±800 kV特高压长江大跨越锚塔优化设计研究

王瑞成

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原 030001）

0 引言

白鹤滩—江苏±800 kV特高压直流输电线路工程是国家“十三五”电力规划的重点工程。本工程在重庆市江津区白沙镇跨越长江，跨越方式采用“耐—直—直—耐”，耐张段长度2 504 m，挡距分布为615 m、1 511 m、378 m。两岸悬垂跨越塔呼高140 m，全高144.8 m；西岸锚塔呼高48 m，全高63 m；东岸锚塔呼高51 m，全高66 m。导线采用4×JLHA1/G4A-900/240特强钢芯高强铝合金绞线，地线采用2根OPGW-30。基于锚塔受力及工况的特殊性，以及重庆江津长江大跨越受路径及地形限制，锚塔转角度数大且塔位地形陡峭的特点，有必要依据相关设计规范[1-4]对重庆江津长江大跨越锚塔进行详细的研究，以达到安全可靠、经济适用的目的。

1 塔型选择

1.1 塔头形式选择

大跨越锚塔一般有整体式和分体式2种形式，整体塔一般为干字形塔和酒杯塔。对于直流线路而言，采用干字形塔可有效利用干字形的结构特点，两极导线分别挂在横担的两侧，这种塔型结构简单，受力清晰，有丰富的设计、施工与运行经验；而酒杯形的锚塔一般是1个基塔对应1个回路（3相），大多用于交流线路中，对于直流大跨越锚塔而言，酒杯形塔显然不合适。

1.2 跳线形式选择

±800 kV特高压直流输电线路锚塔的跳线串较长，如何降低塔高对控制跨越锚塔的杆塔指标起关键作用。采用V串跳线的形式大大减少了跳线对地距离，塔高可降低6.0 m左右；采用上跳（上跳即跳线通过导线上方的地线支架完成前后侧导线的连通）的形式也可降低杆塔高度，但本工程跨越锚塔的塔高主要为挡中导线弧垂控制，采用上跳意义不大。因此，推荐采用下跳V串跳线的形式。

1.3 整体式与分体式锚塔对比分析

整体式与分体式锚塔各有优缺点，通过对比分析整体式（干字形钢管塔）和分体式（角钢塔），本工程采用整体式（干字形塔）更为合理可行。整体式与分体式锚塔对比分析结果如表1所示。

表1 整体式与分体式锚塔对比

2 主材截面及材质选择

针对大荷载杆塔，结构断面一般有Q420大截面组合角钢塔和钢管塔2种形式。考虑锚塔需承受较大的外荷载，现就Q420大截面组合角钢塔（材质Q420B）和钢管塔（材质Q460、Q420、Q345）2种构件断面进行比较分析，进而选择适合本工程的塔材形式。进行Q460、Q420高强度钢材和Q345钢材的比较时，塔材价格按照工程建设当期概算价格计算，即Q420B角钢塔9 060元/t，Q345B、Q420C、Q460D钢管塔分别按11 400元/t、11 600元/t、11 900元/t计算。不同材质角钢塔与钢管塔费用比较如表2所示。

表2 不同材质角钢塔与钢管塔费用比较

结合表2，整体上钢管塔费用比角钢塔费用低，优先推荐钢管塔方案。Q420C钢管塔与Q345B钢管塔相比费用低4%，较为经济；虽然Q420C钢管塔与Q460D钢管塔费用相当，但Q460D钢管塔产能较小且成品质量不易把控。综合考虑大跨越工程的重要性，同时兼顾杆塔造价的经济性、加工工艺的可靠性以及杆塔变形的可控性，本工程锚塔优先推荐Q420C钢管塔。

3 塔身断面及转角方式选择

3.1 常规锚塔断面及转角方式

输电线路塔型结构有矩形断面和方形断面2种，常规大跨越段锚塔跨越侧和线路侧的纵向张力差较大，横向作用力相对要小，为减小塔的纵向变形，锚塔的塔体结构一般采用纵向宽而横向窄的矩形塔。就转角方式而言，一般线路耐张塔为方形塔，转角方式按照角平分线方向布置横担，具体情况如图1所示；而大跨越锚塔采用矩形塔的同时，锚塔横担垂直于跨越侧线路布置，非跨越侧线路采用硬转布置方式，具体情况如图2所示。

图1 常规耐张塔转角方式示意

图2 大跨越锚塔转角方式示意

3.2 本工程锚塔断面及转角方式选择

本工程东岸锚塔转角度数为右转40°07′，属大跨越工程中大角度锚塔，横向也存在较大的张力，同常规小角度锚塔相比有一定特殊性，有必要对锚塔塔体断面方式进一步细化研究。此外，该塔位受地形限制，仅有约25 m×25 m场地可供立塔，同时该塔坡度陡峭，宜尽量减小杆塔基础根开，进而减小锚塔的高低腿级差。

基于上述场地条件，本工程锚塔断面及转角方式选择按照占地面积相当的原则进行比较分析。两种布置方式为：方式一，采用矩形锚塔，横担垂直大跨越侧线路的转角方式；方式二，采用方形锚塔，横担按照角平分线方向布置。2种布置方式的锚塔均采用干字形Q420C钢管塔。

锚塔整体布置如图3所示，将塔头、变坡及塔脚处的3个断面分别定义为A-A、B-B、C-C断面，3个断面处的正、侧面尺寸分别为A1、A2、B1、B2、C1、C2，具体矩形锚塔和方形锚塔控制尺寸如表3所示。按照表3尺寸布置，两类杆塔占地面积基本相当。

表3 矩形及方形锚塔控制尺寸

图3 锚塔整体布置图

3.2.1 主材规格及内力比较

对矩形和方形锚塔分别建模计算，将自上而下塔身主材规格、主材内力列于表4，并根据表4绘制的由低到高塔身主材的内力分布如图4、图5所示。

由表4和图4、图5可知，方形锚塔塔身主材拉力约为矩形锚塔主材拉力的112%～150%，方形锚塔塔身主材压力约为矩形锚塔压力的101%～125%，方形锚塔主材内力均大于矩形锚塔。就塔身主材规格而言，塔头部位方形锚塔比矩形锚塔大一个规格；接近塔腿部位，随着主材内力的增大以及腿部主材长细比的增大，方形锚塔比矩形锚塔需增大2个规格。因此，就杆塔主材受力而言，矩形锚塔主材内力小、杆件规格小，杆塔主材受力更为合理。

图4 塔身主材拉力分布图

图5 塔身主材压力分布图

表4 矩形与方形锚塔塔身主材规格及内力比较

3.2.2 斜材规格及内力比较

为简化分析，斜材内力及规格选正侧面较大者，将自上而下塔身斜材规格、斜材内力列于表5，并根据表5绘制的由低到高塔身斜材的内力分布情况如图6、图7所示。

由表5和图6、图7可知，方形锚塔与矩形锚塔塔身斜材内力在靠近地线支架部位相差较大，其他塔身段塔身斜材内力基本相当。就塔身斜材规格而言，方形锚塔普遍比矩形锚塔规格小，主要原因为内力基本相当的前提下，矩形锚塔侧面杆件长度较长，杆件选材规格也较大。

图6 塔身斜材拉力分布图

图7 塔身斜材压力分布图

表5 矩形与方形锚塔塔身斜材规格及内力比较

3.2.3 杆塔的质量比较

矩形锚塔和方形锚塔的塔的质量比较如表6所示。由表6可知，矩形锚塔按照横担垂直大跨越侧线路布置比方形锚塔按照角平分线布置塔的质量增加仅为1.2 t，增加比例约为1%，二者基本相当。

表6 矩形与方形锚塔比较

3.2.4 基础作用力比较

矩形锚塔和方形锚塔的基础作用力及基础材料量比较如表7所示。由表7可知，方形锚塔按照角平分线布置比矩形锚塔按照横担垂直大跨越侧布置基础上拔力增加14.47%，下压力增加11.19%，水平力增加约7.8%～8.01%；相应基础混凝土增加8.45%、基础钢材增加7.23%。因此,就基础造价而言，本工程优先推荐矩形锚塔方案。

表7 矩形与方形锚塔基础作用力及基础材料量比较

4 结论

本文结合实际工程，对直流线路大跨越锚塔进行细化分析研究，主要结论概括如下：

a）基于直流线路的特点，不宜选择酒杯形锚塔；分体式锚塔占地面积较大、基础耗量高且运维不便，综合考虑优先选择干字形锚塔。

b）本工程锚塔塔高主要为档中导线弧垂控制，跳线推荐采用下跳V串跳线的形式。

c）综合考虑杆塔造价的经济性、加工工艺的可靠性以及杆塔变形的可控性，本工程锚塔优先采用Q420C钢管塔。

d）矩形锚塔塔身主材内力明显低于方形锚塔，斜材内力二者相当，矩形锚塔整体受力性能优于方形锚塔。

e）矩形锚塔和方形锚塔的杆塔质量相当，但方形锚塔基础作用力偏大，基础造价高。综合杆塔和基础造价，本工程推荐采用矩形锚塔方案；相应锚塔转角方式推荐矩形锚塔按照横担垂直大跨越侧来布置。