220kv架空送电线路铁塔通用设计40050导线单回路新塔设计终版大学论文.docx
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220kv架空送电线路铁塔通用设计40050导线单回路新塔设计终版大学论文
220kV架空送电线路铁塔通用设计
400/50单回路塔型系列设计说明
设计条件：
导线：
LGJ-400/50
地线：
GJX-100
气象：
C＝10mm（地线15mm）V＝27m/s
设计标准：
1.国标《110～750kV架空输电线路设计规范》（报批稿）
2.南网《110kV～500kV架空输电线路设计技术规定》
供电设计院有限责任公司
目录
1、设计内容及依据
2、铁塔使用的自然环境
2、1设计气象条件
2、2地形地貌条件
3、铁塔设计条件
3、1导线和地线
3、2铁塔使用条件
3、2、1水平档距分级
3、2、2垂直档距的确定
3、2、3最大档距的确定
3、2、4代表档距的确定
3、2、5承力塔转角度数的分级
3、2、6铁塔标志高分级
3、2、7铁塔长短腿分级
3、2、8铁塔使用条件表
4、铁塔绝缘配合和头部尺寸
4、1铁塔绝缘水平
4、1、1绝缘子串片数
4、1、2绝缘子串的机械强度配合
4、1、3空气间隙
4、1、4间隙园图的条件
4、2塔头尺寸的确定
4、2、1线间距离
4、2、2地线支架高度
4、2、3保护角
5、铁塔横担与绝缘子串连接的要求
5、1直线塔
5、2承力塔
6、铁塔荷载
6、1荷载条件
6、2各型铁塔荷载表
7、直线塔间隙园图
1、1、设计内容及依据
本设计包括LGJ-400/50单导线单回路系列的自立式铁塔共8种塔型。
设计依据为国标《110～750kV架空输电线路设计规范》报批稿。
同时也基本符合国家电网公司Q/GDW179-2008《110kV～750kV架空输电线路设计技术规定》和南方电网公司Q/CSG11502－2008《110kV～500kV架空送电线路设计技术规定（暂行）》等的规定。
2、铁塔使用的自然环境
2、1设计气象条件
本系列塔型按我省中冰区即导线覆冰厚度10mm,（地线15mm）最大设计风速27m/s的条件设计。
2、2地形地貌条件
本系列塔型适用于平丘和山地地形，也考虑我省跨距800～1200m高山峡谷地区的大档距跨越。
海拔高程一般不超过3500m。
3、铁塔设计条件
3、1导线和地线
3、1、1导线
本系列塔型导线按单导线LGJ-400/50钢芯铝绞线设计。
实践证明，对于山区送电线路是比较合适的。
对于同类导线如LGJ-300/25、LGJ-300/50，铝包钢芯铝绞线，钢芯铝合金绞线也可经过验算后使用。
3、1、2地线
鉴于电力系统容量快速增大，变电所进出线地线的热稳定和OPGW配合的要求，本系列塔型地线按GJX-100钢绞线钢绞线设计。
因此，提高地线支架的设计承载能力是必要的。
在具体工程中，根据工程的情况，经过验算后，也可选择GJX-80镀锌钢绞线、150mm2截面以下的铝包钢绞线等。
从支架强度和导地线配合的要求看，都能满足。
3、2铁塔使用条件
3、2、1水平档距分级
根据我省送电线路水平档距分布的统计，在平地、丘陵地区水平档距取400m，其出现的概率不低于95％，从220kV线路在平丘地区的经济杆高来看，直线塔取450m水平档距也是合适的。
我省220kV线路通过坝子边缘的平丘地带数量也不少。
因此，把450m定为直线塔起始的水平档距是适当的。
对于一般山地和高山地带，依次取600m、1000m。
承力塔的设计水平档距，与第二种直线塔接为宜。
取600m。
对于大档距的承力塔，基本上与大档距直线塔对应。
终端塔的条件，按其使用情况，比一般承力塔小，水平档距定为500m。
3、2、2垂直档距的确定
根据我省送电线路垂直档距分布的统计，垂直档距一般为水平档距的1.4～1.8倍。
直线塔的垂直档距对应上列水平档距分别为600、850、1400m。
承力塔的设计垂直档距与水平档距相对应，为850m。
对于大档距的承力塔为1400m。
按承力塔工作的实际条件，往往会出现垂直档距为负值的情况，在垂直档距负得较多时，杆塔横担承受较大的上拔力。
因此承力塔设计时要考虑这种工况，垂直档距设计取一定的负值来验算横担。
一般上拔力取垂直荷载的70％。
3、2、3最大档距的确定
根据我省送电线路最大档距的分布统计，一般比水平档距大100～250m为宜。
三种直线塔的设计最大档距分别为600、850、1200m。
最大档距决定于导线在档距中间的碰线条件，即与杆塔的线间距离有关。
档距1000m以下水平线间距离可参照《110～750kV架空输电线路设计规范》中公式（8.0.1-1）确定。
对于1000m及以上的大档距，公式（8.0.1-1）中的系数0.65应参考《架空送电线路大跨越设计技术规定》中公式8.0.3-1的系数适当提高到0.70～0.80左右为宜。
我国送电线路的线间距离较为保守，据中国电力工程顾问集团国外考察报告的介绍，减少常规线路水平线间距离是我国输电线路的发展趋势。
与国外线路相比，我国输电线路导线的水平相间距离减少1～2m是可行的。
这对缩小塔头尺寸，减小走廊宽度，降低工程耗钢量，是有益的。
3、2、4代表档距的确定
根据我省送电线路设计代表档距的分布统计，直线塔的代表档距在300～500m，承力塔的设计代表档距两侧宜适当拉开，以增大两侧的张力差，取200/800m.
3、2、5承力塔转角度数的分级
本系列塔型承力塔转角度数参照国电公司2006年典型设计的分级，按0～20°、20～40°、40～60°、60～90四种分级。
对于大档距的承力塔只考虑0～30°，终端塔考虑0～90°上述范围的转角分级是比较合理的，应在工程选线中尽量满足。
直线塔220ZM42一般允许带不超过3°的小转角，需经过核算后才能使用。
小转角的位置宜设在压档或平档处，不宜设在垂直档距比水平档距小的塔位。
3、2、6铁塔标志高分级及其他
本系列塔型的标志高仍按3m分级。
考虑到目前工程中以高塔跨森林对环境保护具有重大的社会效益和经济效益，铁塔设计高度应尽量高些。
所有塔身均为方塔。
承力塔为方横担，直线塔为鸭嘴横担。
1、直线塔：
12、15、18、21、24、27、30、33、36、39、42（220ZM41、220ZM43到42m；直线塔220ZM42到48m）
2、转角塔：
0～20°耐张及40～60°转角：
12、15、18、21、24、27、30、33、36m、共9种；
转角塔20～40°转角塔：
12、15、18、21、24、27、30、33、36、39、42m共11种；
转角塔40～60°转角塔：
12、15、18、21、24、27、30、33、36m共9种；
3、大档距转角塔：
0～30°转角塔：
12、15、18、21、24、27、30、33、36m共9种；
4、终端塔：
0～90°12、15、18、21、24、27、30m共7种。
3、2、7铁塔长短腿分级
本系列塔型长短腿按1.0m分级，即30米及以下呼高按3.0、4.0、5.0、6.0、7.0五级设计、33米及以上呼高按3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0六级设计。
3、2、8铁塔使用条件表（单回路）
名称
代号
使用档距（m）
线间距离（m）
标志高（m）
设计最小垂直档距系数kv及转角度数
保护角（°）
LH
LV
LM
L0
水平
垂直
直线塔
220ZM41
450
650
600
300
4.7
6.0
12、15、18、21、24、27、30、33、36、39、42
0.75
4.5°
直线塔
220ZM42
600
900
850
500
5.2
6.0
12、15、18、21、24、27、30、33、36、39、42、45、48
0.60
6.5°
大档距直线塔
220ZM43
1000
1500
1200
1000
6.0
7.0
15、18、21、24、27、30、33、36、39、40、42
0.45
8.3°
耐张塔
220NG41
600
900
800
200/800
4.5
4.0
12、15、18、21、24、27、30、33、36
0～20
-8.0°
转角塔
220JG42
600
900
800
200/800
5.0
4.0
12、15、18、21、24、
27、30、33、36、39、42
20～40
-4.0°
转角塔
220JG43
600
900
800
200/800
5.5/4.5
4.0
12、15、18、21、24、
27、30、33、36
40～60
0～-7.0°
大档距转角塔
220JG45
1000
1500
1200
200/1000
7.0
5.0
12、15、18、21、24、
27、30、33、36
0～30
0～-7.0°
转角兼终端
220JG44
（220DG41）
500
800
600
200/800
（50/800）
6.0/5.0
4.0
15、18、21、24、27、30
60～90
0～90
0·-8.0°
注：
60-90度为转角塔，但应能满足0°和90°时作为终端塔的受力。
4、铁塔绝缘配合和头部尺寸
4、1铁塔绝缘水平设计
4、1、1绝缘子串片数
悬垂绝缘子串的片数，采用16片（146×255），可以满足3500m以下高海拔地区的要求。
从铁塔的绝缘间隙来看，设计中留有一定的裕度。
满足高海拔要求的绝缘子片数，一般均能满足较高污区的要求。
综上所述本系列塔型悬垂绝缘子串最大采用16片，耐张绝缘子串最大采用17片普通或防污绝缘子即可满足要求。
在特重污地区，也可选用绝缘高度相当的合成绝缘子。
复合绝缘子的长度宜增长12％。
4、1、2绝缘子串的强度配合
按《110～750kV架空输电线路设计规范》的规定，绝缘子的机械强度安全系数为：
最大使用荷载2.7
断线1.8
断联1.5
绝缘子尚应满足正常运行情况常年荷载状态下安全系数不小于4.0。
本系列塔型配用绝缘子吨位及串型如下表：
塔型
荷载情况
按设计条件的荷载（kgf）
绝缘子串允许荷载（kgf）
推荐串型
备注
220ZM41
最大荷载
2203（垂直荷载）
2642
16片单串
1×LXY1-70
常年荷载
1380（垂直荷载）
1783
220ZM42
最大荷载
2917（垂直荷载）
5285
16片双串
2×LXY1-70
常年荷载
1795（垂直荷载）
3567
220ZM43
最大荷载
4616（垂直荷载）
5285
16片双串
2×LXY1-70
常年荷载
2793（垂直荷载）
3567
220NG41
220JG42
220JG43
220JG45
最大荷载
5258（线条张力）
5285
17片双串
2×LXY1-100
常年荷载
3286（线条张力）
3567
220JG44
线路侧
最大荷载
5258（线条张力）
5285
17片双串
2×LXY1-100
常年荷载
3286（线条张力）
3567
龙门架侧
最大荷载
1000（线条张力）
2643
17片单串
1×LXY1-70
常年荷载
4、1、3空气间隙
按《110～750kV架空输电线路设计规范》的规定，海拔超过1000m地区，应按海拔高度来修正空气间隙。
本系列塔型设计最高海拔高程为3500m，悬垂绝缘子串的片数为16片，按规程要求修正后，带电部分与杆塔构件的最小间隙如下：
海拔高程（m）
绝缘子片数
空气间隙（m）
工频电压
操作过电压
雷电过电压
带电检修
1500～2400
15
0.65（0.70）
1.70（1.90）
2.06
2.35（2.60）
>2400～3000
16
0.70（0.74）
1.80（2.00）
2.21
2.48（2.72）
>3000～3400
0.75（0.80）
1.90（2.20）
2.60（2.85）
注：
括号中为V串数值。
4、1、4铁塔头部间隙园图
在新设计塔型时应根据规划的各型直线塔的最小允许垂直档距系数，分别计算雷电过电压、操作过电压及工频电压时的允许风偏角，再用此风偏角来作间隙园图。
4、1、4、1直线塔的最小允许垂直档距系数
此系数为直线塔在最大弧垂时最小允许垂直档距与设计水平档距之比，用Kv符号表示。
Kv值的选取与地形、水平档距、导线、气象条件等有关。
在上世纪60年代，上海电力设计院的论文介绍了山区送电线路Kv值的数理统计成果,Kv值分布如下：
平地0.80～0.85
丘陵0.70～0.75
一般山地0.50～0.60
复杂山地0.40～0.50
我省地形的特点是自西向东有著名的无量山、哀牢山等横断山脉和怒江、澜沧江、元江、南盘江等深切的河流，地形复杂，也有盆坝地区的分布。
在Kv的取值上要考虑各种地形条件出现的机遇。
本系列塔型设计中直线塔考虑了3种，按其使用的范围，Kv值的选取如下：
220ZM41丘陵及一般山地0.75
220ZM42一般山地0.60
220ZM43高山0.45
4、1、4、2悬垂绝缘子串的长度
按该塔型使用的最长串型选取。
如单、双串均能挂的塔型，按双串选取。
16片双串：
长2858mm重199kg（防污）
另外，要考虑满足合成绝缘子的长度。
双联 长2858*1.12＝3200mm重55kg
4、1、4、3铁塔窗口导线下垂量的选取
直线塔导线离开悬挂点后，由于弧垂和地形高差的影响导线均要下垂，在铁塔窗口边缘由于导线下垂导致对窗口电气间隙不够。
在地形高差越大、铁塔窗口越宽的情况更为明显。
因此，在铁塔设计制作间隙园图时要考虑导线下垂量的影响。
在铁塔窗口侧面宽度一定的情况下，下垂量与塔位点的半边（一侧）垂直档距有关。
半边（一侧）垂直档距的不均匀度取0.10～0.20/0.90～0.80。
铁塔瓶口导线下垂量按下式计算：
Δf=AgLv1/σ
式中：
Δf－铁塔瓶口处导线下垂量（m）；
A－侧视塔颈瓶口宽度的一半（m）；
G－导线计算情况的比载（kg/m-mm2）；
Lv1－该塔位下坡侧半边垂直档距（m）；
Lv1＝L1/2+σh/gL1
L1、h－下坡档的档距、高差（m）；
σ－导线计算情况的应力（kg/mm2）。
各直线塔的下垂量选取如下：
220ZM41300mm
220ZM42500mm
220ZM43700mm
4、2塔头尺寸的确定
4、2、1线间距离
导线在杆塔上的排列有三角形排列和水平排列。
一般三角形排列钢材较省，耐雷指标较差。
我省220kV线路基本上采用三角形排列的方式。
本系列塔型导线按三角形排列设计。
杆塔上导线间的距离决定于导线对杆塔的电气间隙和档距大小。
按《110～750kV架空输电线路设计规范》的规定：
a）对1000m以下档距，水平线间距离按下式计算：
D=0.4Lk+U/110+0.65
b）导线三角形排列的等效水平线间距离按下式计算：
Dx=
（Dp2+（4Dz/3）2）
式中：
D—水平线间距离，m;
Lk—悬垂绝缘子串的长度，m；
U—送电线路的标称电压，kV；
fc—导线最大弧垂，m；
Dx-导线三角形排列的等效水平线间距离，m；
Dp—导线间水平投影距离，m;
Dz--导线间垂直投影距离，m。
c）对于档距在1000m以上，参考《架空送电线路大跨越设计技术规定》水平线间距离按下式计算：
D=0.4Lk+U/110+K
式中：
K—系数，大跨越0.8～1.0，建议大档距取0.70～0.80。
根据本系列塔型的最大设计档距，其线间距
类别
塔型
设计最大档距（m）
要求的等效水平线间距离（m）
实际的等效水平线间距离（m）
备注
直线塔
220ZM41
600
6.5
9.2
塔头尺寸控制
220ZM42
850
7.9
9.5
塔头尺寸控制
220ZM43
1200
10.7
11.1
塔头尺寸控制
承力塔
220NG41
800
6.3
6.7
最大档距控制
220JG42
800
6.3
6.6
最大档距控制
220JG43
800
6.3
6.1
最大档距控制
220JG45
1200
9.4
9.4
大档距
220JG44
600
5.2
5.2
兼终端塔
4、2、2地线支架高度
地线支架高度，根据《110～750kV架空输电线路设计规范》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》要求，决定于：
a）在档距中央，导线与地线间的距离（15℃，无风）须满足：
S1≥0.012L+1
式中：
L—档距，m
当档距较大，用上式计算出的S1大于7.5m时，仍用7.5m。
b）保护角小于15度；
c）杆塔上两根地线间的距离，不应超过导线与地线间垂直距离的5倍；
d）地线与相邻导线间的水平偏移，在10mm冰区不小于0.50m；
4、2、3保护角
本系列塔型的保护角均比规程要求值更好。
详见《铁塔使用条件表》。
5、铁塔横担与绝缘子串连接的要求
5、1直线塔用UB挂板与横担连接。
要求每相导线有三个挂点。
5、2承力塔用GD耳轴挂板与横担连接。
跳线要求有三个挂点。
绝缘子串与横担连接的第一个金具如下表：
类别
塔型
与横担连接的第一个金具
备注
导线
地线
直线塔
悬垂串
220ZM41
挂板UB-10
挂板UB-10
220ZM42
挂板UB-10
挂板UB-10
220ZM43
挂板UB-10
挂板UB-10
承力塔
耐张串
220JG41
双串GD-16S耳轴挂板
单串UL-10
220JG42
220JG43
220JG44
220JG45
承力塔
跳线串
各型承力塔
两个悬垂单串挂孔（U-1880）
6、铁塔荷载
6、1荷载条件
a）导、地线：
LGJ-400/50，GJX-100
b）气象条件：
c=10mm（地线15mm）,v=30m/s
c）杆塔使用条件：
见《铁塔使用条件表》
d）导线、地线风压高度变化系数：
导线：
地线：
绝缘子串
e）绝缘子串重量：
f）绝缘子串大风时风压：
g）荷载计算：
按设计规范计算。
断线张力：
（-5℃、有冰、无风）
导线
地线
直线塔
张力50％Tm
张力100％Tm
垂直荷载100％冰荷载
垂直荷载100％冰荷载
耐张塔
张力100％Tm
张力100％Tm
垂直荷载100％冰荷载
垂直荷载100％冰荷载
不平衡张力（-5℃、有不均匀冰、10m/s风速）
导线
地线
直线塔
张力10％Tm（三相）
张力20％Tm（两根）
垂直荷载不小于75％冰荷载（三相）
垂直荷载不小于75％冰
荷载（两根）
耐张塔
张力30％Tm（三相）
张力40％Tm（两根）
垂直荷载不小于75％冰荷载（三相）
垂直荷载不小于75％冰
荷载（两根）
注意事项：
（1）直线塔最大风速情况可能出现的最小垂直档距的荷载，在算塔时若起控制作用，可用设计的kv（最小垂直档距/设计水平档距）值算得；
（2）承力塔最低气温情况要计算负的垂直档距情况；
（3）杆塔垂直档距需要分开时，按0.10/0.90分配；
（4）杆塔的附加荷载、冲击系数由杆塔设计人员自行考虑；
（5）荷载表中，张力系指线条张力，在结构计算时，应根据其转角度数进行分解。
（6）直线塔220ZM33可以带不超过3°的小转角。
因此，在开列外负荷时，要计算其线条张力。
6、2各型铁塔荷载表
7、直线塔间隙园图
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