輸電桿塔快速建模分析時荷載的簡化取值

輸電桿塔快速建模分析時荷載的簡化取值摘要：目前國內(nèi)外圍繞輸電桿塔結(jié)構(gòu)安全開展的研究越來越多。但是由于輸電桿塔自身結(jié)構(gòu)復雜、承受荷載的種類繁多等因素，關(guān)于輸電桿塔建模分析過程一般較為緩慢，工程中急需建立一種便捷高效、適合工程應(yīng)用的輸電線路快速建模的方法。本文圍繞輸電桿塔荷載快速建模與計算的主題，以典型500kV耐張塔為例，在分析計算的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了各類靜垂直荷載、橫水平荷載、縱水平荷載荷載相對關(guān)系，明確提出了快速建模計算時需要重點考慮的荷載要素，為工程應(yīng)用提供了指導。

關(guān)鍵詞：輸電桿塔；荷載；簡化取值

1引言

輸電線路桿塔是輸電網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全可靠供電。但是隨著惡劣氣候現(xiàn)象的增加和電網(wǎng)規(guī)模的擴大，輸電桿塔故障頻發(fā)[1-3]。近年來，國內(nèi)外圍繞輸電桿塔結(jié)構(gòu)安全開展的研究越來越多。這些相關(guān)研究課題很多涉及輸電桿塔建模分析[3，4]。但是由于輸電桿塔自身結(jié)構(gòu)復雜、承受荷載的種類繁多等因素，關(guān)于輸電桿塔建模分析過程一般較為緩慢，工程中急需建立一種便捷高效、適合工程應(yīng)用的輸電線路快速建模的方法。本文圍繞輸電桿塔荷載快速建模與計算的主題，在分析計算的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了影響桿塔承載的關(guān)鍵要素，以期工程應(yīng)用提供了指導。

2輸電桿塔荷載分類

根據(jù)設(shè)計過程中荷載計算需要，桿塔承受的荷載一般可分解為作用在桿塔上的垂直荷載（垂直荷載是垂直于地面方向的荷載）、橫向水平荷載（平行桿塔平面即沿橫擔方向）、縱向水平荷載（垂直桿塔平面即垂直橫擔方向）。

①垂直荷載包括：桿塔自重荷載；導線、地線、絕緣子串和金具的重量；安裝、檢修時的垂直荷載（包括工人、工具及附件等重量）。

②橫向水平荷載包括：桿塔塔身風荷載；導線、地線、絕緣子串和金具的風荷載；轉(zhuǎn)角桿塔的導線及地線的角度力。

③縱向水平荷載包括：導線、地線的不平衡張力（對無轉(zhuǎn)角的桿塔不平衡張力為順線路方向，對有轉(zhuǎn)角的桿塔不平衡張力則與桿塔橫擔垂直）；導線、地線的斷線張力和斷導線時地線對桿塔產(chǎn)生的支持力；安裝導線時的緊線張力。

3各種桿塔荷載的對比分析

3.1對比工況

為直觀反映各種桿塔荷載的相對關(guān)系，本文以一種典型的500kV線路桿塔（CJ1-30型）為例，計算分析了該桿塔在連接兩種典型檔距的情況下（小號側(cè)檔距268米，垂直檔距分量為140m；大號側(cè)檔距429米，垂直檔距分量為411m）不同荷載的之間的相關(guān)關(guān)系[5-7]。導線類型為6×LGJ-300/40。

3.2靜垂直荷載

根據(jù)載荷計算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

當線路無冰且檔距較小時（如垂直檔距140m），500kV六分裂線路的絕緣子重量占比很大，可以接近甚至超過50%；當線路無冰且檔距較大時（如垂直檔距411m），絕緣子重量占比依然較大，可以到達25.6%。對于500kV四分裂線路，絕緣子重量的占比將進一步增加。當考慮覆冰載荷后，絕緣子重量占比會急劇減小，甚至可以忽略。

無冰條件下導線和地線重量在一端耐張塔上表現(xiàn)的垂直載荷雖然與檔距（垂直檔距）與直接關(guān)系，但是即便是垂直檔距達到411m，導線和地線的自重占比也沒有超過桿塔垂直載荷的60%；對于常規(guī)500kV四分裂導線而言，這一占比將略低。在考慮覆冰條件下，導地線和覆冰重量將占垂直載荷主體。

因此，對于快速建模時的靜垂直荷載簡化取值建議僅考慮導線和地線的自重、覆冰和考慮覆冰系數(shù)的絕緣子重量，其它連接金具、附件和復合絕緣子可以忽略，即：桿塔垂直載荷=（導線自重+導線覆冰+地線自重+地線覆冰+考慮覆冰系數(shù)的絕緣子重量）。

（2）動張力荷載

比較顯著的導線動態(tài)荷載主要指舞動引起的導線張力的動態(tài)變化。一般將導線舞動動態(tài)張力變化分量與導線靜態(tài)分量分離后單獨討論，并定義導線動張力系數(shù)=導線舞動動態(tài)張力分量÷導線靜態(tài)張力分量×100%。

這里選用風速為10m/s，覆冰厚度為5mm，導線靜態(tài)拉力取計算拉斷力的25%；為檔距，即268m。根據(jù)動張力表達式，可以發(fā)現(xiàn)如果導線發(fā)生單半波舞動，即使舞動峰峰值僅有2m時，導線動張力系數(shù)即可達到0.54。在分析桿塔的荷載時，導線的動態(tài)張力荷載不可忽略。

4小結(jié)

通過對典型桿塔和典型工況條件下桿塔的各種荷載的計算和對比分析，總結(jié)桿塔荷載快速建模計算可做如下簡化：

（1）靜垂直荷載簡化取值可僅考慮導線和地線的自重、覆冰和考慮覆冰系數(shù)的絕緣子重量，其它連接金具、附件和復合絕緣子可以忽略。

（2）橫水平荷載簡化取值可僅考慮導線和桿塔本身的覆冰或無冰情況下的風荷載，絕緣子、連接金具、附件的風載荷可以忽略。

（3）導地線的靜態(tài)不平衡張力涉及因素較多，需要經(jīng)過計算后才可確定其荷載大小。導線的動態(tài)張力荷載不可忽略，需要詳細計算。

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