桿塔型式的選擇課件

1、輸配電線路設(shè)計(jì) 劉增良 楊澤江 主編第10章 桿塔型式的選擇10.1 桿塔型式的分類 桿塔是輸電線路的重要組成部分，在架空輸電線路中有著舉足輕重的作用。桿塔的組成部分： 避雷線 導(dǎo)線 橫擔(dān) 絕緣子串 懸垂線夾 拉線 鋼筋混凝土桿 桿段接頭 拉線金具桿塔實(shí)（試）驗(yàn)基地輸電線路桿塔實(shí)驗(yàn)基地：位于北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)特高壓桿塔試驗(yàn)基地：位于河北省霸州市桿塔型式的分類按桿塔受力特點(diǎn)按材料類別按回路數(shù) 按導(dǎo)線排列方式按結(jié)構(gòu)型式按桿塔受力特點(diǎn) 1 直線桿塔 在正常運(yùn)行情況下，僅承受導(dǎo)線、避雷線、絕緣子和金具等重量的垂直荷載以及水平風(fēng)荷載的桿塔稱為直線型桿塔。直線型桿塔用于線路的一個(gè)耐張段中間，在架空線路中用的

2、數(shù)量最多，約占桿塔總數(shù)的 80 左右。直線型桿塔采用懸垂絕緣子。直線桿塔的懸垂絕緣子允許偏斜，桿塔也允許有一定的撓度。直線桿塔有直線桿、直線帶轉(zhuǎn)角桿、直線換位桿等。2.耐張桿塔 耐張桿塔除承受垂直荷載和水平荷載之外，還能承受更大的順線路方向的張力。耐張桿塔使用耐張絕緣子串，在斷線時(shí)能耐受斷線張力，限制斷線事故范圍，起隔離事故的作用。耐張桿塔有耐張直線桿，轉(zhuǎn)角桿，終端桿，和耐張換位，終端換位桿塔等。 3 終端桿塔 一般為發(fā)電廠或變電站出線端以及用戶受端?？梢允悄蛷埿偷幕蜣D(zhuǎn)角型的，在正常運(yùn)行情況下承受單側(cè)順線路張力。 4 特種桿塔 特種桿塔用于特種用途及場(chǎng)合，有直線耐張分支桿、換位桿、大跨越桿塔等

3、。直線桿塔耐張桿塔雙回路轉(zhuǎn)角塔耐張換位塔終端塔終端塔直線跨越塔10.1. 2 按材料類別分類 木桿：絕緣性能好，重量較輕、運(yùn)輸安裝方便，但易腐朽，耐久性差，目前很少使用。 鋼筋混凝土桿：又稱水泥桿，環(huán)形截面各向承載能力相等，表面光滑美觀，便于運(yùn)輸，可大批生產(chǎn)，成本低。材料多采用Q235、IV鋼。但是主桿埋深較大（3m左右）。 鐵塔：由許多鋼制構(gòu)件，用螺栓、鉚釘或焊接等連接方法組成的一個(gè)整體。特點(diǎn)是鋼制構(gòu)件便于運(yùn)輸，利于現(xiàn)場(chǎng)安裝，機(jī)械強(qiáng)度大，使用壽命長(zhǎng)。 鐵塔一般采用Q235（碳素結(jié)構(gòu)鋼, A3）、Q345（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，16Mn），目前逐步采用高強(qiáng)度鋼（Q390、Q420），以提高承載能

4、力、降低鐵塔用鋼量。 鋼管塔：分為單柱、多柱，因造型美觀、占地少，已越來(lái)越多的應(yīng)用在城網(wǎng)建設(shè)中，其缺點(diǎn)是因斷面小受力不合理，重量大，同時(shí)因其單位價(jià)格較高，使得投資加大。10.1.3 按回路數(shù)分類 按回路數(shù)有單回路、雙回路、多回路桿塔（緊湊型）。 為適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)的需要，鑒于線路走廊的選擇越來(lái)越困難和日趨增長(zhǎng)的拆遷費(fèi)用，1988年華東電網(wǎng)的石黃、南楊等500kV輸電線路工程首先采用了同塔雙回路的設(shè)計(jì)。 2001年，在大連地區(qū)的沈大線工程中即建設(shè)了4.9km的雙回500kV/雙回220kV的同塔四回路。2006年11月21日，國(guó)內(nèi)首條500kV同塔四回輸電線路利梅線在江蘇投產(chǎn)。 山東省雙回

5、220kV/雙回110kV的同塔四回路，220kV同塔三回已得到應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。 2010年我國(guó)西電東送容量約6440萬(wàn)千瓦，通過(guò)北、中、南三個(gè)通道送往東部地區(qū)，其中采用交流500千伏線路輸電的為4300萬(wàn)千瓦。按500千伏線路現(xiàn)有輸電水平計(jì)算，即每回500千伏線路輸送80萬(wàn)千瓦，則大約需500千伏交流線路50回。若把每回500千伏線路的輸送能力提高到130萬(wàn)千瓦，只需新增500千伏交流線路33回，可節(jié)約500千伏交流線路約17回，節(jié)約交流輸電線路3588公里，節(jié)約投資53.8億元。 緊湊型線路通過(guò)改變導(dǎo)線布置，達(dá)到減小電感、增大電容的效果，從而使線路波阻抗減小，自然功率增大。同時(shí)

6、線路走廊寬度因布置的緊湊而大大減小。世界上許多國(guó)家如俄羅斯、巴西、加拿大、美國(guó)等國(guó)家已經(jīng)研究和建設(shè)了一批緊湊型線路，著重點(diǎn)不相同，其中俄羅斯偏重于自然功率的提高，巴西、美國(guó)則偏重于縮小走廊寬度，而中國(guó)在這方面的研究?jī)A向于兩方面兼顧。 我國(guó)第一條500千伏昌房緊湊型輸電線路1999年建成投產(chǎn)，其自然功率比常規(guī)線路提高了13。應(yīng)用緊湊型線路研究成果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有規(guī)定進(jìn)行修正，減小常規(guī)線路導(dǎo)線水平相間距離12米。從而減小走廊寬度，減少線路占地和走廊清理費(fèi)用。減小相間距離還能縮小塔頭尺寸，降低工程的耗鋼量。 緊湊型線路與常規(guī)線路相比有如下優(yōu)勢(shì)： （1）無(wú)線電干擾水平：緊湊型線路在500kV工作

7、電壓下，無(wú)線電干擾水平在距線路中心40m范圍內(nèi)為3851dB，比采用4LGJ-300導(dǎo)線的500kV常規(guī)型線路約低2-5dB。 （2）可聽(tīng)噪聲：緊湊型線路在工作電壓下，可聽(tīng)噪聲水平在距離線路中心線100米范圍內(nèi)為約3545dB，比相導(dǎo)線為4LGJQ-300線路約低0.5至1dB （3）地面場(chǎng)強(qiáng)：地面最大場(chǎng)強(qiáng)為8.55kV/m（導(dǎo)線對(duì)地10.5m），出現(xiàn)在中相導(dǎo)線正下方，比常規(guī)型線路低1kV/m；并且高于3kV/m場(chǎng)強(qiáng)的范圍僅寬22m，比常規(guī)型線路減少了33m，大大地減少了高場(chǎng)強(qiáng)的范圍。 （4）耐雷水平：?jiǎn)?、雙回路緊湊型線路鐵塔上地線對(duì)邊導(dǎo)線均為負(fù)保護(hù)角，各相導(dǎo)線均被兩根地線所屏蔽，雷電繞擊率、

8、年跳閘率均較常規(guī)500kV線路為低?？纱蟠筇岣咻旊娋€路的防雷害能力，對(duì)安全運(yùn)行有利。 通過(guò)以上比較可以看出緊湊型線路與常規(guī)線路相比，在提高線路單位走廊輸送容量，壓縮線路走廊寬度，降低工程造價(jià)，減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，保護(hù)自然環(huán)境等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。10.1. 4按導(dǎo)線排列方式分類1.單回路桿塔水平排列正三角形斜三角形排列上字形排列垂直排列三角形排列2.雙回路桿塔六角形(鼓型)排列倒傘形排列雙正三角形排列3.壓縮型桿塔10.1. 5按結(jié)構(gòu)型式分類 一鋼筋混凝土桿 鋼筋混凝土桿有單桿、雙桿、三連桿。雙桿中又分門型桿、八字型電桿。以上各種電桿又可分帶拉線電桿和不帶拉線電桿。二 鐵塔（1）酒杯型塔：三根導(dǎo)

9、線排列在一個(gè)水平線上，通常用于110kV及以上電壓等級(jí)，特別適用于重冰區(qū)或者多雷區(qū)。（2）貓頭型塔：導(dǎo)線呈等腰三角形布置，節(jié)省線路走廊。（3）干字形塔：導(dǎo)線基本呈等腰三角形布置，多用于220 及以上電壓等級(jí)，主要用作耐張塔及轉(zhuǎn)角塔。（4）拉線V塔：導(dǎo)線水平排列，施工方法便，耗鋼量低，但占地面積大。 (5)“上”字型桿塔：導(dǎo)線不對(duì)稱三角形排列。使用語(yǔ)少雷及輕冰地區(qū)導(dǎo)線截面偏小的線路。（6）鼓型塔：適用于覆冰較重地區(qū)，中橫擔(dān)較長(zhǎng)使所有導(dǎo)線能適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)，避免脫冰跳躍發(fā)生碰線閃絡(luò)事故。鐵塔標(biāo)識(shí)：電壓等級(jí)用途代號(hào)型式代號(hào)組立方式代號(hào)1.電壓等級(jí)用數(shù)字表示：35、60、110、220表示線路電壓等級(jí)為35K

10、V、60KV、110KV、220KV2.用途代號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母表示：Z 直線鐵塔 ZJ 直線轉(zhuǎn)角鐵塔 N 耐張鐵塔 J 轉(zhuǎn)角鐵塔 D 終端鐵塔 F 分支鐵塔 K 跨越鐵塔 H 換位鐵塔 3.型式代號(hào) S 上字型鐵塔 C 叉骨型鐵塔 M 貓頭型鐵塔 Yu 魚叉型鐵塔 V V字型鐵塔 J 三角型鐵塔 G 干字型鐵塔 Y 羊角型鐵塔 Q 橋型鐵塔 B 酒杯型鐵塔 Me 門型鐵塔 Gu 鼓型 Sz 正傘型塔 SD 倒傘型鐵塔 T 田字型鐵塔 W 王字型鐵塔4.組立方式代號(hào) 拉線鐵塔用L表示，自立式鐵塔則不用任何符號(hào)表示。 三鋼管塔 目前鋼管塔一般為拔梢鋼管塔。材料采用 Q345 ，并進(jìn)行稀土熱鍍鋅。1

11、0.2 常用桿塔的優(yōu)缺點(diǎn)10.2.1 從采用材料方面比較 鋼筋混凝土電桿比鐵塔有以下優(yōu)點(diǎn)： 桿結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，因此，設(shè)計(jì)、施工、制造都比較簡(jiǎn)單。 節(jié)省原材料，相應(yīng)的減少投資成本。 運(yùn)行維護(hù)工作量少，除橫擔(dān)等部分鐵附件外，一般不需 要采取防腐措施。 缺點(diǎn)： 重力大，施工不方便。特別在交通不便的地方，更難于大規(guī)模使用。而且受到撞擊后易于破裂。 受拉線限制，居民擁擠地帶和山區(qū)不能使用。 承受荷載能力差。主要用于35KV以下輸電線 路。 鋼管塔的特點(diǎn)： (1)強(qiáng)度高，為安全運(yùn)行提供了有力保證。 (2)易實(shí)現(xiàn)多回路，從而大大減少城市走廊的擁擠程度 (3)不用打拉線，占地面積小，減少占用城市走廊。 (4)鋼

12、管塔可以實(shí)現(xiàn)全鍍鋅，使用壽鋼管桿占地少,造型美觀, 與周圍環(huán)境比較協(xié)調(diào)。 (5)施工方便，施工周期較短。10 . 2 . 2 無(wú)拉線單桿和雙桿比較 優(yōu)點(diǎn)： （ 1 ）單桿比雙桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造和施工。 （2 ）采用小截面導(dǎo)線的線路上，能節(jié)約材料，更經(jīng)濟(jì) ( 3 ）單桿線間距離小，可以減少線路所占走廊。 缺點(diǎn)： 防雷性能比較差。 導(dǎo)線為上字形或斜三角形排列的單桿，桿身兩側(cè)的垂直荷載不對(duì)稱，會(huì)引起桿塔向雙導(dǎo)線側(cè)產(chǎn)生永久性變形，對(duì)導(dǎo)線截面大或垂直擋距大的桿塔，則更為突出。 上橫擔(dān)短，帶電檢修不方便。 在重冰區(qū)，垂直線間距離或水平偏移不夠，容易發(fā)生跳躍碰線，造成閃絡(luò)事故。所以單桿一般不在重冰區(qū)使

13、用 10.2.3 從桿塔有無(wú)拉線的角度比較 有拉線桿塔比無(wú)拉線桿塔有以下優(yōu)點(diǎn)： ( 1 ）有拉線桿塔承受的彎矩較小，所以節(jié)約材料。 ( 2 ）一般情況下桿塔基礎(chǔ)無(wú)傾覆力，拉線基礎(chǔ)只承受拉力，桿塔基礎(chǔ)只承受下壓力，基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)單。 有拉線桿塔比無(wú)拉線桿塔有以下缺點(diǎn)： ( 1 ）拉線占地面積大。 ( 2 ）為了保證導(dǎo)線對(duì)拉線有足夠的安全空氣間隙，因此線間距離較大。 ( 3 ）對(duì)拉線需維護(hù)、更換和調(diào)整，因而增加了運(yùn)行檢修人員的工作量。10.2.4 從導(dǎo)線排列方式來(lái)比較單回路桿塔導(dǎo)線水平排列比三角形排列有以下優(yōu)點(diǎn)： ( 1 ）導(dǎo)線水平排列，兩側(cè)荷載平衡，因此塔身的彎曲變形不明顯。 ( 2 ）導(dǎo)線水平排列

14、，在導(dǎo)線不均勻覆冰或脫冰時(shí)，不易發(fā)生碰線閃絡(luò)事故，適用于重冰區(qū)線路。 ( 3 ）導(dǎo)線水平排列，一般采用雙避雷線，因此有較好的防雷性能，適用于多雷地區(qū)。 ( 4 ）導(dǎo)線水平排列，帶電檢修方便，運(yùn)行維護(hù)工作量少。導(dǎo)線水平排列比三角形排列有以下缺點(diǎn)： ( l ）線路所占走廊寬。 ( 2 ）小截面導(dǎo)線線路，采用雙桿比單桿用的鋼材、水泥等材料多，投資大。10 . 2 . 5 各種型式雙回路桿塔的比較 1 六角形（鼓型）排列六角形排列的優(yōu)點(diǎn)是：上橫擔(dān)較短，相應(yīng)避雷線支架可以低一些，因此節(jié)省材料。缺點(diǎn)是：中橫擔(dān)較長(zhǎng)，架設(shè)上導(dǎo)線時(shí)要繞過(guò)中橫擔(dān)，對(duì)架線不利。 2 倒傘形排列倒傘形排列的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)中層橫擔(dān)導(dǎo)線的防

15、雷保護(hù)性能較好，施工架線方便。 缺點(diǎn)是：上橫擔(dān)較長(zhǎng)，為滿足防雷保護(hù)角的要求，避雷線支架高大，因此材料消耗量比較大。 3 雙正三角形排列雙正三角形排列的優(yōu)點(diǎn)是：在導(dǎo)線懸掛點(diǎn)與其他雙回路桿塔相同的情況下，塔高較低，節(jié)省投資，大跨越線路多采用之。 其缺點(diǎn)是：架設(shè)導(dǎo)線困難，線路所占走廊較寬。 10 . 4 . 1 確定桿塔外形尺寸的基本要求10.4 桿塔頭部尺寸設(shè)計(jì)(1) 滿足導(dǎo)線對(duì)地面及交叉跨越物的距離要求。(2)導(dǎo)線與塔身的距離應(yīng)滿足內(nèi)、外過(guò)電壓及正常工作電壓以及滿足帶電作業(yè)的間隙要求。(3)導(dǎo)線間的水平距離或垂直距離應(yīng)滿足擋距中央接近程度所需的距離。(4)避雷線的布置應(yīng)滿足導(dǎo)線防雷保護(hù)的要求。1

16、0. 4.2 桿塔呼稱高的確定桿塔的呼稱高：桿塔的最下層導(dǎo)線絕緣子串懸掛點(diǎn)（最下方橫擔(dān)）到地面的垂直距離。H=+f max+h+h 設(shè)計(jì)擋距的增加，導(dǎo)線弧垂加大，塔數(shù)量可減少;反之，設(shè)計(jì)擋距減小，所用桿塔的呼稱高也隨之加大，桿塔呼稱高降低，桿塔總數(shù)量將增多。因此，對(duì)某一電壓等級(jí)的線路，必然存在著一個(gè)經(jīng)濟(jì)的呼稱高和相應(yīng)的擋距，相應(yīng)的呼稱高度稱為經(jīng)濟(jì)呼稱高。擋距（m）600 h(m)0.50.5-0.70.7-0.9110.4.3 桿塔頭部尺寸的確定2、擋中各種線間距離驗(yàn)算頭部尺寸 的確定1、桿塔頭部空氣間隙檢查內(nèi)、外過(guò)電壓、工作過(guò)電壓以及帶電作業(yè)水平線間距離垂直線間距離導(dǎo)線與避雷線距離1、桿塔頭

17、部空氣間隙檢查絕緣子串風(fēng)偏角計(jì)算：g4的選取： 根據(jù)不同過(guò)電壓情況下的不同風(fēng)速的選取 在內(nèi)、外過(guò)電壓及正常工作電壓情況下，絕緣子串風(fēng)偏后導(dǎo)線對(duì)桿塔接地部分的空氣間隙不得小于下表 在外過(guò)電壓、內(nèi)過(guò)電壓及正常工作電壓情況下，分別求出絕緣子串的風(fēng)偏角1、 2、 3繪制出間隙圓圖，由圖中的間隙距離e1、 e2、 e3 。 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)桿身間隙起控制作用為內(nèi)過(guò)電壓或外過(guò)電壓兩種情況。帶電檢修時(shí)，也需要校驗(yàn)間隙，間隙滿足表10-3。（氣象條件?。?15C、風(fēng)速10m/s、無(wú)冰）2、擋中各種線間距離驗(yàn)算水平線間距離:垂直線間距離：0.75倍水平線間距離。三角排列的線間距離： 【例10-1】某110 kV線路，導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-150/20型，避雷線為GJ-35型，IV氣象區(qū)，桿塔采用帶拉線的等徑水泥桿，如圖10-7所示，桿徑300mm，水平擋距l(xiāng)h=300m，垂直擋距1v=254m，導(dǎo)線間水平距離5m，垂直距離為3. 5m，導(dǎo)線與避雷線間的垂直距離為2. 6m，保護(hù)角不大于22，導(dǎo)線懸垂串長(zhǎng)1. 45m，重力為520N,避雷線金具長(zhǎng)0. 182m，導(dǎo)線最大弧垂f max=6. 9m?？紤]帶電檢修，試校驗(yàn)電桿頭部外形尺寸。解：1. 校驗(yàn)頭部間隙 根據(jù)第四氣象區(qū)查表2-5，內(nèi)外過(guò)電壓風(fēng)速分別取15m/s、 10m/s，從附錄中查L(zhǎng)GJ-150/20導(dǎo)線截面164.5mm2g1=35.752