关于35kV 输电线路悬垂塔水平档距的折算

王 阳，周宇飞，李 博

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

1 引言

目前35kV 输电线路的悬垂塔和耐张塔一般均采用通用设计的定型塔，一个塔型仅依据最高呼高塔型规划一种水平档距。设计时根据杆塔规划经验，每种塔型一般按高度不同分别规划4～5 种塔型。

定型设计中不论悬垂塔还是耐张塔所规划的一个塔型中对应着各种不同呼高的杆塔，但仅对应着一种水平档距，基本都以最高呼高的水平档距控制整个塔型的风压荷载，对于最高呼高的铁塔是合理的，但对于低呼高杆塔，实际导、地线线条风压荷载较高呼高杆塔有所减小，杆塔计算时仍以最高呼高计算导、地线线条风压荷载，显然不太合理。如果实际呼高为低呼高杆塔，可以通过实际使用呼高与最高呼高进行对比来折算水平档距，从而提高杆塔的利用率。

2 水平档距

架空输电线路杆塔在工频电压、操作过电压及雷电过电压三种工况下，相应的导、地线风荷载使绝缘子串产生风偏，这种风偏必然会引起带电部分的导线、悬垂线夹等设备的偏斜，使得导线对杆塔部分，如杆塔身、横担、拉线及脚钉等的空气间隙减少。在工程设计中考虑不周，就会引起闪络接地故障，空气间隙击穿影响输电线路运行安全。

当计算杆塔结构所承受的导线横向风荷载时，其荷载通常近似认为是导线单位长度上的风压与杆塔两侧档距平均值之乘积，这个档距平均值称为水平档距。

3 悬垂塔水平档距折算

按照《66 kV 及以下架空电力线路设计规范》规定，杆塔的荷载可分为下列两类：永久荷载：导线、地线、绝缘子及其附件的重力荷载，杆塔构件及杆塔上固定设备的重力荷载，土压力和预应力等；可变荷载：风荷载，导、地线张力荷载，导、地线覆冰荷载，附加荷载，活荷载等。悬垂塔主要考虑大风、覆冰、低温、断线及安装等工况[1］，但断线以无风考虑，覆冰及安装以低风速考虑，对杆塔影响较少，即悬垂塔主要受最大风控制。在定型设计中同一塔型所有呼高均采用一种水平档距，在排杆定位设计时一旦出现超限水平档距，需要更换水平档距更大的塔型，如果在超过规划水平档距不多的情况下，更换设计条件更大的塔型，必定导致杆塔利用率降低，增加工程投资。由于35 kV 输电线路中杆塔高度都较低，在不考虑杆塔风压荷载以及垂直档距已定的前提下，根据导、地线线条风荷载的计算原理，折算出不同呼高所对应的水平档距，保证同一悬垂塔的不同呼高的杆塔总体受力接近，以达到提高悬垂塔利用率的目的，保证杆塔设计的安全性和经济性。

为保证悬垂塔在用于超限水平档距的安全使用，其折算原则必须按照呼高杆塔的水平力总和不超过计算呼高杆塔的水平力总和，即档距折算后的导、地线水平风压荷载不能超过计算呼高下标准档距时导、地线的水平风压荷载。

导线及地线风荷载的标准值[2］：

式中：Wx为垂直于导线及地线方向的水平荷载标准值，kN；a 为风压不均匀系数，取0.75；βC为35 kV 的线路取1.0；z为风压高度变化系数，基准高度为10 m；SC为导线或地线的体型系数，线径＆lt;17mm 或覆冰时（不论线径大小）SC=1.2；线径≥17mm，SC=1.1；d 为导线或地线的外径或覆冰时的计算外径，m；LH为杆塔的水平档距，m；B 为覆冰时风荷载增大系数，5 mm 冰区取1.1，10 mm 冰区取1.2； 为风向与导线或地线方向之间的夹角，（°）；W0为基准风压标准值，kN／m2。W0=v2／1600，其中v 为基准高度10 m 的风速。

风速在近地层中的变化原因有动力和热力因数，前者主要由于与地面摩擦产生摩擦力，和地球表面植被、建筑或其他障碍物有关，在不同的地面粗糙度风速随高度变化差异很大；后者主要表现与近地层大气垂直稳定度的关系。

所以风速由地面粗糙程度、基本风速、计算高度等条件来控制。当输电线路规定的基准高度为10 m 时，而导、地线的实际挂线点高度不是10 m 时，其所处高度的风压应乘风压高度变化系数。

《建筑结构荷载规范》列出了风压高度变化系数的计算公式：

式中：h 为风距地面的高度，m；B 为田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区。

从导线及地线风压荷载的标准值计算公式可以看出，导、地线风荷载计算中只有风压高度变化系数Z与杆塔的呼高有关，其余系数与杆塔高度无关。

根据上述的档距折算原则，同一塔型不同呼高的直线塔导线平均高度处实际最大风荷载Wsj取值等于设计风荷载Wjs，折算出不同呼高杆塔的最大使用档距，因此有：

令不变值aW0SCβCdBsin2=C ，即CZJSLJS= CZSJLSJ

由此推导出折算后的水平档距为：

式中：hjs为计算呼高，m；hsj为实际呼高，m；Lisx为设计水平档距，m；LSJ为折算后水平档距，m。

根据推导出的水平档距折算公式，现在以06B1-Z1 悬垂塔为例进行杆塔计算档距的折算，计算结果见表1。

表1 06B1-Z1 直线塔不同呼高水平档距折算表

从上表可以看出，呼高每变化3 m，06B1-Z1 悬垂塔实际使用水平档距在5 m～22 m 之间变化，对于常用的呼高18 m杆塔，增加30 m 水平档距在实际应用中有一定的指导作用。更多的35 kV 输电线路其他定型模块（06B2、06B3、06B4 等）悬垂塔也可通过此折算方法计算出各个呼高对应的水平档距，既增加了铁塔的使用条件，又能保证铁塔使用的安全性。

4 耐张塔水平档距的折算

对于输电线路耐张塔，杆塔的横向荷载主要是导线风压荷载和导线张力在水平方向上的分量（角度荷载）及杆塔自身的风荷载三部分组成。以06B1-J4-24 米耐张塔为例，耐张塔24 m 呼高时荷载所占比例见表2。

表2 06B-J4-24 铁塔荷载组成百分比

从表3 看出，对耐张塔而言杆塔荷载主要受导线角度荷载控制，导、地线风荷载产生的水平力只占17.3%；导、地线风荷载所占比例会随着使用呼高的降低而逐渐降低。

杆塔随呼高的变化，导、地线风荷载变化较小，即对耐张塔的水平荷载影响也较小，而且会随着耐张塔转角度数增大会进一步降低影响。因此对于耐张塔而言，设计工作中不论实际呼高多高都使用杆塔规划水平档距，即不会造成工程的浪费也可以保证工程设计的安全。

5 结论及建议

对于06B1-Z1 系列悬垂塔呼高每变化3 m，杆塔实际使用水平档距在5 m～22 m 之间变化。当排塔定位设计时出现超限水平档距，在不考虑杆塔风压荷载以及垂直档距已定的前提下，根据导、地线线条风荷载的计算原理，优先考虑在不更换水平档距更大的塔型，通过水平档距折算考虑是否此种塔型可以满足超限水平档距，对设计工作提供了新的思路，可以提高杆塔利用率，节省工程投资。35 kV 输电线路其他定型模块（06B2、06B3、06B4 等）悬垂塔也可通过此折算方法计算出各个呼高对应的水平档距，既可增加了铁塔的使用条件，又能保证铁塔使用的安全性。杆塔随呼高的变化，导、地线风荷载变化较小，即对耐张塔的水平荷载影响也较小，而且会随着耐张塔转角度数增大会进一步降低影响。因此对于耐张塔而言，设计工作中不论实际使用呼高多高都使用杆塔规划水平档距，既不会造成工程的浪费也保证了工程设计的安全。

（1）悬垂塔的主要控制工况为大风工况，为保证悬垂塔在用于超限水平档距的安全使用，其折算原则必须按照呼高杆塔的水平力总和不超过计算呼高杆塔的水平力总和，即档距折算后的导、地线水平风压荷载不能超过计算呼高下标准档距时导、地线的水平风压荷载。

（2）由于悬垂塔实际使用水平档距增加，必定影响塔头电气间隙，因此实际使用中需要校验塔头电气间隙以及导线相间距离以保证工程应用的安全性。

（3）根据相应的力学计算原理对悬垂塔设计水平档距进行折算，可以达到增大杆塔设计使用档距和节约工程投资的目的。

（4）在档距折算时应注意折算档距与呼高之间并非线性关系，设计工程中需要经过精确计算，以保证工程安全可靠。