輸電桿塔快速建模分析時(shí)荷載的簡(jiǎn)化取值

輸電桿塔快速建模分析時(shí)荷載的簡(jiǎn)化取值摘要：目前國內(nèi)外圍繞輸電桿塔結(jié)構(gòu)安全開展的研究越來越多。但是由于輸電桿塔自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承受荷載的種類繁多等因素，關(guān)于輸電桿塔建模分析過程一般較為緩慢，工程中急需建立一種便捷高效、適合工程應(yīng)用的輸電線路快速建模的方法。本文圍繞輸電桿塔荷載快速建模與計(jì)算的主題，以典型500kV耐張塔為例，在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了各類靜垂直荷載、橫水平荷載、縱水平荷載荷載相對(duì)關(guān)系，明確提出了快速建模計(jì)算時(shí)需要重點(diǎn)考慮的荷載要素，為工程應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：輸電桿塔；荷載；簡(jiǎn)化取值

1引言

輸電線路桿塔是輸電網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全可靠供電。但是隨著惡劣氣候現(xiàn)象的增加和電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，輸電桿塔故障頻發(fā)[1-3]。近年來，國內(nèi)外圍繞輸電桿塔結(jié)構(gòu)安全開展的研究越來越多。這些相關(guān)研究課題很多涉及輸電桿塔建模分析[3，4]。但是由于輸電桿塔自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承受荷載的種類繁多等因素，關(guān)于輸電桿塔建模分析過程一般較為緩慢，工程中急需建立一種便捷高效、適合工程應(yīng)用的輸電線路快速建模的方法。本文圍繞輸電桿塔荷載快速建模與計(jì)算的主題，在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了影響桿塔承載的關(guān)鍵要素，以期工程應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

2輸電桿塔荷載分類

根據(jù)設(shè)計(jì)過程中荷載計(jì)算需要，桿塔承受的荷載一般可分解為作用在桿塔上的垂直荷載（垂直荷載是垂直于地面方向的荷載）、橫向水平荷載（平行桿塔平面即沿橫擔(dān)方向）、縱向水平荷載（垂直桿塔平面即垂直橫擔(dān)方向）。

①垂直荷載包括：桿塔自重荷載；導(dǎo)線、地線、絕緣子串和金具的重量；安裝、檢修時(shí)的垂直荷載（包括工人、工具及附件等重量）。

②橫向水平荷載包括：桿塔塔身風(fēng)荷載；導(dǎo)線、地線、絕緣子串和金具的風(fēng)荷載；轉(zhuǎn)角桿塔的導(dǎo)線及地線的角度力。

③縱向水平荷載包括：導(dǎo)線、地線的不平衡張力（對(duì)無轉(zhuǎn)角的桿塔不平衡張力為順線路方向，對(duì)有轉(zhuǎn)角的桿塔不平衡張力則與桿塔橫擔(dān)垂直）；導(dǎo)線、地線的斷線張力和斷導(dǎo)線時(shí)地線對(duì)桿塔產(chǎn)生的支持力；安裝導(dǎo)線時(shí)的緊線張力。

3各種桿塔荷載的對(duì)比分析

3.1對(duì)比工況

為直觀反映各種桿塔荷載的相對(duì)關(guān)系，本文以一種典型的500kV線路桿塔（CJ1-30型）為例，計(jì)算分析了該桿塔在連接兩種典型檔距的情況下（小號(hào)側(cè)檔距268米，垂直檔距分量為140m；大號(hào)側(cè)檔距429米，垂直檔距分量為411m）不同荷載的之間的相關(guān)關(guān)系[5-7]。導(dǎo)線類型為6×LGJ-300/40。

3.2靜垂直荷載

根據(jù)載荷計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

當(dāng)線路無冰且檔距較小時(shí)（如垂直檔距140m），500kV六分裂線路的絕緣子重量占比很大，可以接近甚至超過50%；當(dāng)線路無冰且檔距較大時(shí)（如垂直檔距411m），絕緣子重量占比依然較大，可以到達(dá)25.6%。對(duì)于500kV四分裂線路，絕緣子重量的占比將進(jìn)一步增加。當(dāng)考慮覆冰載荷后，絕緣子重量占比會(huì)急劇減小，甚至可以忽略。

無冰條件下導(dǎo)線和地線重量在一端耐張塔上表現(xiàn)的垂直載荷雖然與檔距（垂直檔距）與直接關(guān)系，但是即便是垂直檔距達(dá)到411m，導(dǎo)線和地線的自重占比也沒有超過桿塔垂直載荷的60%；對(duì)于常規(guī)500kV四分裂導(dǎo)線而言，這一占比將略低。在考慮覆冰條件下，導(dǎo)地線和覆冰重量將占垂直載荷主體。

因此，對(duì)于快速建模時(shí)的靜垂直荷載簡(jiǎn)化取值建議僅考慮導(dǎo)線和地線的自重、覆冰和考慮覆冰系數(shù)的絕緣子重量，其它連接金具、附件和復(fù)合絕緣子可以忽略，即：桿塔垂直載荷=（導(dǎo)線自重+導(dǎo)線覆冰+地線自重+地線覆冰+考慮覆冰系數(shù)的絕緣子重量）。

（2）動(dòng)張力荷載

比較顯著的導(dǎo)線動(dòng)態(tài)荷載主要指舞動(dòng)引起的導(dǎo)線張力的動(dòng)態(tài)變化。一般將導(dǎo)線舞動(dòng)動(dòng)態(tài)張力變化分量與導(dǎo)線靜態(tài)分量分離后單獨(dú)討論，并定義導(dǎo)線動(dòng)張力系數(shù)=導(dǎo)線舞動(dòng)動(dòng)態(tài)張力分量÷導(dǎo)線靜態(tài)張力分量×100%。

這里選用風(fēng)速為10m/s，覆冰厚度為5mm，導(dǎo)線靜態(tài)拉力取計(jì)算拉斷力的25%；為檔距，即268m。根據(jù)動(dòng)張力表達(dá)式，可以發(fā)現(xiàn)如果導(dǎo)線發(fā)生單半波舞動(dòng)，即使舞動(dòng)峰峰值僅有2m時(shí)，導(dǎo)線動(dòng)張力系數(shù)即可達(dá)到0.54。在分析桿塔的荷載時(shí)，導(dǎo)線的動(dòng)態(tài)張力荷載不可忽略。

4小結(jié)

通過對(duì)典型桿塔和典型工況條件下桿塔的各種荷載的計(jì)算和對(duì)比分析，總結(jié)桿塔荷載快速建模計(jì)算可做如下簡(jiǎn)化：

（1）靜垂直荷載簡(jiǎn)化取值可僅考慮導(dǎo)線和地線的自重、覆冰和考慮覆冰系數(shù)的絕緣子重量，其它連接金具、附件和復(fù)合絕緣子可以忽略。

（2）橫水平荷載簡(jiǎn)化取值可僅考慮導(dǎo)線和桿塔本身的覆冰或無冰情況下的風(fēng)荷載，絕緣子、連接金具、附件的風(fēng)載荷可以忽略。

（3）導(dǎo)地線的靜態(tài)不平衡張力涉及因素較多，需要經(jīng)過計(jì)算后才可確定其荷載大小。導(dǎo)線的動(dòng)態(tài)張力荷載不可忽略，需要詳細(xì)計(jì)算。

參考文獻(xiàn)：

[1].國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部組.輸電線路六防工作手冊(cè)-防風(fēng)害[M].北京：中國電力出版社，2015

[2].胡毅.輸電線路運(yùn)行故障分析與防治[M].北京：中國電力出版社，2007

[3].謝強(qiáng)，張勇，李杰.華北電網(wǎng)500kV任上5237線颮線風(fēng)致倒塔事故調(diào)查分[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（10）59-63

[4].王麗新.輸電線路靜平衡及動(dòng)力響應(yīng)的有限元分析[D].武漢：華中科技大學(xué)，2004.

[5].張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國電力出版社，2003

[6].周振山.高壓架空送電線路機(jī)械計(jì)算[M].北京：水利電力出版社，1984.

[7].劉慶豐.輸電線路不平衡張力分析和計(jì)算[J].2006，26（01）：93-95.

[8].朱寬軍，劉超群，任西