角度折算在220kV输电铁塔选型中的应用

角度折算在220kV输电铁塔选型中的应用

覃建华

（东莞电力设计院广东东莞523413）

摘要：架空输电铁塔在角度或者水平档距未用满的情况下，可以根据导线横向荷载一致的原则，进行相应的折算，本文通过公式推导了条件折算的原理，通过实例验证了折算方法的合理性，并给出了220kV输电铁塔常用导线型号、常规风速条件的折算结果，供同类工程参考。

关键词：转角塔；横向荷载；角度折算

在现行架空线路设计中，杆塔设计主要依据标准化设计，根据线路所在气象条件、杆塔档距、转角度数等参数选用典型设计模块中的相应杆塔，以转角塔为例，在实际使用过程中，往往会出现角度超条件，档距有富余；或档距超条件，角度未用满的情况，这种情况下，选用本条件下的塔型满不满足设计要求是设计人员经常会产生的疑惑。本文将根据导线外负荷等价为原则，推导档距与角度的折算公式，并结合实例，总结档距与角度的经验数据，供类似工程参考。

1角度折算的原理

输电铁塔的荷载主要来源于：铁塔自重、铁塔自身风荷载、铁塔导地线负荷、施工荷载以及其他不可预见的或偶然荷载，简而言之，铁塔计算中荷载主要分为三类：1.铁塔自重，2铁塔承受的风荷载，3导地线在各气象条件下，各运行状态下的张力以及附属设施（金具绝缘子等）自重产生的对铁塔的外荷载。作用在铁塔上的荷载按其作用方向分为垂直荷载、横向荷载、纵向荷载。垂直荷载是指垂直于地面方向作用的荷载；横向荷载是指顺横担方向作用的水平荷载，例如导线风荷载沿横担方向的分力；纵向荷载是指垂直于横担方向的水平荷载［1］。

档距与角度的变化主要导致导线外负荷横向荷载的变化，垂直荷载与纵向荷载由于影响很小故忽略不计，杆塔应计算正常运行情况、断线情况、不均匀覆冰情况、安装情况以及验算情况下荷载组合［2］。下图为某一铁塔导线外负荷计算结果，显而易见，导线外负荷横向荷载在90度大风工况下产生最大值。

图1不同工况下的导线横向荷载

90度大风工况下横向荷载为导线风荷载+导线大风张力+绝缘子风荷载，由角度与档距变化，主要导致导线风荷载与导线大风张力分为变化。设折算前水平档距为L0，角度为B0，在折算后水平档距为L折算，角度为B折算。

以为原则，进行角度与水平档距的换算。

导线及地线风荷载的标准值计算公式为［3］：

将简化为档距与角度的函数，则：

在90度大风工况下，横向荷载：

根据折算原则，并代入常用设计参数可得：

，则得：

由公式1-5可知，折算公式不仅与角度、档距有关，还与风速、导线外径以及大风工况下导线张力的有关。同时由上公式可知，大风工况下导线张力越大，风速越小，角度的富余量折算的档距量越大。

2.实例计算

为验证公式1-5的合理性，以风速27m/s，导线型号LGJ-630/45为设计条件，采用公式1-3计算3型转角60度折算到40度，水平档距由300m折算结果为699m。通过电气外负荷软件计算折算前与折算后的导线荷载，结果为下表2。

表2折算结果对照

由上表可知，将角度由60度折算成40度，水平档距由300m折算成699m后计算导线荷载，三个方向的荷载变化量均在±5%以内，基本满足要求。由于在折算过程中，忽略了折算导致纵向荷载及垂直荷载的变化，建议在使用折算公式中，将折算结果乘以按95%来使用。

为对比不同气象条件下折算结果，列出以下情况作为对比：情况1：风速27m/s、导线LGJ-400/35；情况2：风速27m/s、导线LGJ-630/45；情况3：风速31m/s、导线LGJ-400/35；情况4：风速31m/s、导线LGJ-630/45。

以初始水平档距300m，以一型（20度）、二型（40度）、三型（60度）、四型（90度）转角塔最大角度向下进行折算。计算结果见下图图2。

图2折算结果

图2为四型转角塔由转角度数90度向60度折算；三型转角塔由60度向40度折算；二型转角塔由40度向20度折算；一型转角塔由20度向0度角折算的数据曲线图，从上图曲线斜率即单位角度所折算的水平档距量，由上图可知，四型转角1度角度折算的水平档距最多，一、二、三型转角1度角度折算的水平档距差别较小，其中第1种情况下1度转角折算的水平档距量为18m-28m；第2种情况为20m-31m；第3种情况为13m-19m；第4种情况为14m-22m。第3种情况下由富余角度折算得到的水平档距最少，原因是第3种情况下导线的横向风荷载张力最小，风速最大。另外，角度与水平档距的折算因与众多参数变量有关，如风速、导线截面、导线张力、线路转角等等，无所给出具体单位角度折算水平档距的数据，通过上图可知折算的范围在13m-31m之间，具体工程可根据设计参数特点选用适当的折算值。

3.结论

本文通过理论公式的推导出了角度与水平档距进行折算的公式，通过公式可以得出折算结果与导线型号、风速、导线大风张力有关；通过实例计算得出转角塔中四型转角折算过程中单位角度折算的水平档距最多；计算了四种不同设计条件下折算结果，表明大张力导线、低风速情况下单位角度折算出的水平档距最小；本文计算实例可得出单位角度折算的水平档距介于13m-31m之间。

参考文献：

[1]刘树堂.输电杆塔结构及其基础设计[M].中国水利水电出版社.2009

[2]DL/T5154-2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》[S]，北京：中国计划出版社，2013.3

[3]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京：中国电力出版社，2002