110kV输变电工程杆塔规划设计

李济洲 陈之林

摘  要：在高压输电线路中，针对工程的具体特征合理选用杆塔，使杆塔的力学性能得以充分发挥，是切实做到工程安全可靠、经济合理的基本保证。从一个实际的110KV高压输电线路工程的杆塔设计及规划来探讨杆塔的布置、杆塔荷载及荷载组合的分析计算、杆塔的连接以及地基建设的情况，从而确定高压输电线路的杆塔设计方案，以确保供电线路的安全可靠性。

关键词：杆塔规划;荷载;基础选型;110kV

中图分类号：TM7           文献标识码：A            文章编号：1672-4437（2020）01-0046-05

在高压输电线路中，杆塔的合理设计和布置是输电工程安全可靠、经济合理的基本保证。现就某地区110KV高压输电线路的杆塔设计及布置来分析说明杆塔的荷载及荷载组合的计算、杆塔的选型使用及基础选型的建设。该工程供电区为某市西南侧的科教园区和某风景名胜区及周边电力用户，目前该区域主要有一个110kV甲变供电，但随着园区建设规模的加大，该地区用电负荷将处于稳步增长态势，预计2020年本工程供电区最大负荷为80MW，需110kV降压供电负荷76MW。届时一旦甲变其中一台主变退出运行，考虑到该区域内其他变电站转供能力非常有限，该区域又是科教和景区的汇集处，对供电要求又较高，所以需新建110kV乙变来满足该区域对供电能力的需求[1]。

该工程线路采用导线：JL/G1A-300/25;地线：

1根OPGW-24，1根GJ-80;线路拟建四回路钢管杆段3.3km，四回路角钢塔段2.5km，双回路角钢塔段2.2km。根据现线路路径和沿线地形、地质情况并结合规划意见来进行杆塔型式选择。

1 杆塔设计及规划

该工程线路杆塔型式拟选择钢管杆角钢塔。

1.1 模块选择

本工程基本设计条件如下：

设计风速：V=25m/s（距地10m，30年一遇）;

覆冰厚度：导线：C=10mm;地线：C=10mm（校验地线支架强度+5mm）;

最低气温：T=-20℃;

最高气温：T=+40℃;

导线规格：JL/G1A-300/25;

地线规格：OPGW-24、GJ-80;

电压等级：110kV;

线路回数：双回路、四回路。

经比对，该工程中双、四回路钢管杆导、地线型号和气象区与国网通用设计110kV输电线路分册中的1GGH1、1GGH2模块系列相当;双、四回回路角钢塔导、地线和气象区与1D2、1H1、1H2模块系列相当。故拟采用1GGH1、1GGH2、1D2、1H1、1H2模块作为本工程的依托杆型。全线110kV钢管杆下挂四回10kV及110kV四回路钢管杆下挂四回10kV需根据工程实际使用条件进行重新设计，设计过程将参考1GGH1、1GGH2模块的塔型规划及杆塔设计成果，合理规划、优化杆塔结构。本工程全部杆塔将按照相关设计规范进行设计校验。

1.2 杆塔布置

110kV双回路、四回路直线及耐张杆（塔）杆（塔）头采用鼓型布置，地线对边导线的保护角不应大于10°。悬垂串均采用“I”型布置。四回路转角钢管杆转角范围规划为一档：0°～10°;双回路转角角鋼塔转角范围规划为三档：0°～20°、40°～60°、60°～90°;四回路转角角钢塔转角范围规划为一档：60°～90°;所有终端杆（塔）规划为一档：0°～90°。

1.3 杆塔规划

针对工程的具体特征合理选用杆塔，使杆塔的力学性能得以充分发挥，是切实做到工程安全可靠、经济合理的基本保证。根据国网通用设计规划的杆塔水平档距和垂直档距，并结合该地区已建成的110kV线路杆塔使用情况，规划出该线路杆塔的使用条件，详见表1。

1.4 杆塔荷载及荷载组合

杆塔在横向、纵向和垂直三个方向的荷载无非是风、冰、导地线张力所引起的，且对杆塔重量的影响大小不同。横向荷载和纵向荷载是控制杆塔重量的主要因素，对杆塔重量影响较小是垂直荷载。在轻冰区，对于直线杆塔，风荷载是影响杆塔重量的主要因素;对于耐张杆塔，导地线张力的大小则控制杆塔重量。在线路结构设计上为提高安全可靠性，就必须要考虑荷载的大小。

该工程各塔型荷载的计算原则及技术要求依据相关规范有关规定进行。对于同杆混压架设杆塔应分别按相应电压等级规范进行正常运行工况、断线工况、不均匀覆冰工况和安装情况下的荷载计算。该工程下挂四回10kV电压等级线路按《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB 50061-2010）对杆进行荷载组合计算，上四回110kV线路依据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》[1]规定对钢管杆进行荷载计算，然后将荷载组合进行计算，各项荷载计算如表2所示。

特殊说明：下挂10kV对本工程钢管杆结构影响较小，杆重增加不明显，但当下挂10kV为终端时，对其直线杆杆重影响显著。

根据杆塔结构极限承载力设计的基本规定，按各种荷载出现的概率需采用不同的荷载组合系数，在相关技术规范中列出各类可变荷载组合系数，根据国内数万公里线路的成功运行经验及可靠度分析，对于常规的运行、安装、事故情况，可变荷载组合系数是恰当的，即杆塔可变荷载组合系数ψ的取值是：運行情况取1.0;安装情况取0.90;断线情况取0.90;不均匀覆冰情况取0.90;验算情况取0.75。

根据上述规划情况，该工程杆塔的使用情况见表3。

1.5 杆塔材料、连接、抗震及防腐方式

根据国网公司关于“两型三新一化”线路相关建设要求，积极采用Q420高强钢，本工程部分杆塔构件内力较大，采用Q420高强钢具有明显的经济优势，其中角钢塔Q420比例为角钢塔总重量的25%，四回路钢管杆Q420比例为四回路钢管杆总重量的30%。杆塔采用等边角钢和钢板，材质为Q235B、Q345B、Q420B，质量达标。

塔构件采用螺栓连接，塔脚板及局部结构采用焊接[2];钢管杆采用法兰方式连接;连接螺栓采用6.8级、8.8级普通粗制螺栓[2];加劲板及局部结构采用焊接，Q235B钢焊条采用E43，Q345B钢焊条采用E50，Q420B钢焊条采用E55。

根据抗震设计规范，该地区在50年超越概率为10%的条件下，设计地震分组为第二组。按相关规范规定，本工程所采用的上述各杆塔不需要进行抗震验算。

全线杆塔采用热浸镀锌防腐。

1.6 杆塔的登塔及防卸措施

角钢塔主材上设置脚钉，间距400～450mm。距离地面1.5～2.0米开始设置;钢管杆上设置爬梯，距地2.5米开始设置，以满足检修攀爬需要。本工程的所有杆塔，在离地8米高度以内所有连接螺栓均采用防卸螺栓，其余部分采用防松措施。

2  基础

2.1 基础选型

本工程拟建线路沿线地貌单元为江淮丘陵，交通条件较好。线路多沿城市道路绿化带架设，周边管线设施较多。沿线中岗地段地下水位一般埋深在3.0～5.0m，岗间洼地段地下水位一般埋深在1.0～3.0m。结合当地水文地质调查，沿线未见污染源。根据地形地质条件，该工程线路主要采用刚性台阶式基础、钢筋混凝土板式基础、钻孔灌注桩基础。

2.1.1刚性台阶式基础

为充分利用地基承载能力及原状土体的抗拔力，全线大多数地质条件相对较好的塔位基础均采用现浇台阶式基础。该型式基础钢材耗量少，施工工艺简便，工期短，质量易保证。该工程共采用2基。

2.1.2钢筋混凝土板式基础

钢筋混凝土板式基础主柱为直柱，基础与铁塔之间采用地脚螺栓连接。主要特点是适用的地质范围较广，混凝土的用量较小，耗钢量较大，综合造价较低，是目前线路中常用型式。该工程共采用19基。

2.1.3钻孔灌注桩基础

用于钢管杆段，钢管杆沿规划道路，受地形限制情况下，需采用钻孔灌注桩基础。桩基础浇注完成并养护一段时间后，应按相关规范进行检测。

2.2  基础优化措施

为减小基础的各项耗材指标，降低工程造价，工程将从以下几个方面对基础进一步优化：

（1）根据不同的地质情况，合理配置基础型式，优化基础尺寸;

（2）在基础设计时，水平力较大的转角塔基础可通过采用地脚螺栓或基础主柱反向偏心设置，以减小水平力对基础工程量的影响，降低基底附加弯矩，减少基础材料量[3]。

3 结语

杆塔的设计与规划布置在高压输变电工程中占有十分重要的位置，荷载及荷载组合的分析计算是否合理将直接关系到输电线路的安全可靠性。杆塔总体设计原则是对塔型方案的比较和优化设计，在对塔头布置型式、塔身坡度、根开尺寸、局部构造型式等方面进行的分析计算和优化设计的基础上进行设计，从而减少耗钢量，也降低了钢材冶炼中的能量损耗，同时降低制造、安装和运行维护的工作量。

参考文献：

[1]陈静.110KV输变电工程导线选型研究[J].黑龙江工业学院学报，2019（03）：47-51.

[2]魏莱.1000KV淮芜线淮河大跨越拦河线及其预警系统研

究[D].北京：华北电力大学，2017.

[3]曾小海.浅谈220kV高压输变电线路架设与施工工艺[J].中国新技术新产品，2018（22）：115-116.