220kV线路老旧铁塔加挂ADSS光缆改造设计

唐轶 王钢

摘 要：在已运行的220 kV线路上加挂ADSS光缆是解决光缆通讯、减少占地、节省投资的好方法。铁塔加挂ADSS光缆改造施工前应进行荷载验算和结构强度验算，不满足要求时要进行杆塔补强， 本文结合工程实例运用了铁塔不同结构型式的计算长度、计算回转半径和等边单角钢构件绕最小轴失稳的稳定系数等设计原理，在负荷校核及改造设计原则、铁塔结构验算及改造、铁塔改造施工三个维度对老旧铁塔进行了分析、验算、改造和补强，并旨在为今后逐渐增多的铁塔改造设计工程提供重要的参考依据。

关键词：220kV线路;加挂ADSS光缆;铁塔;改造;设计

随着我国电网和电力通信网主干光缆通信工程建设的迅速发展，主干光缆通道建设，主要通过在新建500 kV线路上使用光缆复合架空地线（OPGW）以及利用已有220 kV及以下线路加挂全介质自承式光缆（ADSS），形成电力系统的通信网^[1]。这对节省土地，降低工程投资，提高输电线路走廊的利用率将有着很好的经济效益和社会效益。

铁塔加挂ADSS光缆改造施工前应进行荷载验算和结构强度验算，不满足要求时要进行杆塔补强。

1  负荷校核及改造设计原则

1.1  项目改造概况

本工程是在已建大桥电厂-新棉220千伏线路上将两根普通地线更换为24芯OPGW光缆，导线不变动。同时考虑控制弧垂的情况下，在塔身横隔面加挂ADSS光缆。

1.2 负荷校核

加挂ADSS光缆后不能降低原线路的设计安全度，对于220 kV线路老旧铁塔，要逐一进行负荷校核，即加挂ADSS光缆后导地线作用点的荷载≤杆塔的设计荷载，反之需进行计算补强。以该工程单回路直线塔ZM23D为例，负荷校核情况如表1所示。

由于铁塔加挂ADSS光缆后荷载超过原设计荷载，故应对铁塔进行改造设计补强。

1.3 铁塔改造设计原则

1.3.1 改造设计规范

由于老旧铁塔当时设计遵循的设计规范后续有更改修订，部分参数的安全系数取值有变化，故改造设计时一律按原来线路当时的规范进行计算补强，做到不降低原线路的设计安全度。

1.3.2 铁塔校核工况

1.3.2.1 最大风速、无冰、未断线;

1.3.2.2 最大覆冰、相应风速及气温、未断线;

1.3.2.3 安装地线、导线正常、10m/s风速、无冰、相应气温;

1.3.2.4 断一根地线，导线未断，无风，无冰;

1.3.2.5 断导线（同一档内直线塔断任意一相导线，耐张塔断任意两相导线），地线未断，无风，无冰;

1.3.2.6 重冰区塔位不均匀冰荷载按未断线，有不均匀冰，无风计算。

由于DSS光缆断线时，其荷载均小于上述工况的荷载，故改造设计补强不考虑光缆断线工况。

1.3.3 暂未考虑无法定量的由于腐蚀等原因引起的铁塔构件性能和强度的降低。

1.3.4 根据《电力设施抗震设计规范》，本工程地震基本烈度为Ⅷ、Ⅸ度，本工程铁塔校核中对更换OPGW的地线支架部分已考虑加强，暂不考虑基础的补强。

2  铁塔结构验算及改造设计

本文运用了铁塔不同结构型式的计算长度、计算回转半径和等边单角钢构件绕最小轴失稳的稳定系数等设计原理，只增补部分少量辅助杆件对铁塔结构进行侧向支撑。

2.1  铁塔结构验算结果

以该工程单回路直线塔ZM23D为例，在加挂ADSS光缆后，其在改造设计前后的杆件受力情况如表2所示。

由上表可知，在加载ADSS光缆后，原铁塔杆件应力超出允许应力，需补强。

增补部分少量辅助杆件对铁塔主要受力材进行侧向支撑，则失稳型式由绕单边轴失稳变为绕最小轴失稳，回转半径减小，主材计算长度减小，计算长细比减小，稳定系数增加，计算应力减小，应力百分比满足加挂ADSS的需求和规范的要求。

2.2  铁塔结构改造设计

以ZM23D为例，改造设计后塔身更换、增补、塔材和辅助杆件修改如图1所示。

2.2.1 塔头更换、修改塔材

ZM23D直线塔更换OPGW侧地线支架【122】杆件规格由L40X3改为L40X4。

2.2.2 塔身增补、修改辅助杆件

ZM23D直线塔第【4】段主材增加小横材，规格L40X4，小横材基本两等分主材长度，见修改示意图。小横材一端交于正面（侧面）交叉斜材上（以避开中间交点为宜），一端连于主材（与侧面螺孔间距不得小于80mm），具体连接位置以现场放样为准。

ZM23D直线塔第 【5】段主材增加小横材，规格L40X4，小横材基本四等分【503】、【504】交叉斜材范围内的主材长度，见修改示意图。小横材一端交于正面（侧面）交叉斜材上，一端连于主材下端接头处新增异形内贴板上，小横材连接螺栓为1M16（6.8级），（接头形式由外包角钢变为外包角钢内贴板，见剖面示意图1-1），内贴板具体尺寸及位置以现场放样为准。

3  铁塔改造施工

3.1  杆件放样

舊塔改造需更改的杆件，不可仅依据《铁塔结构图》或《塔型杆件修改表》加工，新增或补强的杆件加工应依据现场实际尺寸（新钻螺栓孔位置）和原工程加工厂家的实际放样图，以免造成安装困难情况。

3.2  铁塔检查

改造施工前，应对所有老旧铁塔检查完毕后，补齐缺失的杆件，方可更换本次新增或补强的塔材。

3.3  改造施工安全措施

在更换塔材时，施工单位应采取切实可行的安全措施，保证铁塔的整体性;对本次新增或补强的杆件应逐一更换，确保施工安全，严禁“先全拆，后安装”。

3.4  铁塔杆件镀锌

在现场原老旧铁塔的主材、斜材开孔采用钻孔工艺，并采用热喷涂锌防腐，相应工艺应满足现行有关规范规程要求。

4  结语

本文结合具体工程实例，在负荷校核及改造设计原则、铁塔结构验算及改造、铁塔改造施工三个维度对老旧铁塔进行了分析、验算、改造和补强;只增补部分少量辅助杆件对铁塔结构进行侧向支撑，即可改变结构受力特性，满足加挂ADSS的需求。

但文章不足之处在于，缺乏老旧铁塔现场改造的塔材热喷涂锌防腐处理的耐久性的数据和研究。后续研究者可继续关注该问题，并进行深入研究。

参考文献：

[1] 孙荣升，戴晰臣.220 kV线路加挂ADSS光缆设计[[J]. 电力建设， 2000 （07）： 25-27.