国家电网5C系列铁塔设计全参数.docx
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国家电网5C系列铁塔设计全参数
国家电网公司
110～500kV输电线路典型设计
500kVC方案
方
案
介
绍
国家电网公司输电线路典型设计工作组
二〇〇五年十一月十六日
第一章概述
按照《国家电网公司110～500kV输电线路典型设计工作会议》西南电力负责500kV典型设计模块C的设计工作。
该模块为海拔1000m以、设计风速30m/s、导线为4XLGJ-630/45的单回路铁塔，按平地和山区分别规划设计。
平地直线塔设计了一套猫头塔和一套中相V串的酒杯塔，山区直线塔设计了一套中相V串的酒杯塔，耐塔为干字型铁塔。
平地铁塔按平腿设计，山区铁塔按全方位长短腿设计。
全部铁塔共25个。
本次典型设计采用以下规程、规：
《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-1999）
《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）
第二章设计条件
2.1气象条件
本模块气象条件及组合见下表：
气象工况
气温（℃）
风速（m/s）
覆冰厚度（mm）
最高气温
+40
0
0
最低气温
-20
0
0
覆冰情况
-5
10
10
最大风速
-5
30
0
安装情况
-5
10
0
平均气温
15
0
0
外过电压
15
10
0
过电压
15
15
0
2.2导地线型式
本次线路典型设计采用的导线按照国标《铝绞线及钢芯铝绞线》GB1179-83选取，根据2005年8月9日国家电网公司召开的《国家电网公司110～500kV输电线路典型设计工作会议》精神500kV典型设计模块C导线型号选用LGJ－630/45型钢芯铝绞线；地线型号选用铝包钢绞线JLB4－150。
导线和地线的参数如下表：
导地线数据
项目
导线
地线
电线型号
LGJ-630/45
JLB40-150
结构
铝（根数/直径）
45/4.20
/
铝包钢（根数/直径）
7/2.8
19/3.15
计算截面积（mm2）
666.55
148.07
计算外径（mm）
33.6
15.75
计算重量（kg/m）
2.06
0.6966
导线计算拉断力（N）
（地线为钢丝破断拉力总和N）
103900
58720
设计安全系数
2.5
4.0
最大使用应力（MPa）
86.44
211.08
平均运行应力与破坏应力之比
<25％
<25％
20°C直流电阻（Ω/km）
0.07389
0.2952
弹性系数（MPa）
63000
98100
线膨胀系数（1/°C）
20.9×10-6
15.5×10-6
第三章杆塔规划
为使典型设计塔型规划更加合理，我们对以往我院设计的一些500kV送电线路工程的水平档距、垂直档距、垂直档距系数、转角度数分布等进行了统计，在对统计结果进行分析、整理的基础上进行杆塔规划。
模块C平地塔型规划表
序号
塔型
转角
（°）
呼高
（m）
水平
垂直
Kv
系数
档距
档距
（m）
（m）
1
直线塔
5C-ZB1
5C-ZM1
24-42
420
550
0.85
2
5C-ZB2
5C-ZM2
24-45
500
700
0.75
3
5C-ZB3
5C-ZM3
30-48
650
900
0.65
4
5C-ZB4
5C-ZM4
48-60
500
700
0.75
5
悬垂转角
5C-ZJ1
0～10
27～36
500
700
0.75
6
耐塔
5C-J1
0～20
21～30
450
800
7
5C-J2
20～40
21～30
450
800
8
5C-J3
40～60
21～30
450
800
9
5C-J4
60～90
21～30
450
800
10
5C-DJ1
0～60
21～30
450
800
模块C山区塔型规划表
序号
塔型
转角
（°）
呼高
（m）
水平
垂直
Kv
系数
档距
档距
（m）
（m）
1
直线塔
5C-ZBC1
24-42
460
600
0.85
2
5C-ZBC2
24-48
550
750
0.75
3
5C-ZBC3
24-48
750
1000
0.65
5C-ZBC4
0~2
27-54
950
1200
0.55
5C-ZBC5
57-63
550
750
0.75
5
悬垂转角
5C-ZJC1
0～10
24～39
500
700
0.75
6
耐塔
5C-JC1
0～20
21～30
450
750/±350
7
5C-JC2
20～40
21～30
450
750/±350
8
5C-JC3
40～60
21～30
450
750/±350
9
5C-JC4
60～90
21～30
450
750/±350
10
5C-DJC1
0～60
21～30
450
750/±350
第四章绝缘配合
4.1绝缘子型式及片数
绝缘子片数根据不同的污秽等级，采用不同的片数和型式，即I、II级污区基本片数采用28片160kN、26片210kN绝缘子，III级污区采用180kN、240kN合成绝缘子；在确定塔头尺寸时，还考虑线路的地形因素（即下倾△f）的影响。
主要绝缘子串型式、片数、长度见下表：
绝缘子串型式、片数、长度
气象区
绝缘子串型式
片数
长度
（米）
10mm
160kN
1×28
5.33
10mm
210kN
1×26
5.44
10mm
300kN
1×23
5.64
4.2空气间隙
塔头空气间隙考虑工频电压、操作过电压、外过电压和带电作业情况。
本段线路经过地区海拔高度在1000米以下，空气间隙取值见下表：
空气间隙
“I”串
“Ⅴ”串
大气过电压间隙（m）
3.3
3.6
操作过电压间隙（m）
2.7
3.40
工频电压间隙（m）
1.3
1.40
带电检修间隙（m）
3.2＋0.3～0.5
3.50＋0.5
第五章塔头布置
塔头布置规划的猫头塔和酒杯塔设计条件，以“满足电气间隙要求，杆件受力合理，传力路径清析，兼顾美观”为原则。
1）地线对导线的保护角按小于10º考虑。
2）导地线之间水平位移不小于1.75m；
3）两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍；
4）水平排列的酒杯塔中相采用“V”串，其“V”型串的夹角为：
型塔取85°、
型塔取90°、
型塔取100°、
型塔取110°（山区），90°（平地）；V型塔取90°（山区）。
5）在进行铁塔外形布置时的结构裕度对应于角钢准线选取，塔身部为300mm，其余部位200mm。
6）塔头规划时，摇摆角最大风速不均匀系数取0.61，设计时按0.75校核。
根据以上原则，规划的典型猫头塔和酒杯塔塔头如下：
第五章杆塔优化
5.1猫头塔地线支架采用悬臂结构
猫头塔以往地线支架采用三角形支架，杆件数量多，节点处理复杂，地线支架较重。
本次典设在满足地线对导线保护角小于10度情况下，地线支架采用悬臂结构，构件受力清晰，结构处理简洁，重量较轻。
5.2酒杯塔上、下曲臂的优化
酒杯塔上、下曲臂长度的比值，不仅决定塔头的形状和导线线间距离的大小，更影响上下曲臂的受力，本模块经优化比较后，上下曲臂长度比值0.6~0.75之间，铁塔受力最合理。
上、下曲臂连接的“K”节点，以往规划塔时外侧平面在一条线上，本次典设根据间隙的实际情况规划设计，使塔头更紧凑，导线线间距离更小。
如下图所示：
5.3塔身坡度及根开的优化
塔身坡度直接影响主材、斜材的布置形式和规格以及基础的经济指标。
合理的塔身坡度应使塔身主材应力分布的变化与材料规格的变化相协调，使主材受力均匀。
塔身坡度越大，主材受力越小、基础作用力也越小，但斜材长度和辅助材长度增加，且可能使结构布置复杂化；反之，主材受力加大、基础作用力也加大，但斜材长度减小。
下表以5C-ZB1为例，列表说明坡度及根开于塔重的关系。
根开尺寸（mm）
6640
6820
7000
7360
双面坡度
0.18
0.19
0.2
0.22
33m塔重（kg）
11135
11065
10987
11054
从上表看出，5C-ZB1在坡度为0.2、根开7000时，铁塔重量最轻。
依照此方法，本次典设其余铁塔根据每个塔的荷载情况进行优化设计，使铁塔主、斜材受力合理，铁塔更轻。
除以上三点主要优化设计外，本次典设铁塔在计算时对主、斜材的节间长度、支撑型式，辅助材的布置，隔面设置的位置及型式等进行了优化。
通过一系列的优化设计，使本典设铁塔外形美观、结构安全合理、铁塔重量较轻。
第六章荷载及工况组合
6.1荷载
6.1.1所有直线塔均考虑锚线条件，安装荷载按照2倍起吊考虑。
6.1.2荷载组合满足《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）的相关要求。
6.1.3山区耐塔考虑一侧上拔、另侧下压的情况，其上拔垂直荷载按照设计垂直档距中的负垂直档距值计算；平地耐塔不考虑上拔情况，垂直荷载按照3：
7分配。
6.1.4耐塔代表档距的取值围为300m～600m，按照最严重情况组合。
6.1.5地线不平衡力直线塔取50%，转角塔取80%；
6.1.6直线塔断线力取最大使用力的15%、20%、25%。
6.2工况组合
6.2.1直线塔工况
工况1：
90度大风，Gmax
工况2：
60度大风，Gmax
工况3：
45度大风，Gmax
工况4：
0度大风，Gmax
工况5：
90度大风，Gmin
工况6：
60度大风，Gmin
工况7：
45度大风，Gmin
工况8：
0度大风，Gmin
工况9：
覆冰，90度风，Gmax
工况10：
二倍吊装右地线
工况11：
二倍吊装中导线
工况12：
二倍吊装左导线
工况13：
二倍吊装右导线
工况14：
左地线正锚
工况15：
左地线已锚，右地线正锚
工况16：
地线已锚，中导线正锚（“V”点锚线）
工况17：
地线、中导已锚，左导线正锚（“V”点锚线）
工况18：
地线、左、中导已锚，右导线正锚（“V”点锚线）
工况19：
右地已架，左地线前侧已锚，后侧正挂（用于OPGW开断情况）
工况20：
地线已锚，中导线正锚（“I”点锚线）
工况21：
地线、中导已锚，左导线正锚（“I”点锚线）
工况22：
地线、左、中导已锚，右导线正锚（“I”点锚线）
工况23：
断左地线，Gmax
工况24：
断右地线，Gmax
工况25：
断中导线，Gmax
工况26：
断左导线，Gmax
工况27：
断中导线，Gmin
工况28：
断左导线，Gmin
6.2.2耐转角塔工况
工况1：
90度大风，最大转角，两侧大力（兼基础作用力计算）
工况2：
90度大风，最大转角，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况3：
90度大风，最大转角，前侧下压（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况4：
90度大风，最大转角，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况5：
90度反向大风，最大转角，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况6：
90度大风，角度分级I，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况7：
90度大风，角度分级I，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况8：
90度反向大风，角度分级I，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况9：
90度大风，角度分级II，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况10：
90度大风，角度分级II，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况11：
90度反向大风，角度分级II，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况12：
90度大风，最小转角，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况13：
90度大风，最小转角，前侧下压（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况14：
90度大风，最小转角，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况15：
90度反向大风，最小转角，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况16：
覆冰，90度风，最大转角，两侧大力（兼基础作用力计算）
工况17：
覆冰，90度风，最大转角，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况18：
覆冰，90度风，最大转角，前侧下压（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况19：
覆冰，90度风，最大转角，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况20：
覆冰，90度风，角度分级I，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况21：
覆冰，90度风，角度分级I，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况22：
覆冰，90度风，角度分级II，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况23：
覆冰，90度风，角度分级II，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况24：
覆冰，90度风，最小转角，前侧大力，后侧小力（兼基础作用力计算）
工况25：
覆冰，90度风，最小转角，前侧下压（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况26：
覆冰，90度风，最小转角，前侧为0（大力），后侧上拔（小力）（兼基础作用力计算）
工况27：
低温，最大转角，前侧大力，后侧小力
工况28：
低温，最大转角，前侧下压（大力），后侧上拔（小力）
工况29：
低温，最小转角，前侧大力，后侧小力
工况30：
低温，最小转角，前侧下压（大力），后侧上拔（小力）
工况31：
90度风，最大转角，二倍吊装跳线（中间吊装）
工况32：
90度风，最大转角，二倍吊装跳线（单侧吊装）
工况33：
90度风，最大转角，左地线正锚，其余未锚（锚线）
工况34：
90度风，最大转角，左地线已锚，右地正锚，其余未锚（锚线）
工况35：
90度风，最大转角，地线已锚，中导正锚，其余未锚（锚线）
工况36：
90度风，最大转角，地线、中导已锚，右导正锚，其余未锚（锚线）
工况37：
90度风，最大转角，地线、中导已锚，左导正锚，其余未锚（锚线）
工况38：
90度风，最大转角，地线、中、左导已锚，右导正锚（锚线）
工况39：
90度风，最小转角，左地线正锚，其余未锚（锚线）
工况40：
90度风，最小转角，左地线已锚，右地正锚，其余未锚（锚线）
工况41：
90度风，最小转角，地线已锚，中导正锚，其余未锚（锚线）
工况42：
90度风，最小转角，地线、中导已锚，右导正锚，其余未锚（锚线）
工况43：
90度风，最小转角，地线、中导已锚，左导正锚，其余未锚（锚线）
工况44：
90度风，最小转角，地线、中、左导已锚，右导正锚（锚线）
工况45：
90度风，最大转角，后侧已锚，左地线前侧正牵，其余未架（锚兼牵）
工况46：
90度风，最大转角，后侧已锚，左地已架，右地前侧正牵，其余未架（锚兼牵）
工况47：
90度风，最大转角，地线已架，导线后侧已锚，中导前侧正牵，其余未架（锚兼牵）
工况48：
90度风，最大转角，地线、中导已架，边导线后侧已锚，左导前侧正牵，其余未架（锚兼牵）
工况49：
90度风，最大转角，地线、中导、左导已架，右导后侧已锚、前侧正牵，其余未架（锚兼牵）
工况50：
断左地线，最大转角，全下压
工况51：
断右地线，最大转角，全下压
工况52：
断右中导线，最大转角，全下压
工况53：
断左中导线，最大转角，全下压
工况54：
断左右导线，最大转角，全下压
工况55：
断左地线，最小转角，全下压
工况56：
断右地线，最小转角，全下压
工况57：
断右中导线，最小转角，全下压
工况58：
断左中导线，最小转角，全下压
工况59：
断左右导线，最小转角，全下压
第七章单线图
第八章方案特点
8.1该模块适用于海拔高度≤1000m地区
8.2铁塔按平地和山区分别规划设计：
平地：
直线塔分别规划一套猫头塔和一套中相V串的酒杯塔；耐塔规划一套干字型塔；
山区：
直线塔规划一套中相V串的酒杯塔；耐塔规划一套干字型塔；
按此规划后，铁塔的种类较多，终勘定位更方便灵活，线路综合指标最优。
8.3所有铁塔皆为方形，为减少接腿数量，全塔采用共用接身。
增加了铁塔的纵向刚度，方便了铁塔加工和施工。
8.4平地塔型按平腿设计，呼称高3.0m一级，降低了平地杆塔指标；
8.5山区铁塔按全方位长短腿设计，长短腿最小级差1.0m，最大级差6.0m~9.0m；方便了施工，减少了土石方开挖量，保护了自然环境。
8.6地线对导线保护角≤10º，提高了线路防雷水平
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