國內(nèi)外輸電線路桿塔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對比

國內(nèi)外輸電線路桿塔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對比

世界正在發(fā)生重大變化。國際投資促進(jìn)模式和多邊投資促進(jìn)規(guī)則正在制定和實(shí)施中。國家制定了“一帶一路”政策，鼓勵(lì)國內(nèi)公司離開。掌握國內(nèi)外輸電線路工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差異,對于控制工程造價(jià)、質(zhì)量和進(jìn)度顯得尤為重要。桿塔設(shè)計(jì)是影響線路工程造價(jià)的關(guān)鍵因素之一。本文通過研究國內(nèi)外輸電線路桿塔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在安全度、荷載和構(gòu)件計(jì)算方面的差異,結(jié)合實(shí)例進(jìn)行對比分析計(jì)算,并通過鐵塔真型力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,其結(jié)論可為以后的境外輸電線路工程設(shè)計(jì)提供參考。1美國生物處理標(biāo)準(zhǔn)主要分為4個(gè)基本組成我國架空輸電線路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體系分為國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等,國家標(biāo)準(zhǔn)主要有:GB50545-2010《110kV~750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要有:DL/T5154-2002《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》等。國際電工委員會(huì)(IEC)于1991年頒布了IEC60826:1991《架空輸電線路荷載和強(qiáng)度》,2003年在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步修訂并頒布了IEC60826:2003《輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。美國的架空輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系主要由以下4部分組成:(1)國家法規(guī)和安全規(guī)定執(zhí)行美國國家電力規(guī)定NEC和美國國家電力安全標(biāo)準(zhǔn)NESC;(2)電氣部分以IEC60826標(biāo)準(zhǔn)為主;(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以美國土木工程協(xié)會(huì)ASCE標(biāo)準(zhǔn)為主,還可參考美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)AISC標(biāo)準(zhǔn);(4)桿塔材料執(zhí)行美國測試和材料協(xié)會(huì)ASTM的系列標(biāo)準(zhǔn)。歐盟于1972年成立歐盟電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CENELEC),2001年正式發(fā)行架空輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EN50341∶2001,包括英語、德語和法語3個(gè)版本,各個(gè)國家再根據(jù)本國的實(shí)際情況進(jìn)行小幅度的修訂,形成本國的標(biāo)準(zhǔn),并在名稱前面加上本國的簡寫,如英國標(biāo)準(zhǔn)為BS-EN50341∶2001。2國內(nèi)外電路燈塔的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同從影響桿塔設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素:安全度、荷載和結(jié)構(gòu)計(jì)算三方面進(jìn)行對比分析,找出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的差異及其影響。2.1我國規(guī)范與國外規(guī)范的比較我國規(guī)范按照電壓等級和線路種類的不同,將輸電線路劃分為3個(gè)結(jié)構(gòu)安全級別,通過結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)來反映。國外規(guī)范規(guī)定的安全級別與冰、風(fēng)荷載的重現(xiàn)期有關(guān),見表1。為使得國內(nèi)外規(guī)范相當(dāng)安全系數(shù)相互比較的起點(diǎn)相同,以我國規(guī)范規(guī)定的50年重現(xiàn)期為基準(zhǔn),分別將各國規(guī)范各個(gè)重現(xiàn)期的相當(dāng)安全系數(shù)與之比較,計(jì)算結(jié)果見表2。從表2可以看出,與國外規(guī)范相比,我國規(guī)范50a重現(xiàn)期的相當(dāng)安全系數(shù):(1)對于輕冰區(qū),Ⅰ級結(jié)構(gòu)與美國規(guī)范50a及歐盟500a重現(xiàn)期較為接近;Ⅱ級結(jié)構(gòu),除與歐盟規(guī)范150a重現(xiàn)期較為接近,普遍小于國外規(guī)范;Ⅲ級結(jié)構(gòu),則遠(yuǎn)小于國外規(guī)范。(2)對于中冰區(qū),Ⅰ級結(jié)構(gòu)除與IEC規(guī)范500a重現(xiàn)期較為接近外,普遍大于國外規(guī)范;Ⅱ級結(jié)構(gòu),與美國規(guī)范400a和IEC規(guī)范150a重現(xiàn)期較為接近,略小于IEC規(guī)范500a重現(xiàn)期,普遍大于國外規(guī)范其他重現(xiàn)期;Ⅲ級結(jié)構(gòu),與美國規(guī)范100a重現(xiàn)期和IEC規(guī)范50a重現(xiàn)期較為接近,普遍大于國外規(guī)范其他重現(xiàn)期。(3)對于重冰區(qū),則遠(yuǎn)大于國外規(guī)范。2.2塔的承受載量(1)塔架的載荷國內(nèi)外規(guī)范設(shè)計(jì)荷載工況的大致對應(yīng)關(guān)系見表3。(2)概率統(tǒng)計(jì)方法國外規(guī)范都是以冰、風(fēng)荷載的長期觀測資料為基礎(chǔ),假定冰、風(fēng)荷載服從某一概率分布類型,按其概率分布的某一不利分位值用概率統(tǒng)計(jì)方法確定。我國規(guī)范除風(fēng)荷載具有較長期的觀測資料,可按概率統(tǒng)計(jì)方法確定外,冰荷載由于缺乏長期的覆冰觀測數(shù)據(jù),多按相鄰已運(yùn)行線路的運(yùn)行資料和經(jīng)驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)冰厚,缺乏長期觀測數(shù)據(jù)的支撐和數(shù)理模型的推算見表4。(3)負(fù)荷事故連接及分類系數(shù)國內(nèi)外規(guī)范均采用概率統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行桿塔荷載計(jì)算,對不同類型工況采取不同的分項(xiàng)系數(shù)和荷載組合系數(shù)。2.3拉、螺栓抗剪和螺栓孔金屬承載力國內(nèi)外規(guī)范桿塔構(gòu)件結(jié)構(gòu)計(jì)算均分別從軸心受壓、受拉、螺栓抗剪和螺栓孔承壓等方面考慮,其計(jì)算方法基本類似,但在參數(shù)取值方面存在差異,總體來說,其構(gòu)件承載力較國內(nèi)規(guī)范要高,詳見表9。3設(shè)計(jì)計(jì)算材料針對安哥拉SOYO項(xiàng)目400kV輸電線路工程中的4Z1直線塔、4J1耐張塔,分別根據(jù)歐盟和國內(nèi)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)風(fēng)速為30m/s,無冰;導(dǎo)線型號為AAAC-660(d=33.39mm),地線型號為OPGW-143(d=16mm);4Z1直線塔設(shè)計(jì)水平檔距450m,垂直檔距600m;4J1轉(zhuǎn)角塔設(shè)計(jì)水平檔距450m,垂直檔距650m,轉(zhuǎn)角度數(shù)30°。3.1外規(guī)范根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算方法(1)大風(fēng)工況導(dǎo)、地線荷載,見表6、表7。(2)塔身風(fēng)荷載國內(nèi)外規(guī)范塔身風(fēng)荷載計(jì)算方法基本類似,限于篇幅,僅給出4Z1直線塔45°風(fēng)工況塔身風(fēng)荷載計(jì)算值,見表8、圖1。以上結(jié)果表明按國內(nèi)規(guī)范計(jì)算的塔身風(fēng)荷載值較歐盟規(guī)范要大,橫擔(dān)部分相差較大,塔身部位差別在20%左右。3.2主要構(gòu)件承載力對比選取Q235、Q345和Q420三種材質(zhì)的鋼材按國內(nèi)和歐盟規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件承載力對比分析,4Z1、4J1塔的主要構(gòu)件承載力對比見表9。從表9可以看出按歐盟規(guī)范計(jì)算的構(gòu)件承載力比國內(nèi)規(guī)范高,受不同的構(gòu)件規(guī)格、材質(zhì)及計(jì)算長度等影響,一般在5%~20%之間。3.3塔重比較塔重計(jì)算塔重比較見表10。由表10可以看出,采用歐盟規(guī)范計(jì)算得到的4Z1、4J1塔計(jì)算重量比國內(nèi)規(guī)范小5%~10%。4荷載計(jì)算工況對比以上兩種塔型分別于2013年11月5~6日和11月20~21日在中國電力科學(xué)研究院北京良鄉(xiāng)輸電桿塔試驗(yàn)基地順利通過所有試驗(yàn)工況,并超載120%。(1)我國桿塔50a重現(xiàn)期相當(dāng)安全系數(shù):對于輕冰區(qū),Ⅰ、Ⅱ級結(jié)構(gòu)分別與美國及歐盟規(guī)范不同重現(xiàn)期接近,Ⅲ級結(jié)構(gòu)則遠(yuǎn)小于國外規(guī)范;對于中冰區(qū),Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級結(jié)構(gòu)分別與美國及歐盟規(guī)范不同重現(xiàn)期接近;對于重冰區(qū),則各級別結(jié)構(gòu)均遠(yuǎn)大于國外規(guī)范。(2)國內(nèi)外規(guī)范在桿塔荷載工況方面基本一致,均考慮了風(fēng)荷載、覆冰、斷線等工況,但各荷載工況略有差異,荷載取值計(jì)算方法基本相同,計(jì)算參數(shù)取值存在差異。(3)采用中歐規(guī)范對4Z1直線塔、4J1轉(zhuǎn)角塔進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。按歐盟規(guī)范計(jì)算構(gòu)件承載力比國內(nèi)規(guī)范