改造某35kV线路工程的方案分析和利用旧塔力学分析

改造某35kV线路工程的方案分析和利用旧塔力学分析

钱玉水

钱玉水

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

本文结合某线路改造的实际情况，浅析施工和运行工况，获得铁塔受力数据，通过力学软件计算，获得杆件受力数据，为设计方案提供理论数据支持，成功为出资方节省大量资金。

1工程基本情况

1.1工程概况

工程位于内蒙古包头市，海拔1000-2000米，基准风速（m/s）地面粗糙度B，轻冰区，导线采用LGJ-240/30型钢芯铝绞线，安全系数为2.5；避雷线采用GJ-50型镀锌钢绞线，安全系数为4.29。经济档距200米。本工程G7，G13为铁塔，使用北京某公司设计的35kV铁塔，G8-G12使用直线水泥杆，G9下方为新规划的旅游公路，旅游公路位于G8号和G9号之间，且距离G9号水泥杆较近，道路开挖后会破坏G9号水泥杆基面。考虑本耐张段直线杆塔使用的是水泥杆，且和道路有交叉跨越，为保证线路安全对本耐张段线路进行改造。

改造要求1，线路全部使用铁塔，2，尽量减少断电施工时间

1.2路径方案的研究和利旧的可行性条件

方案一：按照以往设计经验，报废G7-G13号共7基铁塔。为保证G7小号侧和G13大号侧铁塔不受影响，在G7号塔大号侧延G6G7直线方向新建1基转角塔XG7，在G13号塔小号侧延G14G13直线方向新建1基转角塔XG13，路径依据地形和交叉跨越进行选线后，线路方案如图一所示，但因为G13转角度数仅为10°，XG13距离G13较远时，G14水平和垂直档距超出设计范围，距离较近时，铁塔过于靠近原线路边线，组立铁塔必须断电，对用电户造成较大的影响。

方案二：就是利用G7和G13旧塔，报废G8-G12共5基铁塔。与方案一相比，取消XG13XG7两基铁塔，导地线直接从G7连接XG8，XG12连接G13，如图所示二。使用方案二会造成G7和G13大号侧和小号侧导线夹角度数不相等，如图所示。转角塔铁塔设计工况时，横档与两侧导线的夹角相等，利用旧转角塔会导致导线与横档两侧夹角不等，经过力学分解，导线的水平张力Fa=Fb（设两侧垂直档距相同），Fay=sinαFa，Fby=sinβFb，即Fay≠Fby；整个铁塔新增一个平行地面的弯矩M，必须对此种情况单独进行验算。

2设计验算

2.1方案二力学分析

G7小号侧导地线与横档垂直方向夹角是原线路夹角，为α=16°，大号侧导地线与横档垂直方向夹角是新建线路角度，β=10°，产生额外扭力为sin16Fb-sin10Fa。G13大号侧导地线与横档垂直方向夹角是原线路夹角，α=9°，小号侧导地线与横档垂直方向夹角是新建线路角度，为β=-4°，产生额外扭力为sin9Fb-sin-4Fa，如图所示。

2.2方案二各工况负荷数据整合

铁塔数据计算基于ttt软件，负荷数据基于xxxx软件，

根据xxxx软件界面要求输入导线和档距和风速等参数，导出荷载数据；因现有软件并不能单独考虑大小号侧角度不同的情况，需分开输入，再把两组输出数据删减后整合到一起。

1.导出G7负荷数据

第一遍输入原转角度数2α（32°），生成节点作用力，再输入2β（20°），获得另一侧节点作用力，根据实际受力情况，将两组作用力合并，具体操作如下：

横档挂点（节点10，节点11）转角2α°各工况负荷数据

X10α1，Y10α1，Z10α1-----------------------------工况1

X10α2，Y10α2，Z10α2-----------------------------工况2

……

X11α1，Y11α1，Z11α1-----------------------------工况1

X11α2，Y11α2，Z11α2-----------------------------工况2

……

横档挂点（节点10，节点11）各工况数据

X10β1，Y10β1，Z10β1-----------------------------工况1

X10β2，Y10β2，Z10β2-----------------------------工况2

……

X11β1，Y11β1，Z11β1-----------------------------工况1

X11β2，Y11β2，Z11β2-----------------------------工况2

……

将两组作用力核减后合并，得实际铁塔作用力

X10β1，Y10β1，Z10β1-----------------------------工况1

X10β2，Y10β2，Z10β2-----------------------------工况2

……

X11α1，Y11α1，Z11α1-----------------------------工况1

X11α2，Y11α2，Z11α2-----------------------------工况2

……

2.导出G13负荷数据

因小号侧角度为由右转变为左转，和G7一样，输入负荷角度时，按2α（18°）和2β（-8°），因软件无法实现-8°数据输入，在此，可以将-8°设置成8度，待输出有效荷载数据时，根据塔头受力情况，对Y方向数据进行方向修改，具体操作如下：

节点10点转角2α°各工况数据

X10α1，Y10α1，Z10α1-----------------------------工况1

X10α2，Y10α2，Z10α2-----------------------------工况2

……

X11α1，Y11α1，Z11α1-----------------------------工况1

X11α2，Y11α2，Z11α2-----------------------------工况2

……

节点10点转角2β°（8°）各工况数据

X10β1，Y10β1，Z10β1-----------------------------工况1

X10β2，Y10β2，Z10β2-----------------------------工况2

……

X11β1，Y11β1，Z11β1-----------------------------工况1

X11β2，Y11β2，Z11β2-----------------------------工况2

……

将两组作用力核减后合并，得实际铁塔作用力

X10α1，-Y10α1，Z10α1-----------------------------工况1

X10α2，-Y10α2，Z10α2-----------------------------工况2

……

X11β1，Y11β1，Z11β1-----------------------------工况1

X11β2，Y11β2，Z11β2-----------------------------工况2

……

以上数据为一个横档受力荷载数据，将修改后的工况整合代入铁塔计算数据，通过ttt软件验算，通过验算会出现三种情况，

1铁塔主材角钢和辅助材角钢均未超出使用条件，可直接利旧；

2铁塔主材角钢未超出使用条件，部分辅助材角钢超出使用条件，更换超条件辅助材角钢；

3铁塔主材角钢超出使用条件，利旧方案不成立。

本次验算G7和G13均发现杆件受力超过使用条件情况，铁塔使用是安全的，通过本次改造，由原先的新建7基铁塔，改为新建5基铁塔，铁塔数量减少28%，为工程减少造价30%以上。

总结

1.“1”型转角最大受力为20°，“2”型转角最大受力在40°，本工程转角度数未出现极限情况，为方案二通过验算成为可能。

2.经过力学分析，结合软件工作原理，通过拆解和合并，获得工况作用力数据，避免了复杂的数据处理过程。

3.通过本次改造，由原先的新建7基铁塔，改为新建5基铁塔，铁塔数量减少28%，为工程减少造价30%以上，大大减少改造成本，同时减少断电施工时间。