110kV500kV输电线路杆塔标准设计第一部分总论1.docx
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110kV500kV输电线路杆塔标准设计第一部分总论1
第一部分总论
1概述
标准设计V1.0继续采用模块化思路；整体框架分层级，使体系结构更加清晰，应用更为方便。
模块的数量根据已制定的建设规划进行调整，编制深度较2011年版有所突破，其主要特点包括：
1）杆塔模块库进一步完善，达到使标准模块覆盖率逐年提高的应用效果；
2）整体框架设置四层，设计深度逐层加深，不同设计阶段选择应用不同层级或其组合的设计成果；
3）模块深度达到施工图设计，实现杆塔施工图与司令图的一一对应，使标准设计能统一、规范、直接应用于施工图阶段。
110kV～500kV输电线路杆塔标准设计的总体原则为智能、高效、可靠、绿色，其设计思路主要包括：
1）严格执行国家和电力行业有关规程、规范及国家有关强制性条文，符合南方电网公司企业标准及反事故措施等要求；
2）结合南方电网的实际情况及运行特点，贯彻绿色设计理念，运用先进设计手段，力求安全、经济、智能、高效，体现标准设计的科学性和统一性，并融入企业文化内涵，凸显南方电网公司企业文化特征；
3）采用模块化结构进行设计，对影响杆塔设计的因素进行组合，形成不同设计条件的模块。
实际使用中，根据工程具体情况选择相应模块；
4）杆塔设计标准化，统一设计依据、设计流程，统一材料属性、型钢规格，统一运行设施构造要求。
2设计范围
本版标准设计主要是对南方电网公司电网基建项目所需的110kV、220kV和500kV三个电压等级的输电线路杆塔进行标准化、系列化设计工作。
由于大跨越工程有其特殊性，需结合工程的实际情况进行“量身订做”，故不在标准设计的范围。
考虑到110kV和220kV在城区线路部分沿绿化带走线需采用钢管杆,标准设计除传统的空间立体桁架式铁塔外，还包含部分110kV、220kV的钢管杆。
杆塔标准设计深度达到G3层杆塔结构图，满足施工图阶段的要求。
工作内容主要包括：
1）将2011版标准设计已完成的大部分模块的司令图深化为施工图；2）完成2012年下半年至2013年所需新增模块的司令图和施工图设计。
3设计原则
3.1主要技术原则
3.1.1基本风速
按照新颁布的《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010），结合南网五省的实际情况，500kV基本风速取值27m/s～39m/s，220kV和110kV基本风速取值23.5m/s～37m/s，考虑到经济性、安全性和通用性，标准设计的基本风速取值按23.5m/s～39m/s范围考虑，按2m/s逐级递增。
为便于统计对比，将离地面10m高的基本风速风区与110kV～500kV导线平均高度处的折算风速列于下表：
表3.1-1基本风速分区表（m/s）
基本风速分区
23.5
25
27
29
31
33
35
37
39
500kV
20m平均高
折算风速
/
/
30.2
32.4
34.6
36.9
39.1
41.3
43.6
220kV
110kV
15m平均高折算风速
25
26.7
28.8
30.9
33.1
35.2
37.3
39.5
41.6
在具体设计中，计算杆塔荷载时根据导地线平均高度和杆塔分段高度的不同，以离地10m高为基准考虑增大系数即风压高度变化系数（z）。
3.1.2覆冰取值
考虑2008年冰灾后工程设计冰厚的取值情况，标准设计将110kV～500kV线路覆冰厚度划分为：
无冰、10mm、15mm、20mm（重）和30mm。
具体设计中，应根据南网五省各地区气象条件特点，合理确定风冰气象组合。
3.1.3导线截面
根据南网五省电网规划，综合考虑现有工程及远期规划中的导线截面选择情况，确定标准设计各电压等级导线截面选取的主要原则如下：
500kV线路：
主要考虑4×300mm2、4×400mm2、4×500mm2、4×630mm2、4×720mm2截面导线；
220kV线路：
主要考虑2×240mm2、2×300mm2、2×400mm2、2×500mm2、2×630mm2、4×300mm2截面导线；
110kV线路：
主要考虑1×185mm2、1×240mm2、1×300mm2、1×400mm2、1×500mm2和1×630mm2截面导线。
110kV～500kV导线安全系数取值应满足相关规程规范。
在确定导线型号时，需根据不同气象条件组合，选择合适铝/钢截面比的钢芯铝绞线型号，常用的型号如表2.1-2所示；设计冰厚30mm的重冰区，应通过选型方案比较后选取合适的钢芯铝合金导线。
表3.1-2 常用钢芯铝绞线型号
设计冰厚0mm
JL/G1A-185/25、JL/G1A-240/30、JL/G1A-300/40、JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45、ACSR-720/50
设计冰厚10mm
JL/G1A-185/25、JL/G1A-240/30、JL/G1A-300/40、JL/G1A-400/35（或400/50）、JL/G1A-500/45、JL/G1A-630/45
设计冰厚15mm
JL/G1A-185/30、JL/G1A-240/40、JL/G1A-300/40、JL/G1A-400/50、JL/G1A-500/45
设计冰厚20mm
JL/G1A-185/45、JL/G1A-240/40、JL/G1A-300/50、JL/G1A-400/50、JL/G1A-500/45
3.1.4地线
220kV、500kV一般采用JLB-150铝包钢绞线；
110kV一般采用JLB-100铝包钢绞线。
无冰区线路建议选取导电率为40%铝包钢绞线。
覆冰区线路应综合考虑机械特性、短路电流大小和抗雷击性能等，选择合适导电率的铝包钢绞线，重冰区线路还可改选镀锌钢绞线。
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并满足相关规程规范。
3.1.5回路数
根据南网五省电网规划，标准设计中500kV铁塔考虑单回路和双回路，110kV～220kV铁塔和钢管杆考虑单回路、双回路和部分四回路。
3.1.6杆塔型式
单回路直线塔可分导线水平排列的酒杯塔和三角形排列的猫头塔，应充分考虑电压等级、气象条件、走廊宽度、地形条件等各种因素，进行多方案技术经济比较，合理选择直线塔型。
单回路耐张塔主要采用干字型塔。
双回路的直线塔和耐张塔可采用伞型塔（无冰区）和鼓型塔（有冰区）。
110kV～220kV四回路主要用于经济发达、走廊紧张的市区或负荷中心，为减小占地走廊，四回路的直线塔和耐张塔一般采用每一横担左右两侧各布置一相导线的方式；在走廊不受限区域，也可以采用每一横担左右两侧各布置两相导线的方式。
3.1.7地形条件
输电线路的地形一般分为泥沼、平地、丘陵、山地和高山大岭五种类，从影响铁塔指标考虑，可合并为平地和山地两大类。
考虑到南网五省地区主要以山区为主，故标准设计110kV～500kV杆塔主要按山地设计。
3.1.8海拔高度
考虑到南网五省地区海拔高度的不同分布情况，根据各省公司线路工程不同特点，为使设计成果更好的服务于实际工程，标准设计将110kV～500kV线路海拔高度划分为0～1000m、1000～2000m、2000～2500m、2500～3000m、3000～3500m、3500～4000m的6个范围。
3.1.9悬垂串型式
悬垂绝缘子串可采用“I”型或“V”型串等型式。
两者各有优劣，如I型串杆塔横担较短，塔头略小，但占地走廊较大，V型串杆塔可节省走廊宽度，但塔头层间距较大，横担较长，单基塔重指标较高，金具用量较多。
具体设计时，各子模块负责单位应充分考虑线路走廊的拆迁、砍伐等通道赔偿费用和本体投资增量等因素，通过技术经济比较后选择悬垂串型式。
3.2杆塔规划
杆塔规划是标准设计的一项重要内容，对标准设计的经济性将产生重要影响。
杆塔规划必须技术上可行、经济上合理。
针对南方电网五省区的特点，制定规划原则，既考虑统一性，又兼顾差异性，使其在具体工程的应用中杆塔的利用系数尽量接近1.0，取得较好的经济效益。
本版标准设计主要按山区进行规划设计，大部分杆塔按全方位长短腿设计，少部分按平腿设计。
根据上述原则，杆塔规划的具体方案是：
（1）每个杆塔模块中包含两大类杆塔，分别是悬垂型杆塔和耐张型杆塔，其中悬垂型杆塔包括直线塔和悬垂转角塔，耐张型杆塔包括普通转角塔和终端塔。
对于设计条件相近的模块，若铁塔的荷载相近且塔重的测算差值较小，可考虑适当合并该部分铁塔，并按不同设计条件分别进行荷载计算和结构设计。
（2）单、双回路模块中杆塔系列划分原则如下：
1）直线塔
500kV无冰、轻冰区单、双回路按5直线塔＋1悬垂转角塔；中冰区单、双回路按5直线塔；单回路重冰区按2直线塔。
220kV无冰、轻冰区和中冰区单回路按4直线塔，双回路按5直线塔；单回路重冰区按2直线塔。
110kV无冰、轻冰区和中冰区单、双回路按3直线塔，单回路重冰区按2直线塔。
跨越塔归并到普通直线塔中。
2）悬垂转角塔
500kV模块设计悬垂转角塔，角度为3～13（10）°。
110～220kV模块原则上不设计悬垂转角塔。
3）耐张塔
500kV无冰、轻冰区单、双回路按4转角塔+1终端塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°四个角度系列，并单独设计终端塔；中冰区按4转角塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°（兼终端）四个角度系列。
220kV无冰、轻冰区和中冰区单回路按4转角塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°（兼终端）四个角度系列；220kV无冰、轻冰区双回路按4转角塔+1终端塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°四个角度系列，并单独设计终端塔。
中冰区双回路按4转角塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°（兼终端）。
20mm重冰区的500kV和220kV均按3转角塔,划分为0～5°、5～30°、30～60°三个角度系列；30mm重冰区按3转角塔，划分为0～5°、5～20°、20～40°三个角度系列。
110kV无冰区、轻冰区和中冰区的单、双回路均按4转角塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°（兼终端）四个角度系列；20mm重冰区按3转角塔，划分为0～5°、5～30°、30～60°三个角度系列；30mm重冰区按3转角塔，划分为0～5°、5～20°、20～40°三个角度系列。
所有电压等级的无冰、轻冰区和中冰区双回路需选取部分合适的转角塔兼作分歧塔；中冰区和重冰区需选取部分合适的转角塔兼作气象分界塔。
4）终端塔
终端塔按0～90°的角度范围。
双回路终端塔需兼分歧塔的设计条件。
（3）四回路模块中杆塔系列划分原则如下：
1）直线塔
220kV无冰、轻冰区按4直线塔；110kV无冰、轻冰区按3直线塔。
跨越塔归并到普通直线塔中。
2）悬垂转角塔
220kV和110kV模块原则上不设计悬垂转角塔。
3）耐张塔
220kV和110kV模块均按4转角塔+1分歧塔，划分为0～20°、20～40°、40～60°和60～90°（兼终端）四个角度系列，并单独设计分歧塔。
（4）单、双回路钢管杆模块中杆塔系列划分原则如下：
1）直线杆
220kV无冰、轻冰区按3直线杆；110kV无冰、轻冰区按2直线杆。
大使用条件的直线杆可考虑带0～3°的直线小转角。
2）耐张杆
220kV和110kV按3耐张杆，划分为0～30°、30～60°和60～90°（兼终端）三个角度系列。
（5）所有铁塔呼称高统一为3的倍数，级差按3m考虑。
（6）直线塔按“塔高每降低一定高度，杆塔水平档距相应增大一定百分比”的设计方法，直线塔在一定呼称高范围内，最小水平档距值对应最高的呼称高，水平档距随着呼称高的降低而变大。
在设计每个直线塔型时，对不同呼称高对应一定的水平档距值都进行外负荷计算和结构计算，使得同一直线塔型的不同呼称高的铁塔总体受力接近。
确定呼称高按照每降低6m进行一次水平档距的折算，一般来说，每次折算的水平档距增大百分比约为5%～8%，各院应结合具体子模块的情况进行测算，以各呼称高共用段主材规格相同为宜。
以呼称高为27～48m的直线塔为例，规划呼称高48m对应水平档距为400m，按呼称高每降低6m、水平档距增大6%折算，呼称高为30m时，对应的水平档距为476m，为此需要外负荷和结构计算的次数为4次（分别为48m、42m、36m和30m呼称高）；当呼称高为27m时，对应的水平档距仍取476m。
（7）对于钢管杆模块，由于多用在城市的走廊狭窄地带，其设计主要取决于具体根开限制，故杆塔使用条件不作统一规定。
（8）在规划500kV直线杆塔时，建议2型直线塔地线横担应适用OPGW开断情况，即地线支架按悬垂和耐张两种情况进行设计，同时挂点配置悬垂、耐张两类挂点，工程应用时可根据实际需要选择地线的挂线型式。
（9）为保证标准设计的经济性和通用性，杆塔模块中的塔型种类应考虑满足绝大部分工程的需要；对于特殊杆塔（如较高呼称高的耐张塔等），可在具体工程中单独设计。
3.3塔头设计规定
为保证本次标准设计的通用性和一致性，对塔头设计作出统一规定，包括绝缘配合原则、绝缘子片数和串长、空气间隙取值、间隙圆设计、防雷保护、塔头布置、联塔金具等。
3.3.1绝缘配合原则
标准设计将依照设计规范和相关规定进行绝缘配合设计，满足线路在工频电压、操作过电压和雷电过电压等各种情况下安全可靠运行。
根据南方电网五省区的线路设计情况，a～c级污区的线路，导线悬垂绝缘子串可采用玻璃绝缘子，d～e级污区，导线悬垂绝缘子串可采用复合绝缘子。
标准设计应考虑杆塔挂玻璃绝缘子串和复合绝缘子串两种情况，其中，玻璃绝缘子爬电比距按c级污区上限值配置片数，即爬电比距≥2.50cm/kV（按额定电压计算）；110kV和220kV复合绝缘子爬电比距≥2.88cm/kV（按额定电压计算），500kV复合绝缘子爬电比距≥2.75cm/kV（按额定电压计算）。
1000m以上海拔地区的爬电比距需进行相应的修正。
为保持高塔的耐雷性能，绝缘子片数应根据塔高的增加而增加，雷电过电压最小间隙也相应增大。
对于同塔双回及以上线路，采用平衡高绝缘设计。
若使用复合绝缘子，应使其雷电冲击绝缘水平与盘型绝缘子串水平一致（即要求复合绝缘子干弧距离间的正极性雷电冲击50%闪络电压不小于盘型绝缘子串的闪络电压值）。
3.3.2绝缘子片数
绝缘子片数采用爬电比距法计算，同时考虑海拔高度的影响。
对同塔双回及以上回路，按平衡高绝缘配置，考虑增加绝缘子片数。
各电压等级绝缘子片数计算结果参考表3-1中数值。
当杆塔全高超过40m时，高度每增加10m，应比设计规范规定的最少绝缘子片数（110kV为7片，220kV为13片，500kV为25片）增加1片高度为146mm的绝缘子，全高超过100m的杆塔，绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定。
表3.3-1悬垂玻璃绝缘子片数选择一览表
电压
等级（kV）
回
路
海拔高度
（m）
片数
整串
结构
高度（mm）
单片
爬电
距离
（mm）
爬电
比距（cm/kV）
对应复合绝缘子结构高度（mm）
500
单
≤1000
28（155）
4340
550
2.77
4450
双
31（155）
4805
550
3.07
4750
单
1000～2000
30（155）
4650
550
2.97
5060
双
33（155）
5115
550
3.27
5525
单
2000～2500
31（155）
4805
550
3.07
4750
双
34（155）
5270
550
3.37
5200
单
2500～3000
32（155）
4960
550
3.17
4900
双
35（155）
5425
550
3.47
5350
单
3000～3500
33（155）
5115
550
3.27
5050
双
36（155）
5580
550
3.56
5500
单
3500～4000
34（155）
5270
550
3.37
5200
双
37（155）
5735
550
3.66
5650
220
单
≤1000
15（146）
2190
450
2.76
2300
双
16（146）
2336
450
2.95
2450
四
17（146）
2482
450
3.13
2600
单
1000～2000
16（146）
2336
450
2.95
2580
双
17（146）
2482
450
3.13
2730
单
2000～2500
17（146）
2482
450
3.13
2600
双
18（146）
2628
450
3.31
2750
单
2500～3000
17（146）
2482
450
3.13
2600
双
18（146）
2628
450
3.31
2750
单
3000～3500
18（146）
2628
450
3.31
2750
双
19（146）
2774
450
3.50
2900
单
3500～4000
18（146）
2628
450
3.31
2750
双
19（146）
2774
450
3.50
2900
110
单、双
≤1000
9（146）
1314
320
2.62
1540
四
10（146）
1460
320
2.91
1690
单、双
1000～2000
10（146）
1460
320
2.91
1700
2000～2500
10（146）
1460
320
2.91
1690
2500～3000
11（146）
1606
320
3.20
1840
3000～3500
11（146）
1606
320
3.20
1840
3500～4000
11（146）
1606
320
3.20
1840
注：
1）玻璃绝缘子参考南方电网公司电力线路盘形悬式绝缘子技术规范中玻璃绝缘子技术参数表,500kV绝缘子选用160kN悬式耐污型，220kV绝缘子选用100kN悬式耐污型，110kV绝缘子选用70kN悬式标准型，标准型绝缘子爬电距离的有效系数取1，耐污型绝缘子爬电距离的有效系数取0.9；
2）括号中的数值为单片绝缘子的高度，单位mm；
3）表中所列玻璃绝缘子片数由五省区省级电力设计院提供。
由于耐张绝缘子串自洁性较悬垂绝缘子串好，耐张绝缘子片数按污秽条件选择并已达到规范所规定的最少片数时，不再考虑另行增加片数。
3.3.3空气间隙
标准设计的空气间隙按照规范的相关规定选择，采用平衡高绝缘时，空气间隙按照配合系数相应修正，推荐采用的空气间隙值见表3.3-2。
表3.3-2空气间隙推荐采用数值
电压等级（kV）
回路
海拔高度（m）
空气间隙（m）
工频
操作
雷电
带电作业
500
单
≤1000
1.30
2.70
3.70
3.20
双
4.10
单
1000～2000
1.50
3.00
3.95
3.50
双
4.35
单
2000～2500
1.60
3.15
4.10
3.70
双
4.50
单
2500～3000
1.70
3.30
4.30
3.90
双
4.70
单
3000～3500
1.80
3.45
4.40
4.10
双
4.80
单
3500～4000
1.90
3.60
4.50
4.30
双
4.90
220
单、双
≤1000
0.55
1.45
1.90
1.80
四
2.10
单
1000～2000
0.60
1.60
2.00
2.00
双
2.1
单
2000～2500
0.65
1.70
2.10
2.10
双
2.25
单
2500～3000
0.75
1.90
2.20
2.20
双
2.25
单
3000～3500
0.80
2.00
2.30
2.30
双
2.35
单
3500～4000
0.85
2.05
2.30
2.45
双
2.35
110
单、双
≤1000
0.25
0.70
1.00
1.00
四
1.15
单、双
1000～2000
0.30
0.80
1.25
1.10
单、双
2000～2500
0.30
0.85
1.25
1.20
单、双
2500～3000
0.40
0.90
1.30
1.25
单、双
3000～3500
0.40
0.95
1.30
1.30
单、双
3500～4000
0.45
1.00
1.35
1.35
注：
1）对操作人员需要停留工作的部位，还应考虑人体活动范围0.5m；
2）表中所列空气间隙值由五省区省级电力设计院提供。
3.3.4间隙圆图
（1）悬垂串风偏角计算
单回直线塔统一取下层横担悬垂绝缘子串风偏角来规划整个塔头（500kV导线平均高度一般取20m，110～220kV导线平均高度一般取15m，500kV跨越塔的导线平均高度取45m，220kV跨越塔的导线平均高度取40m，110kV跨越塔的导线平均高度取35m）。
双回路直线塔统一取中层横担悬垂绝缘子串风偏角来规划整个塔头。
即计算风偏角时，导线张力仍按平均高度的风速计算，而导线的风压需考虑换算至中层导线的平均高度（该换算高度宜取中、下导线层高），悬垂绝缘子串的风压按中层横担的高度计算。
四回路直线塔则以第二层和第五层悬垂绝缘子串风偏角来规划塔头。
风压不均匀系数α应根据计算工况的设计基本风速值选取。
当风速≥27m/s时，α取0.61；当20≤风速<27m/s时，α取0.75；当风速<20m/s时，α取1.0。
对跳线计算，风压不均匀系数取1.0。
间隙圆采用复合绝缘子串的风偏角绘制。
复合绝缘子的风压取对应玻璃绝缘子片数（按复合绝缘子串长除以玻璃绝缘子单片高度，500kV片高取155mm，110～220kV片高取146mm）的风压值的40%。
（2）间隙圆设计
直线塔按照单、双联“I”型悬垂绝缘子串规划塔头，分别绘制间隙圆图。
双联串的允许摇摆角所对应的摇摆角系数Kv值应满足规划要求。
绘制塔头间隙圆图时，应考虑塔头宽度的影响，在子导线的下导线处考虑小弧垂引起的垂直下偏量和水平偏量，然后在此基础上绘制间隙圆。
间隙圆内应包含结构裕度。
220～500kV铁塔在外形布置时，结构裕度对应于准线选取，塔身部位取300mm，其余部位取200mm；110kV铁塔结构裕度取150mm～200mm。
220kV、110kV钢管杆在外形布置时，结构裕度对应于钢管构件外缘选取，220
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