浙江省输电线路杆塔通用设计深化应用技术原则.docx
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浙江省输电线路杆塔通用设计深化应用技术原则
浙江省输电线路杆塔通用设计深化应用技术原则
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1、设计原则
铁塔的设计和结构计算遵循以下原则:
(1)铁塔设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法;
(2)基本风速、设计冰厚重现期按30年考虑;
(3)四回路铁塔结构重要性系数γ0取,其它塔型取。
(4)满足适用于电力送电线路工程项目的法令、法规、标准、规程、规范、规定等的最新有效版本。
主要标准如下:
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)
《输电线路铁塔制图和构造规定》(DL/T5442-2010)
《110kV~750kV架空输电线路设计规范》(GB50545-2010)
《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2012)
《重覆冰架空输电线路设计技术规程》(DL/T5440-2009)
(5)本次深化应用对国网通用设计的220kV角钢塔进行全面校核,形成计算书、计算数据、单线图、加工图和汇总表等成果。
(6)本次深化应用对国网通用设计的110kV角钢塔和钢管杆进行全面校核,修改不满足浙江省内使用要求的地线保护角,增加全方位塔型,同时调整杆塔呼高弥补呼高不足的问题,形成计算书、计算数据、单线图、加工图和汇总表等成果。
(7)杆塔校核应按附件一要求进行。
2、气象条件
本次通用设计各子模块中的其他气象要素组合,应根据各子模块的基本风速和覆冰厚度,结合浙江省典型气象区参数进行确定。
最低气温取-10℃,安装温度取-5℃,大风气温取15℃。
考虑初伸长导线降温-15℃,地线-10℃。
塔型规划设计需考虑的四个工况:
外过电压(雷电工况)、内过电压(操作工况)、工频电压(大风工况)、带电作业。
操作过电压和雷电过电压的风速按《110kV~750kV架空输电线路设计规范》(GB50545)中的详细规定进行取值,其他工况的风速不必按导线高度进行折算,按该规范中规定取值即可。
跨越塔的雷电过电压风速与相应Ⅰ~Ⅳ型直线塔的雷电过电压风速取一致。
3、导线和地线
110~220kV导线安全系数取,年平均运行张力25%,其中110kV钢管杆导线安全系数取8;110kV窄基塔导线安全系数取。
计算地线荷载时,按导电率为20选取地线参数;计算地线支架高度、校核导地线间隙时,按导电率为40选取地线参数。
地线安全系数、年平均运行张力百分数的选择应根据不同的电压等级、不同的覆冰厚度、导地线配合、荷载计算等具体条件确定,但地线安全系数应大于导线安全系数。
仅在覆冰工况地线支架强度计算时,考虑地线覆冰较导线增加5mm覆冰设计,断线工况不考虑增加5mm覆冰。
地线按安全系数法计算荷载,JLB20A-150安全系数取、JLB20A-120安全系数取、JLB20A-100安全系数取。
110kV钢管杆地线安全系数取,窄基钢管塔地线安全系数取。
同时,为提高通用设计的适用性,本次通用设计的地线设计按照两根地线一侧架设OPGW光缆、一侧架设地线考虑,OPGW侧荷载同另一侧地线荷载。
导线技术参数及机械特性
导线名称
钢芯铝绞线
钢芯铝绞线
钢芯铝绞线
钢芯铝绞线
钢芯铝绞线
钢芯铝合金绞线
导线型号
JL/G1A-240/40
JL/G1A-300/25
JL/G1A-300/40
JL/G1A-400/35
JL/G1A-630/45
JLHA2/G1A
-300/50
总截面
674
直径(mm)
单位重量(kg/km)
计算拉断力(N)
83760
83760
92360
103670
150450
144020
最大破坏张力(N)
79572
79572
87742
98487
142928
136819
综合弹性系数(MPa)
76000
65000
73000
65000
63000
76000
综合膨胀系数(×10-61/℃)
地线技术参数及机械特性
地线名称
铝包钢绞线
铝包钢绞线
铝包钢绞线
铝包钢绞线
铝包钢绞线
铝包钢绞线
地线型号
JLB20A-100
JLB40-100
JLB20A-120
JLB40-120
JLB20A-150
JLB40-150
总截面
直径(mm)
单位重量(kg/km)
计算拉断力(kN)
121660
61740
146180
74180
178570
90620
最大破坏张力(N)
115577
58653
138871
70471
169652
86089
综合弹性系数(MPa)
147200
103600
147200
98100
147200
103600
综合膨胀系数(×10-61/℃)
4、电气部分
(1)绝缘配合
绝缘配置的污区按2.8cm/kV设计,建议2.8cm/kV及以下可以采用玻璃或瓷质绝缘子,2.8cm/kV以上采用合成绝缘子。
防雷要求的绝缘子片数,应综合下述因素进行片数取值。
a)按照《110~750kV架空输电线路设计规范》,在海拔高度1000m以下地区,操作过电压及雷电过电压要求的悬垂绝缘子串绝缘子片数;
电压等级(kV)
220
110
基本片数
13
7
结构高度(mm)
146
146
b)为保持高塔的耐雷性能,全高超过40m有地线的杆塔,高度每增加10m,应比表7.0.2增加1片相当于高度为146mm的绝缘子。
铁塔全高
220kV
110kV
<50m
13(对应雷电间隙1.9m)
7(对应雷电间隙)
50-60
14(对应雷电间隙1.9m)
8(对应雷电间隙)
60-70
15(对应雷电间隙1.9m)
9(对应雷电间隙)
70-80
16(对应雷电间隙2.0m)
10(对应雷电间隙)
80-90
17(对应雷电间隙2.1m)
11(对应雷电间隙)
c)按污区配置绝缘,采用不同的绝缘子型式,在2.8cm/kV污区条件下所采用的片数如下(耐污玻璃绝缘子有效爬电系数取,其余取)
电压等级(kV)
220
110
绝缘子强度(kN)
120
70
结构高度(mm)
146
146
盘径(mm)
280/320
280/320
爬电距离(mm)
450/550
450/550
型式
双伞瓷/耐污玻璃
双伞瓷/耐污玻璃
绝缘子片数选择
14/14
7/7
绝缘子总高度
2044mm
1022
根据《110~750kV架空输电线路设计规范》6.0.9在易发生严重覆冰地区,宜采取增加绝缘子串长和采用V型串、八字串。
(2)铁塔相邻导、地线间和垂直排列的上下导线之间的水平偏移应满足规范要求。
水平偏移取值(m)
电压等级
110kV
220kV
设计冰厚10mm
设计冰厚15mm
为了减小到转角因素对偏移值的影响,新规划设计塔型,Ⅲ型(40-60°)转角塔偏移值较上表增加,Ⅳ型(60-90°)转角塔偏移值较上表增加。
重冰区杆塔导地线偏移按照规范取值。
(3)设计塔头时,双分裂子导线应兼顾水平排列和垂直排列方式。
110kV双分裂导线子导线间距400mm,220kV双分裂导线子导线间距600mm。
(4)导线垂直排列时,相邻导线间最小垂直线间距离不小于水平线间距离计算值的75%。
双回路不同回路的不同相导线间的最小水平(或垂直)距离应较水平线间距离(或垂直)间距计算值大。
(5)转角塔内、外侧跳线串安装原则
根据浙江省电力公司文件(浙电运检【2012】1322号):
关于加强电网设备抵御台风能力工作实施意见的通知,对处于风速达到31m/s及以上地区的110千伏、220千伏线路,耐张塔无论内角外角侧,均应安装固定式防风偏绝缘子。
对31m/s及以上风区大转角塔内侧横担可能有所影响,需校核横担长度,必要时设置跳线支架。
转角度数
转角外侧
转角内侧
31m/s以下风区
31m/s及以上风区
0~20
单串
单串
单串
20~40
单串
/
单串
40~60
双串
/
单串
60~90
双串
/
单串
(6)串长取值
110kV铁塔:
校核的塔型I、II、K型直线塔串长,III型直线塔;
新规划设计建议I、II、K型直线塔串长,III型直线塔。
耐张串串长:
对2×300分裂导线取,对单导线取。
跳线串:
固定式防风偏跳串串长,直跳跳线弧垂,单跳串跳线弧垂,双跳串跳线弧垂。
220kV铁塔:
直线串长。
V串夹角取值,(大风工况摇摆角-7度)x2。
耐张串串长:
。
跳线串:
固定式防风偏跳串串长,直跳跳线弧垂,单跳串跳线弧垂,双跳串跳线弧垂。
(7)间隙圆
电气间隙圆应计算工频电压(大风)、内过电压(操作过电压)、外过电压(雷电过电压)、带电作业四种工况。
绘制间隙圆图时,绝缘子串长度按实计算,选用重量较轻的合成绝缘子计算各工况下的摇摆角,并按下导线和导线侧的均压环分别检查塔头的电气间隙。
计算直线塔悬垂串风偏角时,除跨越塔外,各塔型均以下导线为基准高度(110~330kV下导线平均高度取15m,跨越塔的下导线基准高度取40m),由此分别推算下、中、上导线高空风压系数。
在铁塔塔头设计中绝缘子串风偏计算时,风压不均匀系数α当基本风速≥27m/s时,取,当20≤基本风速<27m/s时取,当基本风速<20m/s时取。
在具体工程校验杆塔电气间隙时风压不均匀系数α随水平档距变化取值。
计算悬垂绝缘子串风偏角时,采用复合绝缘子计算。
计算跳线串风偏角时,按倍风速计算风荷载,跳线串考虑采用防风偏合成绝缘子,大风时风偏角取15°,雷电过电压、带电作业风偏角取5°。
绘制铁塔间隙圆图时,应考虑塔头宽度的影响,在子导线的下导线处增加垂直下偏量和水平偏移量,然后在此基础上绘制间隙圆。
110kV平地塔型,下偏量取200mm,水平偏移量取150mm;山地塔型,下偏量取300mm,水平偏移量取200mm。
220kV平地塔型,下偏量取300mm,水平偏移量取200mm;山地塔型,下偏量取600mm,水平偏移量取300mm。
杆塔复核时,按新间隙圆进行校核,但对不满足要求的杆塔塔头尽量不做修改,而是提出其使用限制条件。
220kV,导线对横担的间隙裕度取200mm;导线对塔身的间隙有脚钉处取300mm,其余部位取200mm。
110kV,导线对横担的间隙裕度取150mm;导线对塔身的间隙有脚钉处取250mm,其余部位取150mm。
(8)地线保护角
按满足浙江地区使用要求进行修改,110~220kV单回路导线防雷保护角不大于10度,双回路导线防雷保护角不大于零度。
5、联塔金具统一
联塔金具应结合国网通用金具串的连接方式。
110kV单导线1x300的联塔金具如下表
导线
地线
跳线
直线塔
ZBS-07/10-80
(M18,L=45)
挂线角钢开孔3φ20,间距300
UB-1080
(M18,L=45)
挂线角钢开孔1φ20
/
转角塔
U-1695(M24,C=24)
挂线孔φ26
预留2组安装孔φ26
U-1085(M18,C=20)
挂线孔φ20,预留2组安装孔φ20
UB-0770
(M16,L=45)
挂线角钢开孔3φ20
110kV导线2x300的联塔金具如下表
导线
地线
跳线
直线塔
ZBS-07/10-80
(M18,L=45)
挂线角钢开孔3φ20,间距300
UB-1080
(M18,L=45)
挂线角钢开孔1φ20
/
转角塔
U-32115(M30,C=32)
挂线孔φ32
预留2组安装孔φ26
U-1085(M18,C=20)
挂线孔φ20,预留2组安装孔φ20
UB-0770
(M16,L=45)
挂线角钢开孔3φ20
220kV导线2x400联塔金具如下表
导线
地线
跳线
直线塔
V串:
U-21S(M24,C=26);
I串:
LT-21S(M24,L=80)、ZBS-21S(M24,L=64)、UB-21B(M24,L=60)满足其中之一
UB-12T(M22,L=45)
/
转角塔
U-32S(M30,C=32)
U-12(M22,C=24)
覆冰大于15mmU-16S(M24,C=22)
UB-10(M18,L=45)
220kV导线2x630联塔金具如下表
导线
地线
跳线
直线塔
V串:
U-21S(M24,C=26);
I串:
LT-21S(M24,L=80)、ZBS-21S(M24,L=64)、UB-21B(M24,L=60)满足其中之一
UB-12T(M22,L=45)
/
转角塔
U-42S(M36,C=38)
U-12S(M22,C=22)
覆冰大于15mmU-16S(M24,C=22)
UB-10(M18,L=45)
6、杆塔规划
主要针对新增的110kV轻冰区塔型。
考虑到山地使用,适当增加使用档距,同时解决转角塔呼高不足的问题。
校核原塔则按原规划设计条件校验。
(1)直线塔:
采用“三塔+跨越塔”即“3+1”系列,采用全方位长短腿型式。
跨越塔按相应模块的II型塔的设计条件规划,呼高应与II型塔呼高衔接,避免漏档和重复。
(2)耐张塔:
划分为0~20、20~40、40~60、60~90四个角度系列,最大呼高30m。
(3)终端塔:
单独设计终端塔,按0~40、40~90两个角度系列,最大呼高30m。
轻冰区双回路塔型规划表
杆塔名称
水平档距
(m)
垂直档距
(m)
Kv值
转角度数
(°)
呼高
(m)
计算高度
(m)
极限档距
(m)
导线最小层高(m)
SZC1
350
450
15~30
27
/
/
SZC2
450
700
15~30
27
640
SZC3
600
900
15~36
33
800
SZCK
450
700
33~51
51
/
SJC1
450
1000
0~20
15~30
30
750
SJC2
450
650
20~40
15~30
30
750
SJC3
450
650
40~60
15~30
30
750
SJC4
450
650
60~90
15~30
30
750
SDJC1
350
550
0~40
15~30
30
750
SDJC2
350
550
40~90
15~30
30
750
注:
耐张塔导线层高根据极限档距,按“耐张塔-耐张塔”推算
中冰区双回路塔型规划表
杆塔名称
水平档距
(m)
垂直档距
(m)
Kv值
转角度数
(°)
呼高
(m)
计算高度
(m)
极限档距
(m)
导线最小层高(m)
SZC1
350
450
15~30
27
/
/
SZC2
450
700
15~30
27
650
SZC3
600
900
15~36
33
800
SZCK
450
700
33~51
51
650
SJC1
450
1000
0~20
15~30
30
770
SJC2
450
700
20~40
15~30
30
770
SJC3
450
700
40~60
15~30
30
770
SJC4
450
700
60~90
15~30
30
770
SDJC1
350
550
0~40
15~30
30
770
SDJC2
350
550
40~90
15~30
30
770
注:
耐张塔导线层高根据极限档距,按“耐张塔-耐张塔”推算
四回路塔型规划表
杆塔名称
水平档距
(m)
垂直档距
(m)
Kv值
转角度数
(°)
呼高
(m)
计算高度
(m)
极限档距
(m)
导线最小层高(m)
SSZC1
350
450
18~30
27
/
/
SSZC2
450
700
21~36
33
650
SSZC3
600
900
21~42
39
850
SSZCK
450
700
39~51
51
650
SSJC1
450
1000
0~20
18~30
30
750
SSJC2
450
650
20~40
18~30
30
750
SSJC3
450
650
40~60
18~30
30
750
SSJC4
450
650
60~90
18~30
30
750
SSDJC1
350
550
0~40
18~30
30
750
SSDJC2
350
550
40~90
18~30
30
750
注:
耐张塔导线层高根据极限档距,按“耐张塔-耐张塔”推算
110kV重冰区模块系列杆塔规划使用条件表
塔型
呼称高
水平档距
垂直档距
Kv/转角度数
计算高度
ZBC1
21-39
300
500
36
ZBC2
21-42
400
700
36
JC1
18-33
400
1200
0~20°
33
JC2
18-33
400
800
20°~40°
33
JC3
18-33
400
800
40°~60°兼分界
33
注:
全方位塔长短腿极差,呼高按一档。
7、铁塔结构布置
(1)为了增加铁塔顺线路的刚度,所有铁塔采用方形断面。
(2)为了确保铁塔的抗扭刚度,隔面设置按不大于5倍平均宽和4个主材节间分段。
(3)塔腿主材与斜材的夹角不得小于18°,宜控制在20°以上。
(4)横担末端夹角不得小于15°。
8、荷载计算
主要是对一些参数取值进行统一,避免不同设计人员取值偏差过大。
110kV具体软件计算按附件二中的截图。
直线塔计算各工况张力代表档距按水平档距数值取。
校验时,耐张塔计算各工况张力代表档距按200/450计算,新设计塔型(使用档距加大),耐张塔计算各工况张力代表档距按200/550计算。
直线塔导线风荷载计算时,按导线的平均高度计算风压高度系数。
110kV铁塔按以下原则计算导线弧垂:
I型350m,II型400m,III型450m。
220kV铁塔按以下原则计算导线弧垂:
I型350m,II型400m,III型500m。
直线塔水平荷载前后侧按4:
6分配,;110kV垂直荷载按3:
7分配,220kV垂直荷载按4:
6分配。
耐张塔水平荷载前后侧按3:
7分配,垂直荷载按2:
8分配;考虑一侧上拔一侧下压时,水平荷载前后侧按4:
6分配,上拔侧垂直荷载按设计垂直荷载的50%,下压侧垂直荷载按设计垂直荷载的80%。
终端塔计算时,建议除了计算正常的终端工况外,另外将相应转角范围的转角塔荷载一并导入,如0~40度终端,除了可以当作0~40度终端塔外,还可以当作0~40度转角使用。
考虑上拔情况,50%负垂直档距。
杆塔均应考虑分期架设工况。
增加新规范中转角塔45度斜向风吹工况和埃菲尔效应验算。
9、满应力计算过程中的一些主要事项
(1)铁塔风振系数z
a)塔型全高≤60m:
铁塔全高(m)
30
40
50
60
z
b)60m<塔型全高≤100m:
杆塔风振系数βZ
横担、地线支架
横担、地线支架≤60m,取
60<横担、地线支架≤100m,取
身段高m
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
βZ
计算基础作用力的杆塔风振系数βZ
横担、地线支架
横担、地线支架≤60m,取
60<横担、地线支架≤100m,取
身段高m
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
βZ
注:
①中间值按插入法计算;
②基础的z取对杆塔效应的50%,即z基础=(z杆塔-1)/2+1。
c)超过60米的非双回路塔验算时风振系数按原设计条件取值,或按全塔统一取值。
(2)窄基钢管塔风振系数z
对窄基钢管塔而言,横担及与横担相连的塔身中柱的风振系数均较大,而变坡以下的塔身风振系数相对较小。
因此,结合1000kV特高压风振系数的计算经验,按照窄基钢管塔的不同部位分别推荐塔头(变坡以上)和塔身(变坡以下)的风振系数取值,如表1、表2所示。
表1窄基钢管塔塔头(变坡以上)风振系数βz
上横担及以上塔身
中横担及以上塔身
下横担及变坡以上塔身
注:
对于四回路塔,上面三层横担的塔头风振系数可按表1取值;下面三层横担的塔头风振系数取。
表2窄基钢管塔塔身(变坡以下)风振系数βz
塔身分段高度(m)
10
20
30
40
50
βz取值
注:
中间值按插入法计算。
(3)挡风面积、自重的增大系数
道亨的程序中,已经考虑的补助材的影响因素,因此取值不宜过大。
正侧面挡风面积增大系数取10%,自重增大系数取30%。
优选或调整杆件规格后必须重新计算。
(4)结构计算时应力比控制,新设计的塔型最大应力控制取96%。
校验塔型构件最大应力比控制105%,螺栓控制最大应力比在110%以下。
(5)补助材计算,统一采用道亨中的节点平衡法计算
(6)基础作用力,填入基础对应的风振系数计算,塔脚板及地脚螺栓按此计算。
(7)校验时,需校核构件的应力比、长细比、连接螺栓是否超限
(8)积极采用高强钢,角钢规格L125x10及以上采用Q420高强钢。
(9)塔脚底板、塔脚靴板材质采用Q345,靴板厚度一般不小于主材肢厚(除L200x24可选择20、22外)
(10)螺栓级别:
M16和M20螺栓为级,M24螺栓为级。
肢宽180及以上角钢接头用M24螺栓。
(11)统一文件,角钢选型时,尽量避免选用不常用的规格,如L45x3、L56x6、L70x7等
10、其它
(1)统一套国网通用设计图框,在最终版的加工图中加入“浙江2015深化版”字样,以示区别。
如下:
(2)地线横担设置引流孔,如下图所示
(3)脚钉布置在#1,#4腿
(4)所有转角塔横担预留3组跳线孔
(5)所有转角塔塔身上部预留地线挂孔,可作双变单用(使用时必须校核)。
11、附件
附件一:
铁塔校核内