特型钢管杆在输电线路交叉跨越中的设计与应用

特型钢管杆在输电线路交叉跨越中的设计与应用

龚锴

（广州艾博电力设计院有限公司广东广州510080）

摘要：由于城镇用电负荷越来越大，越来越多的高压输电线路密布在城镇周围，不同电压等级的输电线路之间经常发生交叉跨越，此时就需要设计特殊型号的钢管杆来架设导线，实现交叉跨越。本文以实际工程为例，就两种特殊型号钢管杆在输电线路交叉跨越中的设计与应用进行探讨，希望能够为电力行业的发展提供有价值的参考意见。

关键词：输电线路；高跨钢管杆；门型钢管杆；

1.引言：

随着我国城镇建设快速发展，用电需求日益增大，需要建设的高压输电线路越来越多，经常会有新建的高压输电线路与已建的高压输电线路发生交叉跨越。

由于输电线路交叉跨越时，必须是高电压等级输电线路在上方，低电压等级输电线路在下方，例如新建220kV输电线路必须是跨越已建110kV输电线路，新建110kV输电线路必须是钻越已建220kV输电线路。

受现场实际条件限制，当被跨越的110kV输电线路相对高度很高，被钻越的220kV输电线路相对高度很低时，这样在城镇地区就需要设计可以实现高跨的220kV高跨钢管杆和实现钻越的110kV“门”型钢管杆。

2.220kV双回路高跨钢管杆设计与应用

沙塘～杨柳220kVⅠⅡ线改造工程中，新建220kV线路在220kV杨柳变电站出线后与已建的110kV线路有交叉跨越，110kV线路相对高度达到40米；又由于新建220kV线路杆塔要设立在工业园区规划道路的绿化带上，绿化带宽约3.0米，因此在本跨越段设计了呼高达到51米的220kV双回直线高跨钢管杆。

2.1设计条件

杆型设计条件为：导线采用2×JL/G1A-630/45钢芯铝绞线；地线一根采用JLB40-150铝包钢绞线；另一根采用OPGW-36芯光缆；双回路导线均垂直排列；最大风速为23.5m/s；覆冰为0mm；

水平档距为150米；垂直档距为250米；转角度数为0度；呼称高度为51米。

2.2优化设计

本工程钢管杆采用单杆设计，主杆截面为正十二边形，主杆钢材材质采用Q420，主杆分为八段，段与段之间采用法兰连接。

钢管杆的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，钢管单杆控制工况一般由承载能力极限状态控制，即弯曲强度控制，多边形的弯曲强度计算公式为：

MC/I≤fa

（1）对于正十二边形结构，当W/t≤610/时，多边形构件压变局部稳定的强度设计值fa=f；

（2）对于正十二边形结构，当610≤W/t≤925时，fa=1.45f（1.0-0.000507W/t）。

式中：fa为多边形构件压弯局部稳定的强度设计值；W为多边形每条边的平直宽度；t为主杆壁厚；f为钢材的强度设计值。

由计算可知，本直线高跨钢管杆挠度很小，且主杆段与段之间采用法兰连接，刚度大，因此控制工况为承载能力极限状态控制，即弯曲强度控制。由于Q420钢材屈服强度大，抗拉抗弯强度大，采用Q420高强钢可有效减小主杆壁厚，减轻主杆重量。经对比，主杆采用Q420钢比采用Q345钢重量可减少20%，从而大大节省本体投资，且主杆壁厚减小还有利于将钢板冲压成多边形，方便加工制造，主杆重量变轻，便于杆塔安装施工。因此经优化设计，本钢管杆主杆采用Q420高强钢

2.3设计应用

本双回直线钢管杆塔呼称高度达到51米，全高近70米，不仅可以跨越相对40米高的110kV输电线路，且占地面积小约，在城郊具有良好的适应性；主杆采用Q420高强钢，可节省约20%的钢材，有良好的经济效益价值；杆身辅助设施设计了护笼式爬梯及导轨式防坠落装置，并且在主杆中间设计了休息平台，运维更安全便捷。

3.110kV双回路“门”型钢管杆设计与应用

两所屯220kV变至小寨110kV变双回110kV线路工程，新建的110kV线路要钻越已建的220kV线路，220kV线路导线离地面相对高度只有16米，因此在本交叉跨越段设计了呼高10米全高13.3米的110kV双回“门”型钢管杆。

3.1设计条件

杆型设计条件为：导线采用1×JL/G1A-300/40钢芯铝绞线；地线一根采用JLB40-80铝包钢绞线；另一根采用OPGW-24芯光缆；双回路导线均水平排列；最大风速为25m/s；覆冰为10mm；

水平档距为150米；垂直档距为250米；转角度数为0-30度；呼称高度为10米。

3.2优化设计

本工程钢管杆采用双杆设计，主杆截面为正十二边形，主杆钢材材质采用Q345，主杆分为3×2段，段与段之间采用法兰连接。

钢管杆的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态，转角的钢管双杆控制工况是由两类极限状态控制，即由弯曲强度和变形（挠度）控制，多边形的弯曲强度计算上面已经阐述，下面结合实际情况阐述钢管杆的变形（挠度）：

《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DL/T5130-2001）中规定：在荷载的长期效应组合（无冰，风速5m/s及年平气温）作用下，钢管杆杆顶的最大变形挠度不应超过下列数值：

110kV转角和终端杆：不大于20‰（σ/h≤20‰）

根据目前国内一些著名钢管杆制造厂家制造标准及已运行输电线路上的钢管杆现状，笔者认为以上规程限值过于宽松，钢管杆设计挠度值达到20‰时，运行几年之后，视觉上感觉整个杆身有明显倾斜，考虑输电线路的美观及环境协调，笔者认为转角钢管杆挠度宜控制在10‰-12‰较为合适。

由计算可知，本钢管杆挠度值控制在为11.5‰时，承载能力极限状态和正常使用极限状态基本同时到达临界状态，即同时满足弯曲强度和变形值，充分利用了钢材和钢管结构的的性能。由于变形（挠度）也是控制工况，此时钢管杆主杆钢材采用Q345钢材即可。采用Q420高强钢虽可有效减少钢管壁厚，满足弯曲强度，但同时也减小了钢管主杆的刚度，不满足钢管杆变形（挠度）值，因此不推荐采用Q420高强钢。

3.3设计应用

本双回“门”型钢管杆塔呼称高度只有10米，全高只有13.3米，根据现场实际情况可以钻越离地只有16米高的220kV输电线路。本双回“门”型钢管杆塔双回路导线全部采用水平排列，在覆冰地区，可避免输电线路因上下导线不均匀脱冰而造成的闪络事故。但由于本双回“门”型钢管杆两边最外侧导线间距离达到16米，线路走廊宽度是传统的单杆钢管杆的2倍，在城镇地区使用有一定的局限性。

110kV双回路“门”型钢管杆简图

4.结论

随着我国城镇快速发展，越来越多的输电线路会密布在城镇周围，交叉跨越会越来越多，高跨和低钻的特型钢管杆设计有着重要意义。特型钢管杆设计应结合现场实际情况，首先是设计出符合实际输电线路交叉跨越需要的钢管杆，并且根据实际的外荷载对杆塔结构进行优化设计，做到安全可靠、经济适用。

参考文献：

（1）《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010；

（2）《架空送电线路钢管杆设计技术规定》DL/T5130-2001；

（3）《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154-2012；

（4）《钢结构设计规范》GB50017-2003

（5）杨靖波、李茂华等我国输电线路杆塔结构研究新进展

（6）高贺男浅谈高压输电线路钢管杆结构优化设计