塔、拉线基础也没有变动，因而杆塔稳定性相应也没改变。

2　复合横担、复合绝缘子设计及参数选定

复合横担、复合绝缘子由连接底座、护套、芯棒、伞裙和挂头5部分组成，如图3所示。连接底座是金属材料经加工焊接而成的，它是复合横担与杆塔金具的连接部件，承受着复合横担在运行过程中各种力作用下的弯曲负荷；护套、芯棒、伞裙的功能、材料及工艺制作与棒形悬式复合绝缘子基本相同；挂头采用铸铝件并具有拉环，直接与导线绑扎固定。

图3　复合横担结构

根据杆塔结构与导线悬挂纵向点上移安装，维持原杆型结构尺寸不变的原则，选取产品的技术参数如下。

（1）复合横担：结构高度1 580mm，绝缘距离1 260mm，重21.5 kg，芯棒直径60mm。固定导线端部有拉环与斜拉绝缘子U型端头配合使用。

（2）复合绝缘子：结构高度1 490mm，绝缘距离1 260mm，芯棒直径18mm，重量4.8 kg，两端采用U型金具。

（3）避雷线选择使用2.7 m高度的槽钢铁帽支架支撑。

复合横担、复合绝缘子的材料选用与制作，需按照相关文献的技术要求进行，并应完成机械、电气性能和相关型式试验。

3　试验及挂网运行情况

2004年5月，在该110kV孤五线15号、34号、40号、41号4基杆塔试点施工试验，使用保定电力修造厂生产的FHD-110/10（带拉环）复合横担，改“导线铁横担+3只复合（瓷）绝缘子”为“2只复合横担+4只复合绝缘子”组合型式，一般能使导线悬挂点提高3.0-4.5m。很好地解决了导线驰度与构筑物的安全距离不足的问题，降低了杆塔上部荷载。经过10年试验运行，效果良好。目前，在该110kV输电线路上已有65基杆塔130支复合横担在网运行。

4　杆塔新结构的优点与改进建议

4.1新结构优点

（1）丰富了杆型型式。杆塔使用复合横担简化结构设计，对于110kV双杆取消了导线铁横担，降低了杆塔上部荷载，优化了杆塔结构，丰富了线路杆型型式。同时，110kV双杆线路导线使用复合横担与复合绝缘子悬挂，具有很高的实用价值。

（2）降低了线路改造成本。使用复合横担、复合绝缘子与原来采用增加杆塔等方式处理交叉跨越问题相比，能有效地利用狭窄的走廊，降低杆塔高度，施工简便易行，可节约大量的人力、物力和财力。

4.2优化定型结构

（1）大截面导线绑扎会在运行中存在隐患，因而横担挂头须采用上下2个拉环，并改变导线绑扎形式，用线夹固定导线并悬挂于挂头下拉环。

（2）杆塔中部加装的固定铁横梁应采用槽钢或工字钢。

5　结束语

（1）复合横担、复合绝缘子抗弯曲性能好、防污能力强、抗冲击能力强、防震和防脆断性能好、安装方便，可免维护、不需人工清扫，运行安全可靠性高。

（2）使用“2只复合横担+4只复合绝缘子”组合型式，简化原有杆塔结构，提升导线悬挂高度，调整交叉跨越距离是可行的。这对调整线路对地安全距离具有很好的借鉴作用，同时，施工简便、成本费用低廉。

（3）复合横担的运行维护经验尚需积累，运行年限有待实验研究，以确定合理的运行时间。

参考文献：

1 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T50064—2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2014.

2 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）［M］.北京：中国电力出版社，2003.

3 中华人民共和国国家质量监督检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T19519—2014架空线路绝缘子 标称电压高于1 000V交流系统用悬垂和耐张复合绝缘子定义、试验方法及接收准则［S］.北京：中国质检出版社，2014.

收稿日期：2015-11-13。

作者简介：

郑春生（1966-），男，高级工程师，主要从事电力生产技术管理及电网运行工作，email：zhengchunsheng.slyt@sinopec.com。