110kV及以下输电线路钢管杆标准化设计.docx
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110kV及以下输电线路钢管杆标准化设计
江苏电网输变电工程标准化设计
110kV及以下输电线路钢管杆标准化设计
（2008年版）
江苏省电力公司
2008年10月南京
江苏电网输变电工程标准化设计
《江苏省电力公司110kV及以下架空线路钢管杆施工图》编委会
主编：
费圣英
副主编：
葛国平
委员：
肖向东司为国蔡升华孙建龙陈泰生褚农
江苏电网输变电工程标准化设计
《江苏省电力公司110kV及以下架空线路钢管杆施工图》编制组
批准：
褚农王作民
审核：
徐鑫乾许志勇李刚吴锁平
校审：
程亮陈国建薛健林致添张瑞龙安增军
编制：
宗强顾乡白阳邓达李健东曹岑顾明亮王凤昊孔贵华赵建
前言
为进一步推进基建标准化建设，贯彻“两型三新”（资源节约型、环境友好型、新技术、新材料、新工艺）输电线路建设要求，在国家电网公司输变电工程典型设计的基础上，在江苏省电力公司组织领导下，江苏省电力设计院编制完成了江苏电网110kV输电线路钢管杆标准化设计，南通电力设计院编制完成了20kV输电线路杆标准化设计。
本次110kV输电线路钢管杆标准化设计共分5个模块、35种杆型，适用于省内新建、改造110kV输电线路工程。
20kV输电线路杆标准化设计分为钢管杆、混凝土杆2个模块。
本标准化设计主要介绍标准化设计的目的及意义、总体原则、设计依据、工作方式及过程、模块划分、主要设计原则和方法、使用说明、各模块概述、杆塔一览图以及杆塔的设计条件、地脚螺栓信息、基础作用力、单线图等。
由于时间较短、编者水平有限，错误和遗漏在所难免，敬请批评指正。
编者
2008年10月16日
前言
110kV输电线路钢管杆部分
第一篇总论
1.目的、意义和总体原则
1.1标准化设计的目的和意义
推行输电线路标准化设计是江苏省电力公司全面贯彻落实科学发展观，建设“资源节约型、环境友好型”社会，履行社会责任，大力提高集成创新能力的重要体现；是实施集约化管理，标准化建设的重要手段。
为积极贯彻江苏省电力公司关于“转变观念、技术创新”、“三沿少跨，跨则加强”的思路建设江苏电网，结合2008年年初我国南方大部分地区的冰灾倒塔事故，根据前期开展的新型杆塔创新试验研究的成果以及江苏省电力公司的相关要求，为统一设计标准、提高工作效率、降低工程造价，体现“资源节约型、环境友好型”的社会需求，推进技术创新成果转化标准化设计，江苏省电力设计院“电网标准化设计工作组”开展了江苏电网110kV输电线路钢管杆标准化设计工作。
本次标准化设计广泛吸纳了以往输电线路工程的设计成果和建设经验，是对前人成果的总结和借鉴，是提高集成创新能力的具体体现。
开展输电线路标准化设计工作的目的是：
深入贯彻集约化管理思想，统一建设标准，统一材料规范；规范设计程序，加快设计、评审、材料加工的进度，提高工作效率和工作质量；减少设备型式、方便塔材等材料招标，方便运行维护；降低建设和运行成本。
1.2标准化设计的总体原则
输电线路标准化设计的总体原则是：
安全可靠、技术先进、保护环境、控制成本、提高效率。
在标准化设计中，着重要处理和解决好标准化设计方案的统一性、适应性、灵活性、先进性、可靠性和经济性及其相互之间的辩证统一关系。
统一性：
建设标准统一，基建和生产的标准统一，体现江苏省电力公司的企业文化特征。
适应性：
综合考虑江苏地区的实际情况，使得标准化设计在江苏省电力公司系统中具备有广泛的适用性，在一定的时间内对不同外部条件的工程均能基本适用。
灵活性：
标准化设计的各模块接口方便，可进行组合使用。
先进性：
标准化设计的方案在技术上具有先进性，减小线路走廊、注重环保，同时经济指标先进。
可靠性：
适当提高设计标准，保证输电线路生产的安全可靠性。
经济性：
按照企业利益最大化原则，综合考虑初期投资和长期费用，追求全寿命周期内企业的最优经济效益。
标准化设计坚持“集成创新”、“以人为本”和“可持续发展”的理念，综合考虑“设计内容的合理性、杆塔规划的合理性、杆塔优化的合理性”。
1.3标准化设计的工作内容
此次标准化设计的主要内容为110kV钢管杆设计，具体是：
对应一定的导线截面、地形和气象条件的组合，设计出一套标准化、系列化的杆型，满足江苏省电力公司系统绝大多数地区输电线路工程建设的需要。
1.4经济技术比较分析
1.4.1影响因素分析
本次标准化设计取得较好经济效益的因素主要如下：
（1）取消一根避雷线，减小了钢管杆的荷载；
（2）本次标准化设计集中了江苏省电力设计院的技术骨干，并为此进行了大量的基础性工作，对设计方案进行了充分的优化；
（3）本次标准化设计共计35种塔型，为单避雷线输电线路工程建设提供了大量可供选择的杆重指标先进的塔型，为设计人员集中精力进行设计方案优化提供了保证；
（4）杆塔规划上吸收了国家电网公司标准化设计的成果，直线塔为2塔系列，转角塔的角度划分由原来常用的0～30°、30～60°、60～90°三个角度系列，改进为0～10°、10～30°、30～60°和60～90°四个角度系列。
1.5投资效益分析
1.5.1工程静态投资效益分析
由于标准化设计杆塔规划合理，可使用的杆塔品种较多，有效地提高了杆塔的利用系数。
考虑到标准化设计减少了一根避雷线，其静态投资可以节省5%左右。
如果考虑到由于标准的统一，在设计、采购、加工和施工方面的节省，其投资效益会更好。
1.5.2实际工程对比
110kV新东变进线工程采用同塔双回架设，导线类型LGJ-300/25，设计风速26.5m/s，架空线路长度3.8km，共使用钢管杆25基，其中直线杆19基、转角杆5基、终端杆1基，钢管杆共使用钢材209.93吨。
采用单避雷线标准化设计1DA系列钢管杆代换后，共使钢材191.59吨。
表1-1原工程使用塔型一览表
塔型
基数
单重
小计
SZG（24）
17
7.186
122.162
SZG（27）
2
8.624
17.248
SJG1（24）
4
9.948
39.792
SJG4（24）
1
17.39
17.39
SD（18）
1
13.342
13.342
合计
209.934
表1-2标准化使用塔型一览表
塔型
基数
单重
小计
1DA-SZG1（24）
17
6.233
105.961
1DA-SZG1（27）
2
6.76
13.52
1DA-SJG1（24）
4
9.829
39.316
1DA-SJG4（24）
1
18.996
18.996
1DA-SDJG（18）
1
13.798
13.798
合计
191.591
（说明：
标准化杆塔因采用新规范进行设计，4型转角、终端均比原工程相应塔型重）
分别计算避雷线和钢管杆的投资见表1－3。
表1-3单、双避雷线线路经济比较表
项目
原工程费用（万元）
单避雷线工程费用（万元）
避雷线
钢管杆
避雷线
钢管杆
分项费用
2.90
230.92
1.45
210.75
总费用
233.82
212.2
差值
0
-21.62
比值
100%
89.8%
可见采用单避雷线可节省工程投资21.62万元，节约部分占相应投资的10.2%。
2.设计依据
2.1设计依据性文件
1）国家电网公司文件《关于发布<1000kV交流架空输电线路设计暂行技术规定>等五项公司技术标准的通知》（国家电网科〔2008〕200号）
2）国家电网公司文件《电网差异化规划设计指导意见》（国家电网发展〔2008〕195号）
3）国家电网公司文件《关于全面应用国家电网公司输变电工程通用设计第一批杆塔的通知》（国家电网基建〔2007〕618号）
4）《国家电网公司输变电工程典型设计（2005年版）》
2.2主要规程规范
1）《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿）
2）《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-1999）
3）《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL5154-2002）
4）《送电线路杆塔制图和构造规定》（DLGJ136-1997）
5）《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DL/T5130-2001）
6）《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）
7）《输变电钢管结构制造技术条件》（DL/T646-2006）
8）《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）
9）《高压架空送电线路和发电厂、变电所环境污秽分级及外绝缘选择标准》（GB16434-1996）
2.3江苏省电力公司的有关规定
1）江苏省电力公司《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》实施细则（2006年3月）
2）江苏省电力公司文件《关于加强“跨河、跨路、跨线”段架空输电线路设计工作的紧急通知》（苏电建〔2008〕218号）
3）江苏省电力公司文件《关于全面推广110千伏架空输电线路工程架设单避雷线应用的通知》（苏电建〔2007〕1055号）
4）江苏省电力公司文件《关于提高输变电设备防雷性能措施的通知》（苏电生〔2005〕1475号）
3.工作方式及过程
3.1工作方式
总体工作方式是：
统一组织、突出重点、广泛调研、控制进度、按期完成。
统一组织：
为了加强标准化设计的协调组织工作，电网标准化设计工作组进行集中设计，按照“转变观念、技术创新”的指引思想，结合调研情况，开拓思路、创造性地开展工作。
突出重点：
本次标准化设计的工作重点是110kV钢管杆标准化、系列化。
广泛调研：
为了保证输电线路标准化设计成果的适用性，总结了推广应用国家电网公司输变电工程典型设计的经验，在输电线路标准化设计工作过程中开展了更加深入的调研工作。
控制进度、按期完成：
在标准化设计工作中，通过定期召开协调会，检查、控制设计工作进度，推进整个设计工作的顺利开展，确保整个标准化设计工作的按期完成。
3.2工作过程
2008年8月26日，完成110kV输电线路钢管杆标准化设计方案设计文件。
2008年8月29日，召开110kV输电线路钢管杆标准化设计方案评审会，确定主要设计原则。
2008年9月10日，完成杆塔荷载计算及荷载组合条件，统一挂点形式，确定杆塔结构施工图标准化设计原则。
2008年10月20日，完成标准化杆型施工图设计。
4.模块划分
4.1设计模块的划分原则
在本次标准化设计中，针对线路的回路数、导线截面、地形和气象条件的组合而设计的一套杆塔为一个模块。
现将有关情况分述如下。
4.1.1线路回路数
目前江苏地区输电线路采用的主要有单回路和同塔双回路，随着输电线路通道选择越来越困难，同塔多回路也日趋增多。
考虑到标准化设计主要针对目前普遍采用的型式，本次只考虑了110kV同塔双回路、四回路及110kV和20kV六回路三种型式。
4.1.2地形条件
由于江苏地区地形以平原为主，所以本次标准化设计仅设计平地一种类型。
4.1.3气象条件
根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿）规定，110kV输电线路的基本风速、基本冰厚的重现期为30年；基本风速按当地气象台、站10min时距平均的年最大风速为样本，并采用极值I型分布模型概率统计分析。
统计风速样本，110kV输电线路均取离地面10m高度。
另外，地线覆冰厚度应比导线增加5mm。
本次110kV输电线路标准化设计基本风速取26.5m/s，导线覆冰厚度取5mm，地线覆冰厚度取10mm。
4.1.4海拔高度
由于江苏地区海拔高度均在1000m以下，因此本次标准化设计的110kV杆型的适用海拔高度范围均≤1000m。
4.1.5导线截面
江苏地区110kV线路导线主要使用1×300mm2、1×400mm2和2×300mm2三种导线截面；考虑1×400mm2导线的使用范围相对较小，同时可采用折减档距和增大导、地线安全系数等方法使用1×300mm2杆型，故本次标准化设计仅考虑1×300mm2和2×300mm2两种导线截面。
4.2设计模块的划分及编号
110kV输电线路钢管杆标准化设计共有5个模块，35种杆型，各模块划分见表4-1。
表4-1110kV输电线路钢管杆标准化设计模块划分
模块
编号
回路数
导线
主要气象条件
杆型
地形
海拔高度
（m）
1DA
110kV双回路
1×LGJ-300/25
导线覆冰5mm
地线覆冰10mm
基本风速26.5m/s
鼓形
平地
≤1000
1DC
110kV双回路
2×LGJ-300/25
1/02DA
110kV双回路20kV四回路
1×LGJ-300/25
1×JKLYJ-20/240
1/02DC
110kV双回路20kV四回路
2×LGJ-300/25
1×JKLYJ-20/240
1/1F
110kV四回路
2×LGJ-300/25
5.主要设计原则和方法
5.1气象条件
根据江苏地区气象条件的实际情况，遵照《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿）中的典型气象区，并结合以往110kV输电线路在江苏地区的使用情况，归纳出本次110kV输电线路钢管杆标准化设计使用的气象条件，见表5-1。
表5-1110kV输电线路标准化设计气象条件
序号
气象工况
气温（℃）
风速（m/s）
覆冰厚度（mm）
1
最高气温
40
0
0
2
最低气温
-20
0
0
3
覆冰情况
-5
10
导线5、地线10
4
最大风速
0
26.5
0
5
安装情况
-5
10
0
6
平均气温
15
0
0
7
大气过电压
15
10
0
8
操作过电压
15
15
0
5.2导、地线
5.2.1导、地线型号选择
110kV导线采用1999年颁布的GB1179-1999《圆线同心绞架空导线》。
20kV绝缘导线参数对照GB14049-93《额定电压10kV、35kV架空绝缘电缆》，110kV导线采用LGJ-300/25型钢芯铝绞线。
导线按垂直排列方式设计，分裂间距取400mm。
20kV导线采用JKLYJ-20/240型架空绝缘电缆。
输电线路地线除需满足设计规程规定的机械强度要求外，还需根据系统对地线是否有特殊要求来进行选择。
通过对江苏地区的调研，目前新建的110kV线路考虑安装OPGW光纤复合地线，本次拟采用JLB40-150型铝包钢绞线、GJ-80型镀锌钢绞线等两种地线作为标准化设计的基本选用地线，实际荷载计算时采用JLB40-150型铝包钢绞线作为依据，当采用OPGW时，可比照JLB40-150型铝包钢绞线的参数进行选用。
导、地线的主要技术参数见表5-2、5-3。
表5-2导线主要技术参数表
型号
LGJ-300/25
JKLYJ-20/240
构造
铝
48×2.85
36×2.95
钢、铝包钢
7×2.22
绝缘层厚5.5mm
截面积（mm²）
铝
306.21
246.05
钢、铝包钢
27.1
总
333.31
246.05
直径（mm）
23.76
31.40
单位质量（kg/km）
1058
1127.70
综合弹性系数（Mpa）
65000
56000
线膨胀系数（1/℃）
0.0000205
0.000023
试验拉断力（N）
79240
32945
表5-3地线主要技术参数表
型号
JLB40-150
GJ-80
构造
铝（根数/直径）
-
钢、铝包钢
（根数/直径）
19/3.15
截面积
（mm²）
铝
-
-
钢、铝包钢
148.07
78.94
总
148.07
78.94
直径（mm）
15.75
11.5
单位质量（kg/km）
696.7
628.4
综合弹性系数（Mpa）
103600
181300
线膨胀系数（1/℃）
0.0000155
0.0000115
试验拉断力（N）
86089
90225
注：
JLB40-150参数取自《新华金属制品股份有限公司企业标准》（Q/XHA003-2001）。
GJ-80参数取自GB1200-88《镀锌钢绞线》。
5.2.2导、地线安全系数选择
110kV部分导、地线的设计安全系数分别取6.0和6.5；20kV部分绝缘导线的设计安全系数取5.0。
5.3绝缘配置
5.3.1绝缘配置原则
依照《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿）进行绝缘设计，使线路能在工频电压、操作过电压和雷电过电压等各种情况下安全可靠地运行。
在一般110kV线路的绝缘设计上，以防污设计为主，根据江苏省污秽分布图（2007版）及江苏地区以往工程的设计经验，大量的线路处于D1级污秽区（爬电比距≥28mm/kV，标称电压），为保证标准化设计的适应性及有效性，本次防污设计按D2级污秽区（爬电比距≥30mm/kV，标称电压）设计，若在具体工程的设计中，线路经过地区污秽程度低于或高于上述条件时，可以通过采用不同的绝缘子型式来满足要求。
5.3.2绝缘子选择
5.3.2.1110kV线路绝缘子选择
根据规程要求，随着杆塔全高的变化，悬垂串所对应采用的绝缘子片数及雷电过电压下的空气间隙值亦需变化。
本次标准化设计按此要求，进行绝缘子片数的选择，并对应选择雷电过电压下的空气间隙值以绘制间隙圆，详细数值见表5-4。
表5-4绝缘子片数及雷电过电压下的空气间隙值选择表
电压等级（kV）
绝缘子型式
单位
杆塔全高（m）
40
50
60
70
110
瓷（146mm）
片
7
8
9
－
合成
mm
1240
1440
1440
－
空气间隙
m
1.0
1.1
1.2
－
注：
上表中瓷绝缘子后括号内的数值表示单片瓷绝缘子的结构高度。
根据《110kV单避雷线输电线路杆塔通用设计（2008年版）》调研情况，本次标准化设计中绝缘子按以下要求统一考虑：
1）直线杆用悬垂绝缘子
a）均采用100kN级合成绝缘子；
b）直线杆头部间隙计算选用的合成绝缘子的结构高度统一为1440mm，对应的最小电弧距离为1200mm，爬电距离不低于3300mm；
c）合成绝缘子考虑导线侧安装均压环，其直径按300mm计。
2）耐张杆用跳线绝缘子
耐张杆用跳线绝缘子的结构高度、最小电弧距离、爬电距离等均与直线杆用悬垂绝缘子保持一致。
另外，在耐张杆头部间隙计算时，耐张杆用跳线绝缘子串长度考虑加挂3片重锤片，以控制对杆身的间隙和风偏要求。
3）耐张杆用导线绝缘子
a）均采用双联绝缘子串；
b）均采用防污瓷绝缘子；
c）导线采用双联9片70kN级防污瓷绝缘子（单片高度146mm，单片盘径255mm，爬电距离400mm），其绝缘长度为1314mm，适用于爬电比距不大于32.7mm/kV的污秽区；
5.3.2.220kV线路绝缘子选择
20kV线路直线杆采用柱式瓷绝缘子，其主要技术性能见表5-5，20kV耐张杆绝缘子的配置见5-6。
表5-5柱式瓷绝缘子主要技术性能一览表
名称
型号
雷电全波冲击耐受电压（峰值）不小于
（kV）
工频湿耐受电压（有效值）不小于
（kV）
最小公称爬电距离
（mm）
额定弯曲破坏负荷
（kN）
结构高度（绝缘子本体高度，不含放电帽高度）
（mm）
普通柱式瓷绝缘子
PS-170/12.5ZS
170
70
580
12.5
370
普通柱式瓷绝缘子
PSN-170/12.5ZS
170
70
720
12.5
370
表5-6耐张绝缘配置一览表
线路类别
中性点经小电阻接地线路
中性点经消弧线圈接地线路及中性点不接地线路
耐张绝缘子型号
XP-70C
XP-70C
耐张绝缘子数量
2片
3片
5.3.3空气间隙
根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿），为提高单地线杆塔防雷性能，本次标准化设计中雷电过电压间隙按表5-4取值，带电作业还考虑500mm的人体活动范围，空气间隙表见表5-7。
表5-7空气间隙表
工频电压
操作过电压
雷电过电压
带电作业
空气间隙（mm）
250
700
/
1000+500
裕度（mm）
100
100
100
100
5.3.4防雷保护角
本次标准化设计依据江苏省电力公司与国网武汉高压研究所合作的研究成果――《江苏省电力公司单避雷线线路的防雷性能研究》，确定以下设计要求：
1）110kV双回路单地线对边导线的保护角按不大于30°设计；
2）为在防雷性能和经济性之间取得较好的平衡，本次110kV双回路单地线钢管杆的地线支架高度取值为：
直线塔为3.0m，耐张塔为4.5m。
5.4间隙圆及金具
5.4.1间隙圆
绘制各类直线塔间隙圆图原则如下：
绘制间隙圆图时，绝缘子串长度按子导线垂直排列设计，单分裂导线用悬垂绝缘子串长取1.8m，双分裂导线用悬垂绝缘子串长取2.2m。
采用重量较轻的合成绝缘子计算各工况下的摇摆角，分别按上、中、下导线和第一带电金具检查塔头的电气间隙。
悬垂串进行风偏计算时，根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿），当计算水平档距
时，风压不均匀系数
取0.8。
在计算导线风偏角时，双回路按不同塔型所选取的风压档距为基准分别计算上、中及下相的风压高度系数。
直线杆空气间隙取值，对双回路的下横担及杆身均按带电作业间隙距离计算，其余部位按雷电过电压间隙距离计算。
5.4.2联塔金具
直线杆导线横担均按前、中、后三个挂点设计，挂点间距采用200＋200＝400mm，以满足单、双联悬挂的需要。
联塔金具采用UB-7型挂板。
单地线采用V型串，其组装图见图5-1，联塔金具采用Z-7型挂板。
双地线联塔金具采用UB-7型挂板。
图5-1单地线V型串组装图
导线耐张串采用单挂点设计，联塔金具LGJ-300/25导线采用U-10型挂环，LGJ-400/35导线采用U-12型挂环，2×LGJ-300/25导线采用U-21型挂环。
导线跳线串联塔金具采用U-7型挂环。
地线耐张串按单挂点设计，联塔金具采用U-10型挂环。
5.5塔头布置
110kV双回路杆塔采用鼓型布置方式，20kV四回路采用三层横担导线垂直排列的型式。
直线杆悬垂串按“I”型绝缘子串设计。
水平偏移：
根据《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿），110kV线路在设计冰厚10mm地区上下层相临导线间或地线与相邻导线间的水平偏移为0.5m，设计冰厚5mm地区可根据运行经验较设计冰厚10mm地区适当减少，取0.4m。
导、地线配合：
在气温15℃、无风工况下，档距中央导、地线之间距离S满足S≥0.012L（档距，m）＋1。
地线安全系数取6.5。
最小水平线间距离：
根据《110～750kV架空输电线路设计规
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