城區(qū)220kV雙回路鋼管桿安全系數(shù)取值分析

胡 鑫 閆克星 李曉東 梅志強(qiáng) 王玉杰 陳軍帥

（1.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052；2.河南電力博大實(shí)業(yè)有限公司，河南 鄭州 450051；3.河南鼎力桿塔股份有限公司，河南 駐馬店 463900）

導(dǎo)線的安全系數(shù)是輸電線路設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，它關(guān)系到線路的投資大小并影響到線路的運(yùn)行安全。如果設(shè)計(jì)時(shí)采用合理的安全系數(shù)，會(huì)在保證線路安全運(yùn)行的前提下使投資相對(duì)較?。?］。

根據(jù)線路應(yīng)力、弧垂的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，可知如果增大導(dǎo)線的安全系數(shù)，則導(dǎo)線弧垂變大，為滿足對(duì)地距離及交叉跨越的要求，必然要通過采用呼程高度較高的鋼管桿，或增加桿塔數(shù)量以縮小檔距來實(shí)現(xiàn)［2］。增大安全系數(shù)，在同呼高情況下，單基桿塔重量減小，但水平檔距也相應(yīng)減小，桿塔總基數(shù)有可能增加，一定線路長(zhǎng)度下桿塔總重量不一定減少，所以，安全系數(shù)大，工程投資不一定就會(huì)降低［3-4］。反之，如果縮小導(dǎo)線的安全系數(shù)，則導(dǎo)線弧垂也會(huì)減小，雖然桿塔呼程高度或桿塔基數(shù)會(huì)有所減少，但會(huì)引起單基鋼管桿耗材增加，轉(zhuǎn)角桿尤其明顯，所以，安全系數(shù)小，工程投資也不一定會(huì)降低。對(duì)于某個(gè)工程來說，如果線路路徑和交叉跨越已經(jīng)確定，必然會(huì)有個(gè)“臨界點(diǎn)”，使得鋼管桿線路路徑造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行安全可靠［5］。本研究通過假定一定的線路路徑，建立計(jì)算模型，然后對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行工程估算、分析，從而選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)的線路安全系數(shù)和鋼管桿高度。

1 鋼管桿計(jì)算取值原則假定

1.1 導(dǎo)、地線的設(shè)計(jì)安全系數(shù)是使導(dǎo)、地線在運(yùn)行中存在一定的安全儲(chǔ)備，即導(dǎo)、地線的瞬時(shí)拉斷力與導(dǎo)、地線在弧垂最低點(diǎn)最大使用拉力之比值。根據(jù)GB 50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.0.7條規(guī)定，導(dǎo)、地線在弧垂最低點(diǎn)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，本次導(dǎo)線安全系數(shù)分別取值5、6、7、8；地線安全系數(shù)分別取值7、8、9、10，進(jìn)行計(jì)算。

1.2 鋼管桿主桿材質(zhì)采用Q420，橫擔(dān)材質(zhì)選用Q345。

1.3 地線安全系數(shù)比導(dǎo)線安全系數(shù)大2。

1.4 直線桿撓度控制在5‰以內(nèi)，耐張桿撓度控制在12‰以內(nèi)。

1.5 鋼管桿實(shí)際使用強(qiáng)度不超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%。

1.6 耐張桿轉(zhuǎn)角度數(shù)劃分：Ⅰ型轉(zhuǎn)角度數(shù)0°～10°；Ⅱ型轉(zhuǎn)角度數(shù)10°～30°；Ⅲ型轉(zhuǎn)角度數(shù)30°～50°；Ⅳ型轉(zhuǎn)角度數(shù)50°～70°；終端桿70°～90°（兼0～90終端）。

1.7 根據(jù)調(diào)研結(jié)果，按照正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)原則，得出常用的鋼管桿檔距分布，從而確定本次設(shè)計(jì)Ⅰ型直線桿水平檔距均取200m、垂直檔距均取250m；Ⅱ型直線桿塔水平檔距取250m、垂直檔距取300m，跨越桿水平檔距取250m，垂直檔距取300m，耐張桿塔水平檔距取220m、垂直檔距取280m。

1.8 桿塔總重增大調(diào)整系數(shù)取值1.25。

2 計(jì)算模型建立

2.1 設(shè)計(jì)條件

2.1.1 氣象條件

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545-2010）的規(guī)定，根據(jù)沿線的氣象資料數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合河南省典型氣象區(qū)，確定本工程設(shè)計(jì)氣象條件匯總于表1。

表1 工程氣象條件參數(shù)組合表

2.1.2 地質(zhì)條件

地質(zhì)條件，選用一般地質(zhì)，基本由黏土層組成，各土層參數(shù)見表2。

表2 土層參數(shù)

2.1.3 導(dǎo)地線選擇

目前我國(guó)導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T 1179-2008，參照國(guó)網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)物料導(dǎo)、地線參數(shù)及相關(guān)技術(shù)要求，本次設(shè)計(jì)導(dǎo)線選用JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45型鋼芯鋁絞線。

2.1.4 線路假定

因鋼管桿線路路徑所經(jīng)地區(qū)一般為城市規(guī)劃區(qū)、走廊受限制區(qū)或公路綠化帶等受限制的地段，線路長(zhǎng)度相對(duì)較短。本模型考慮獨(dú)立的一個(gè)耐張段為基本單位來分析，此耐張段長(zhǎng)度假定為2km，耐張段所用耐張桿分別采用各型耐張桿進(jìn)行組合，這樣可以看出耐張桿選用不同對(duì)造價(jià)的影響，如圖1所示。

圖1 模型示意圖

2.1.5 桿型配置

（1）導(dǎo)線選用LGJ-630/45型時(shí)桿塔布置情況

桿塔基數(shù)不變、導(dǎo)線對(duì)地安全距離不小于18m時(shí)，不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下桿塔呼高變化情況（詳見表3）。

桿塔呼高不變、導(dǎo)線對(duì)地安全距離不小于18m時(shí)，不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下耐張段內(nèi)桿塔基數(shù)變化情況（詳見表4）。

表3 桿塔基數(shù)不變時(shí)不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下桿塔呼高變化（LGJ-630/45導(dǎo)線）

表4 桿塔呼高不變時(shí)不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下的桿塔基數(shù)變化（LGJ-630/45導(dǎo)線）

（2）導(dǎo)線選用LGJ-400/35型時(shí)桿塔布置情況

桿塔基數(shù)不變、導(dǎo)線對(duì)地安全距離不小于18m時(shí)，不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下桿塔呼高變化情況（詳見表5）。

表5 桿塔基數(shù)不變時(shí)不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下桿塔呼高變化（LGJ-400/35導(dǎo)線）

桿塔呼高不變、導(dǎo)線對(duì)地安全距離不小于18m時(shí)，不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下耐張段內(nèi)桿塔基數(shù)變化情況（詳見表6）。

表6 桿塔呼高不變時(shí)不同導(dǎo)線安全系數(shù)取值條件下的桿塔基數(shù)變化（LGJ-400/35導(dǎo)線）

2.1.6 關(guān)于造價(jià)估算

（1）造價(jià)估算包括工地運(yùn)輸和土石方工程、基礎(chǔ)工程、桿塔工程和附件工程等本體部分。

（2）基礎(chǔ)工程包工包料費(fèi)按0.2萬(wàn)元/m3標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

（3）鋼管桿單價(jià)按0.95萬(wàn)元/t標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，施工費(fèi)單價(jià)按0.2萬(wàn)元/t標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

（4）附件工程按直線塔0.75萬(wàn)元/基、耐張塔1.2萬(wàn)元/基標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。

2.2 計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)分析

2.2.1 2×LGJ-630/45導(dǎo)線安全系數(shù)分析

總體造價(jià)與安全系數(shù)的關(guān)系如圖2、圖3所示。

圖2 不同導(dǎo)地線安全系數(shù)下，桿塔呼程高度變化，保持桿塔基數(shù)不變，假定線路在不同安全系數(shù)與總體造價(jià)的關(guān)系圖

圖3 不同導(dǎo)地線安全系數(shù)下，桿塔呼程高度不變，增減桿塔基數(shù)，假定線路在不同安全系數(shù)與總體造價(jià)的關(guān)系圖

從總體造價(jià)與安全系數(shù)關(guān)系圖可以看出，小轉(zhuǎn)角桿型在相同安全系數(shù)下，造價(jià)低于大轉(zhuǎn)角組合桿型，所以在鋼管桿線路路徑設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)角桿的選用對(duì)整體造價(jià)有一定影響。在鋼管桿基數(shù)不變，呼高變化這種方案下，使用Ⅲ型及Ⅳ型耐張鋼管桿，在導(dǎo)線安全系數(shù)K=7時(shí)，線路總體造價(jià)最少，但與K=5時(shí)的總體造價(jià)相差很小，其余組合情況均是在導(dǎo)線安全系數(shù)K=5時(shí)，線路總體造價(jià)最少；在鋼管桿基數(shù)變化，呼高不變此種方案下，均是在導(dǎo)線安全系數(shù)K=5時(shí)，線路總體造價(jià)最少。

2.2.2 2×LGJ-400/35導(dǎo)線安全系數(shù)分析

總體造價(jià)與安全系數(shù)的關(guān)系如圖4、圖5所示。

從總體造價(jià)與安全系數(shù)關(guān)系圖可以看出，無(wú)論在鋼管桿基數(shù)不變，呼高變化這種方案下，還是在鋼管桿基數(shù)變化，呼高不變此種方案下，均是在導(dǎo)線安全系數(shù)K=5時(shí)，線路總體造價(jià)最少。

圖4 不同導(dǎo)地線安全系數(shù)下，桿塔呼程高度變化，保持桿塔基數(shù)不變，假定線路在不同安全系數(shù)與總體造價(jià)的關(guān)系圖

圖5 不同導(dǎo)地線安全系數(shù)下，桿塔呼程高度不變，增減桿塔基數(shù)，假定線路在不同安全系數(shù)與總體造價(jià)的關(guān)系圖

3 結(jié)論

由以上圖表可以得出，導(dǎo)線選用LGJ-630/45和LGJ-400/35型，并且在鋼管桿基數(shù)不變，呼高變化，以及鋼管桿基數(shù)變化，呼高不變兩種方案下，均是在導(dǎo)線安全系數(shù)K=5時(shí)，線路總體造價(jià)最少，且與國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)四柱鋼管塔安全系數(shù)一樣，可根據(jù)實(shí)際線路走廊情況配合使用。但導(dǎo)線為L(zhǎng)GJ-630/45時(shí)，采用大轉(zhuǎn)角鋼管桿時(shí)需與四柱鋼管塔做經(jīng)濟(jì)對(duì)比。

［1］DL/T5130-2001架空送電線路鋼管桿設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

［2］邵天曉.架空送電線路的電線力學(xué)計(jì)算［M］.北京：水利電力出版社，1987.

［3］GB50545-2010.110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB50233-2005.110kV～750kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［5］李博之.高壓架空線路施工技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.