輸電鐵塔塔上中繼站設(shè)計

韓文慶，王子龍，張晨陽，劉 昊

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013；2.重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045；3.山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

常規(guī)的超高壓輸電線路站間光通信傳輸通道距離一般在200 km以內(nèi)，可以通過功放、預(yù)放、拉曼放大器等實現(xiàn)站間通信，無需設(shè)置中繼站，而對于長距離特高壓輸電線路來說，線路傳送距離一般在1 000 km以上，必須設(shè)置中繼站以滿足光通信電路的傳輸要求［1］。中繼站站點往往設(shè)置在輸電線路附近的變電站，但是需要與附近的輸電線路光纜搭接構(gòu)建與變電站連接通道，受地理因素制約大，光通信電路可靠性得不到保證。而直接在輸電線路鐵塔上設(shè)置中繼站具有投資省，地理因素制約小，光通信電路可靠性高的優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外尚無在輸電鐵塔上設(shè)置中繼站的先例，對在輸電鐵塔設(shè)置中繼站的可行性和輸電鐵塔塔上中繼站設(shè)計進(jìn)行了論述，供工程參考。

1 在輸電鐵塔上設(shè)置中繼站的可行性

1.1 塔上中繼站簡介

塔上中繼站就是將中繼站設(shè)備安裝到輸電鐵塔上運(yùn)行，同時保證輸電鐵塔正常工作。塔上中繼站設(shè)備主要包括一體化機(jī)柜、蓄電池柜和太陽能板。塔上中繼站主要設(shè)備尺寸及重量見表1。

表1 中繼站主要設(shè)備尺寸及重量表

1.2 中繼站荷載對于鐵塔的影響

塔上中繼站荷載主要為中繼站設(shè)備的水平風(fēng)荷載和設(shè)備自重荷載。在輸電鐵塔上安裝中繼站勢必增加鐵塔荷載，對鐵塔結(jié)構(gòu)帶來不利影響。塔上中繼站通常設(shè)置在500 kV及以上電壓等級的長距離輸電線路的鐵塔上，因此，本節(jié)分析了塔上中繼站荷載對于500 kV和±660 kV輸電線路不同塔型的影響。

1.2.1 中繼站荷載計算

以山東地區(qū)輸電線路典型氣象條件（離地10 m高度處設(shè)計風(fēng)速為27 m/s，覆冰厚度10 mm）為例，塔上中繼站一體化機(jī)柜和蓄電池柜安裝在離地10 m左右高度處，太陽能板安裝在離地15 m左右高度處，地面粗糙度類型為B類，根據(jù)文獻(xiàn)［2］按上述條件計算中繼站主要設(shè)備的水平風(fēng)荷載和垂直荷載，見表2。

表2 中繼站主要設(shè)備荷載表

1.2.2 輸電鐵塔荷載統(tǒng)計

本節(jié)統(tǒng)計了500 kV和±600 kV輸電線路在山東地區(qū)輸電線路典型氣象條件下，直線塔和轉(zhuǎn)角塔塔腿所承受的最小水平荷載和垂直荷載，見表3。

表3 500 kV和±600 kV鐵塔荷載統(tǒng)計表

1.2.3 塔上中繼站荷載對于輸電鐵塔的影響

中繼站的水平荷載和垂直荷載占鐵塔塔腿所承受的荷載的百分比見表4。

表4 中繼站荷載占鐵塔荷載的百分比

由表4可知，塔上中繼站的水平荷載和垂直荷載所占比例不到鐵塔塔腿所承受荷載的5%，由此可見對于500 kV和±660 kV鐵塔，導(dǎo)地線及鐵塔自身荷載仍是鐵塔的主要荷載，對于鐵塔設(shè)計計算起控制作用，中繼站荷載對于鐵塔設(shè)計計算不起控制作用，但中繼站荷載對于與其相連的鐵塔構(gòu)件的設(shè)計計算起控制作用。

1.3 輸電鐵塔隔面尺寸的適用性

塔上中繼站設(shè)備中的一體化機(jī)柜和蓄電池柜需安裝在鐵塔的第一個水平隔面上，因此要求鐵塔的第一隔面必須有足夠的空間來保證中繼站設(shè)備安裝、運(yùn)行和操作。

1.3.1 中繼站設(shè)備所需的空間

一體化機(jī)柜和蓄電池柜尺寸見表1，一體化機(jī)柜和蓄電池柜之間所需間距至少為0.2 m，其四周所需要的操作空間至少為0.8 m，因此其所需空間至少為3.12 m×2.25 m。

1.3.2 鐵塔第一個水平隔面尺寸

表5 500 kV和±600 kV直線塔和轉(zhuǎn)角塔第一個水平隔面的最小尺寸

本節(jié)統(tǒng)計了500 kV和±600 kV輸電線路直線塔和轉(zhuǎn)角塔第一個水平隔面的最小尺寸，見表5。

由表5可知，500 kV和±600 kV輸電線路鐵塔的第一個水平隔面的最小尺寸均滿足中繼站設(shè)備安裝、運(yùn)行和操作所需要的空間。

1.4 可行性評價

通過上述分析可以看出，中繼站對于500 kV和±600 kV輸電線路的鐵塔，在荷載和安裝尺寸方面均無較大影響，僅需對相應(yīng)塔型加以設(shè)計改造即可滿足中繼站的安裝運(yùn)行要求，由此可見，對于500 kV和±600 kV輸電線路，均可在鐵塔上設(shè)置中繼站。

2 中繼站在鐵塔上的設(shè)置方式

塔上中繼站的設(shè)置主要為一體化機(jī)柜、蓄電池柜和太陽能板的設(shè)置，對于塔上中繼站的設(shè)置既要滿足運(yùn)行操作要求，又要方便施工、安全防盜。在鐵塔上設(shè)置中繼站需要對相應(yīng)的塔型進(jìn)行設(shè)計改造，本節(jié)以在±600 kV寧東直流工程中的ZP2712直線塔上設(shè)置中繼站為例，介紹了塔上中繼站的設(shè)置和鐵塔設(shè)計改造。

塔上中繼站設(shè)置方式為：在鐵塔第一個水平隔面處設(shè)置中繼站平臺，在其上安裝一體化機(jī)柜、蓄電池柜，太陽能板安裝在平臺以上5 m處，見圖1。

圖1 中繼站設(shè)置圖

2.1 塔上中繼站平臺設(shè)計

塔上中繼站需要在鐵塔的第一個水平隔面處設(shè)置平臺，一體化機(jī)柜和蓄電池柜安裝在平臺上，見圖1。對于中繼站平臺的設(shè)計，本節(jié)從平臺龍骨截面形式選擇、平臺護(hù)欄設(shè)置方式、平臺入口數(shù)量和爬梯形式四個方面的進(jìn)行了對比分析，見表6。

表6 中繼站平臺方案比較

根據(jù)表6對比分析結(jié)果，塔上中繼站平臺采用輕型槽鋼作為龍骨，上鋪4 mm厚花紋鋼板。為保證操作人員及設(shè)備的安全，平臺四周設(shè)1.8 m高護(hù)欄網(wǎng)，頂部鋪4 mm厚花紋鋼板。塔上中繼站平臺設(shè)兩個入口，分別為設(shè)備吊裝入口和操作人員入口，設(shè)備吊裝入口朝向塔中心，便于設(shè)備直接從塔下起吊，操作人員入口朝向塔外，外設(shè)0.8 m寬走廊，走廊口設(shè)置帶鋼護(hù)欄的爬梯，見圖2、圖3。

圖2 中繼站平臺平面圖

圖3 塔上中繼站三維圖

2.2 太陽能板支架設(shè)計

太陽能板安裝在中繼站平臺上方約5 m高度處，見圖4，太陽能板安裝在中繼站設(shè)備上方可以起到為設(shè)備遮陽的作用，對降低設(shè)備運(yùn)行時的溫度起到一定的作用，另外太陽能板安裝到平臺上方有利于太陽能板的安全運(yùn)行，防止無關(guān)人員破壞太陽能板。

太陽能板安裝到鐵塔上，需設(shè)置太陽能板支架，并對塔身與太陽能板支架相連接處加以改造，在塔身與支架相連處各增加一個隔面，使支架與塔身形成空間桁架結(jié)構(gòu)，以利于支架力均勻傳遞到塔身［3］，見圖4。

圖4 太陽能板支架圖

由于線路走向不可能都是正南北向或正東西向，而太陽能板需要朝向正南，因此太陽能板支架的設(shè)計需要具有一定的方向調(diào)節(jié)功能，在太陽能板支架與塔身連接處設(shè)置長度可調(diào)桿件，其長度根據(jù)方向確定，見圖4。

3 結(jié)論

對于500 kV和±600 kV輸電線路，均可在鐵塔上設(shè)置中繼站，僅需對鐵塔進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計改造即可滿足要求。

中繼站平臺宜安裝在第一隔面，太陽能板宜安裝在其上方，中繼站平臺應(yīng)為安全防盜的封閉空間，并應(yīng)設(shè)置操作人員入口和設(shè)備入口，太陽能板應(yīng)具有根據(jù)線路走向來調(diào)節(jié)朝向的功能。