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拉线门型塔在山区送电线路中的使用论文
摘要：通过对拉线门型塔的设计实践和经济比较，并根据施工和运行反馈的信息，充分论述了拉线门型塔的安全性、经济性、环保性。得出了在山区送电线路中采用拉线门型塔，能加快施工进度，有效降低工程造价及工程施工对环境造成的负面影响的结论
关键词：拉线门型塔 送电线路 安全 经济 环保
宁远～曲河220 kV送电线路工程位于湖南永州境内，全长110．847 km，是湘南环网的骨干线路。该工程地处南岭西段，沿线地形起伏较大，交通运输不便，人抬运距较远，施工难度大，工期要求紧。
在该工程的施工图设计中，为了降低工程本体造价，减小人力运输强度，加快工程施工进度，需要设计一种安全经济、运输方便、施工工期短的直线杆塔。而拉线塔以其经济可靠、分件运输、加工安装方便等优点成为首选。
1 设计思路
杆塔设计是架空送电线路工程设计中的重要一环，它直接影响着送电线路的安全运行和本体造价。据统计，杆塔造价约占送电线路工程本体造价的37％。而在送电线路工程中，直线杆塔所占杆塔总数的比重一般达到了80％，对工程的本体造价有着很大的影响，且线路越长，这种影响越明显。因此，在质量确保、安全适用的前提下，设计上应尽量做到技术先进、经济合理。
影响杆塔经济指标的主要要素有气象条件、使用条件、最大呼称高以及杆塔型式。
1．1气象条件的选取
本工程的设计气象条件为湖南省典型气象条件，即最大风速为25 m／s，设计最大覆冰为15 mm，最低气温－10℃，最高气温40℃。
1．2 ZH3拉线门型塔使用条件的确定
1．2．1 导、地线型号及最大使用应力的确定
根据本工程初步设计审查批复文件，导线型号为2xLGJ－300／40，最大使用应力为103 MPa；地线型号为GJ－50，最大使用应力为392 MPa。考虑到送电线路工程中复合光缆（OPGW）的大量采用以及屏蔽地线的应用，同时经计算，地线型号的加大对拉线塔的单基指标影响很小，为了增大ZH3拉线塔的使用范围，决定按导线型号：2xLGJ－300／40，最大使用应力103 MPa；地线型号：LHAGJ－95／55，最大使用应力180 MPa进行计算。
1．2．2 使用档距的确定
通过对省内已投运的同种导线型号的220 kV送电线路进行统计，得出直线塔使用档距的分布概率如下：
水平：0～300 m，25％；300～350 m，21％；350～400 m，25％；400～450 m，24％；450～500 m，5％。
垂直：0～450 m，76％；450～500 m，9％；500～550 m，10％；550～600 m，3％；600～650 m，3％。
考虑到本工程为山区线路，地形复杂，因而不同塔位的水平档距、垂直档距分散性大，而且在很多情况下，由于地形起伏较大，往往出现水平档距未超过设计使用条件而垂直档距已超过设计使用条件的情况。因此将ZH3拉线塔的设计使用档距确定为：水平档距500 m，垂直档距750 m，代表档距400m。
1．3最大呼称高的确定
本线路大部分路径位于山区，地形复杂，经常遇到需要跨越山头以及低压线路的情况，同时随着国家对环境保护力度的加大，也需要减少沿线树木的砍伐量，以利于水土保持。将最大呼称高定得太小，无疑将会制约ZH3拉线塔的使用。但是，将最大呼称高定得过高，又会使全塔的材料指标相应增加，是不大合适的。经试算，在不会导致杆塔单基指标明显增大的前提下，我们将ZH3拉线塔的最大呼称高定为30 m，比省内220 kV送电线路中广泛采用的拉线预应力电杆的最大呼称高提高了3．5 m。
此外，从实际使用档距考虑，在平原地区，没有交叉跨越及地形起伏的情况下，30 m的最大呼称高，使用档距能达到450 m，在山区，考虑地形的利用，使用档距则能达到700 m。因此选择30 m作为ZH3拉线塔的最大呼称高是合适的。
1．4塔型选择及优化设计
1．4．1 塔型选择
塔型选择是杆塔设计的核心。一个铁塔是否安全可靠，结构是否简单合理、经济指标是否先进，外型与环境是否协调、美观，这都决定于铁塔塔型的选择。
拉线塔由塔头、主柱、拉线3部分组成。塔头和主柱一般由角钢组成的空间桁架构成，有着良好的整体稳定性，能承受较大的轴向压力。拉线由高强度钢绞线做成，能承受很大的拉力。这种结构使得拉线塔能充分利用材料的强度特性而减少材料耗用量。拉线塔有拉门塔和拉V塔2种，拉门塔采用交叉拉线，门型主柱。拉V塔采用“八”字型外拉线，V型主柱，拉线范围较拉门塔要大很多，在山区线路中，容易造成拉线超长，拉线弧垂大，难以调紧，运行维护困难，而同等使用条件的拉门塔和拉V塔经济指标相差无几。因此，ZH3拉线塔决定采用外型简洁美观的拉门塔。
1．4．2 塔头尺寸的确定
ZH3拉线门型塔塔头采用酒杯塔塔头型式，导线呈水平排列，这种型式结构简单，迎风面小，是一种成熟的结构形式。
塔头尺寸的确定包括地线线间距离、地线支架高、导线线间距离、导线对塔体的净距离等。塔头尺寸的确定原则是在满足电气间隙要求，满足导、地线水平位移以及上、下层导线的水平、垂直距离，防雷保护角等要求下，结合气象条件、使用条件，尽量减小塔头尺寸，以达到减小走廊，节约钢材的目的。经综合考虑ZH3拉线门型塔地线线间距离确定为11．6 m，地线支架高3．3 m，导线线间距离7．5 m，防雷保护角为20．6°。
1．4．3 塔头结构布置
塔头结构布置也就是通过调节斜材的设置间隔以及正侧面布材形式，来调节主材的计算长度，从而达到减小主材规格、节省材料的目的。
经试算比较，决定地线支架及导线横担主材按最小轴布置，地线支架斜材采用三节间布置。这种形式选择的主材规格较小，且斜材与主材连接均为1个M16的螺栓，省去了节点板，提高了横担的稳定性及承载能力，充分利用了材料的力学性能。
1．4．4 塔身主柱及拉线设计
主柱采用方形截面格构式结构，腹材布置为单腹杆系，主柱与横担及基础的连接采用铰接，考虑到高低腿的配置，杆身长度设计为3 m，4．5 m，6 m3种。
拉线按对地夹角60°、对横担夹角60°以及对地夹角60°、对横担夹角55°分别进行了计算，结论是拉线受力及拉线范围相差无几，拉线选型一致。考虑到拉线对横担夹角60°时电气间隙的裕度大些，同时拉线在垂直线路方向的范围要小27％，在实际使用中更有优势，因此拉线采用对地夹角60°、对横担夹角60°。
1．4．5 几点构造上的改进
通过调整斜材布置节间，使得斜材与主材的连接螺栓为1个，这样就使斜材能伸入主材与主材直接连接，因而增加了主斜材连接点的刚度，从试验成果得知，斜材直接伸入主材连接方式的强度比通常采用节点板连接方式提高了10％～20％，同时减少了节点板，节省了材料。
以往拉门塔主柱主材接头一般采用4根主材在同一截面内接头。这种形式使得主柱刚度在接头处截面产生突变，容易引起应力集中。同时在铁塔安装过程中主柱容易产生超规程变形，变形纠正工作难度很大。本设计中，ZH3拉门塔主柱主材接头采用对角主材接头错开的形式，同一截面内接头只有2个，从而使得主柱刚度分布更趋均匀。同时接头采用内包角钢外包板形式，接头处刚度大大提高，减少了主材接头处位移，包角钢长度减短，螺栓数量减少一半，既保证了接头强度，又节约了钢材，铁塔施工过程中产生的变形也控制在规程允许的范围内。
2 ZH3拉门塔的特点
2．1安全可靠
ZH3拉门塔采用了成熟的杆塔型式，它结构合理，强度可靠，充分利用了材料的力学性能。通过本工程的施工过程检验及投产后近1年的带电运行证明，该塔安全可靠，运行稳定。
2．2 一塔多用
考虑到不同的220 kV送电线路工程，由于输送容量不同，采用的导地线型号也不同。为了扩大ZH3拉门塔的使用范围，根据导线型号为2xLGJ－300／40，地线为LHAGJ－95／55的ZH3拉门塔计算结果，按照省内220 kV送电线路常用导地线型号，对ZH3拉门塔分别进行了验算，换算出对应的使用档距，达到了一塔多用的目的。经换算，ZH3拉门塔可用于地线为LHAGJ－95／55，GJ－55，OPGW7等型号，导线为LGJ－400／50，2xLGJ－300／40，2xLGJ－400／50等型号。
2．3经济环保
随着人们对环境保护意识的日渐增强，政府部门对环境保护提出了越来越高的要求，并先后出台了一系列相关法律、法规来规范人们的行为。这就对环境保护方面的设计提出了更高的要求。
ZH3拉门塔设计有1．5 m，3 m，4．5 m，6 m高低腿，可根据不同地形选用，同时通过配合使用加高基础，能使杆塔基面平基值降为零，省去了塔位平降基工序，减少了降基量与土石方工程开挖量，而且其主柱基础方量小，总计仅1．5 m3，约为自立式铁塔的10％左右，基坑开挖余土少，解决了余土堆放问题，省去了挡土墙，即节约了投资，又使得线路施工对环境的影响降到最低。
通过表1、表2的杆塔本体经济比较结果可以看出，在同等使用条件下，一基ZH3拉门塔的投资约为自立式铁塔的60％。
因此，在山区送电线路工程中大力推广使用拉门塔，不但具有显著的经济效益，还有着很大的社会效益。
2．4加工安装方便
ZH3拉门塔采用分件加工运输，现场组装，加工安装方便。从施工反馈的信息得知，与自立式铁塔比较，ZH3拉门塔还有以下优点：
a．省去了塔位平降基工序；
b．杆塔基础施工方便，基础开挖量及混凝土浇注量小，减少了运输量和施工量，缩短了施工时间；
c．杆塔组立方便，施工安装一基自立式铁塔需要4．5 d时间，而安装一基ZH3拉门塔只需要2
d.这些都说明了ZH3拉门塔在方便施工，加快工程进度方面具有很大的优势。
3 结论
在ZH3拉门塔的设计中，通过对使用条件、塔头尺寸的确定，对塔型选择的优化，对结构布置的优化，选择了一个较优的方案，做到技术先进、经济合理、安全适用，使得整塔钢材指标先进，达到了优化设计的目的。在宁远～曲河220 kV送电线路工程中，全线共计采用ZH3拉门塔15基，节约投资约50万元，取得了较好的经济效益和社会效益。
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