110kV双回T接塔荷载组合研究

张耀东 刘亚涛 任亚宁 张德广

（1.国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，石家庄 050000；2.国网河北省电力有限公司经济技术研究院，石家庄 050000）

通过现行线路T接方法进行调查，国内采用最多的T接方式为T接线夹进行T接和十字交错横担T接。其中十字交错横担T接方案具有占地面积小、塔型接线简单、安全可靠和运行稳定优点，本文所分析的110kV双回T接塔为十字交错横担T接塔，模型如图1所示。

图1 110kV双回T接塔模型

在对该塔进行荷载分析研究时，需要确定荷载组合。本文针对T接塔荷载组合进行分析和验证，对最不利工况进行讨论，为T接通用设计工作提供参考。

1 荷载组合分析

本文所分析110kV双回T接塔在主回路相当于耐张塔，在T接回路相当于终端塔，其荷载工况比悬垂型塔、耐张塔等常见塔型更加复杂。《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）（以下简称《规范》）给出了悬垂型杆塔、耐张型杆塔和终端塔的荷载组合规定。T接塔作为一种特殊塔型，规范中并未提及，所以可以参照规范中耐张塔和终端塔载荷组合规定，将两种塔荷载工况进行组合[1]。参照《规范》，110kV双回T接杆塔应计算线路正常运行情况、断线情况、不均匀覆冰情况和安装情况下的荷载组合。

1.1 正常运行工况荷载组合

110kV双回T接塔正常运行情况荷载组合包含三种情况：

（1）大风工况：基本风速、无冰、未断线。

（2）覆冰工况：设计覆冰、相应风速及气温、未断线。

（3）最低气温工况：最低气温、无冰、无风、未断线。

耐张型杆塔基本风速工况，一般情况下由90°风向控制，但由于受风速、塔高、塔型影响，45°风向有时也会控制塔身主材。考虑到一般终端杆塔荷载特点不论转角范围大小，前后档张力一般相差较大。因此，《规范》规定终端杆塔还需计算基本风速的0°风向，其他风向可根据实际塔位转角情况而定。

本文研究的双回T接塔，主线路为0°耐张，T接侧为20°正常放线，所以应要对两条架空线路方向风向进行分析，需对两种风向进行叠加。从结构受力角度分析，双回T接塔在T接回路起终端塔作用，在T接方向会受到导地线T接方向张力作用，具体风向图如图2所示。

图2 风向示意图

从图2可以看出，将风向分为与主线路正方向成0°～340°的12种风向情况，然后找出其中最危险的工况进行进一步分析。

1.2 断线工况

《规范》指出，耐张型杆塔的断线情况应按－5℃、有冰、无风三种气象条件进行荷载组合计算，考虑以下几种情况：

（1）单回路和双回路杆塔同一档内，单导线断任意两相导线、地线未断；同一档内，断任意一根地线，单导线断任意一相导线。

（2）多回路塔同一档内，单导线断任意三相导线、地线未断；同一档内，断任意一根地线，单导线断任意两相导线。

在10mm及以下冰区导、地线断线张力取值中，耐张塔单导线最大使用张力百分比取100%，垂直冰荷载取100%进行覆冰荷载设计；对于终端杆塔，由于变电站侧导线断线张力很小，线路侧导线断线张力相对很大，因此单回路或双回路终端塔还要考虑线路侧作用一相或两相断线张力，使终端塔纵向荷载组合效应不低于耐张塔的纵向荷载组合[2]。本文研究的双回T接塔，其主线路侧可认为是双回或单回耐张塔，T接侧可认为是终端塔。

双回T接塔的断线工况，考虑以下几种情况：

（1）主回路同一档内，若单导线断任意两相导线、地线未断，T接回路未断；

（2）主回路同一档内，若断任意一根地线，单导线断任意一相导线，T接回路未断；

（3）主回路同一档内，若单导线断任意两相导线、地线未断，T接回路断两相导线、地线未断；

（4）主回路同一档内，若单导线断任意两相导线、地线未断，T接回路断一相导线、一根地线；

（5）主回路同一档内，若断任意一根地线，单导线断任意一相导线，T接回路断两相导线、地线未断；

（6）主回路同一档内断任意一根地线，单导线断任意一相导线，T接回路断一相导线、一根地线。

双回T接塔断线工况中，断线组合有很多种，这里要选出所有可能危险工况。以同一档内，若断两相导线或一相导线与一根地线为例，考虑引起塔身所受扭矩、弯矩最大组合，需要分别考虑考虑断同侧线、断最上层两根导线的工况。本工况中主线路方向断线只考虑单侧断线，断线侧为与T接侧线路20°偏角相反侧，如图3所示。将T接塔的12个导、地线挂点进行排序，如图4、图5所示。

图3 T接塔线路俯视图

1.3 不均匀覆冰

在10mm及以下冰区不均匀覆冰情况想对导、地线不平衡张力取值，对于耐张型塔导线最大使用张力百分比取30%，地线最大使用张力百分比取40%，垂直冰荷载按75%覆冰荷载计算。相应的气象条件按－5℃、10m/s风速的气象条件计算。各类杆塔均应考虑导、地线同时同向有不均匀覆冰不平衡张力，其中各类杆塔断线情况下的断线张力，以及不均匀覆冰情况下的不平衡张力均应按静态荷载计算。各类杆塔覆冰荷载情况，按验算冰厚、－5℃、10m/s风速的气象条件计算，所有导、地线同时同向有不平衡张力。

图4 主线路挂点

图5 T接侧线路挂点

本文双回T接塔不均匀覆冰情况导、地线不平衡张力取值结果如下：主回路导地线不平衡张力分别按导线最大使用张力百分比取30%，地线最大使用张力百分比取40%，主回路、T接回路垂直冰荷载按75%覆冰荷载计算，T接回路水平载荷按相应的覆冰厚度、10m/s风速的气象条件计算，T接回路水平纵向张力应按覆冰厚度、－5℃的气象条件计算。

不均匀覆冰中不平衡张力方向选择，应选择偏向于T接线路方向20°的T接侧方向，此时T接侧导、地线运行张力与不平衡张力方向同向，更易产生大荷载。

1.4 安装工况

各类杆塔安装情况，应按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑荷载组合，对于耐张型杆塔，导、地线架设次序，宜考虑自上而下架设；对于双回路及多回路杆塔，应按实际需要，考虑分期架设；终端杆塔应考虑变电站（或升压站）一侧导线、地线已架设或未架设的情况。

双回T接塔是先挂主回路方向，再挂T接回路，按照自上而下顺序，先地线再上相，再中相，最后下相；对于双回路，如果施工单位有两套设备，则同时左右两侧架线。安装荷载中风向选择，要选择与主线路垂直风向。

2 最不利荷载组合讨论

上文根据荷载组合原则，整合了110kV双回T接塔荷载分析中应考虑的工况荷载组合情况，下面按照上述方法对最不利工况进行讨论，同时也为下一步验证做准备。

大风工况下，由于主线路与T接侧线路成70°角，与主线路方向成90°、45°、20°角，此时对应主线路受最大风荷载，两线路均受较大风荷载，T接侧线路受最大风荷载与不平衡张力合力。

覆冰工况下，导、地线垂直荷载最大。由于覆冰工况风速为10m/s，导、地线风荷载较小，只需分析风向与T接侧线路成90°角这一种工况，此时T接侧受由导、地线不平衡张力和风荷载组成的最大不平衡力。

不均匀覆冰工况下，T接侧线路只有一侧有导、地线，所以只考虑主线路不均匀覆冰，气象条件中风向与主线路成90°角。

断线工况下，塔身受较大弯矩、扭矩。根据荷载组合原则中的“主线路断同侧两相导线”、“主线路断同侧一相导线、一根地线”两类情况，分别只考虑断A侧导1、导3和断A侧导1、地1这两种断线方式，因为此时塔身相对其他断线方式所受不平衡张力位于塔身更高处，导致塔身受到更大弯矩、扭矩[3]。

安装工况下，主线路只需考虑紧A侧导6、相邻档未挂线这一种工况，此时主线路受各种安装工况下的组合力，不平衡张力较大。T接侧线路考虑紧A侧导12，相邻档未架设，此时T接侧线路受各种安装工况下的组合力，不平衡张力较大。

整合出理论上得出的最不利荷载组合，如表1所示。

3 满应力计算验证

首先应在快速三维建模程序中，通过模板快速组合塔身、横担，然后生成满应力接口文件，在满应力分析程序中修改受力材参数，再打开荷载计算系统，输入设计条件以及各种计算控制参数，进行荷载计算[4-5]。之后将计算荷载导入满应力分析系统，完成满应力计算，浏览满应力计算结果。由满应力计算结果导出受力材报表，罗列所有杆件型号的工况，以及在该工况下杆件所受最大拉力或压力，经过整理，列出部分控制工况控制杆件数，如表2所示。

表1 理论所得最不利荷载组合

表2 部分工况控制杆件数统计

以控制杆件数较多的“大风（风向与主线路程90度）”工况为例，该工况作为控制工况，决定了42个杆件型号，如图6所示，图中蓝色部分为受控制杆件。而以控制杆件数较少的“安装（锚A侧导12）”工况为例，该工况决定了局部横担部分杆件型号，如图7所示。

图6 大风90度风工况所控制杆件

图7 锚A侧导12所控制杆件

某一工况控制杆件型号越多，该运行工况下会有更多杆件处于高应力状态，即该工况发生事故几率就会越大。通过对荷载组合分析和满应力计算的验证，修改最不利荷载组合，如表3所示。

表3 最不利荷载工况组合

4 结论

本文针对T接塔荷载组合进行了分析，对最不利工况进行讨论，为双回T接塔通用设计工作提供了参考。