±500kV雙回路直流線路懸垂轉(zhuǎn)角塔試驗(yàn)方案

李元生

（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130026；2.中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長春 130021）

±500kV雙回路直流線路懸垂轉(zhuǎn)角塔試驗(yàn)方案

李元生1，2

（1.吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130026；2.中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長春 130021）

試驗(yàn)方案的確定，直接影響試驗(yàn)的可操作性，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及結(jié)果的可采用性，所以說試驗(yàn)方案的確定對試驗(yàn)十分重要。這里針對某±500kV直流輸電雙回路懸垂轉(zhuǎn)角塔的試驗(yàn)方案進(jìn)行論述。根據(jù)設(shè)計(jì)使用條件，試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)，主要在控制工況選取、荷載加荷方式、風(fēng)荷載加荷點(diǎn)、導(dǎo)地線荷載加荷點(diǎn)、變形控制點(diǎn)、應(yīng)變測點(diǎn)布置、加荷要求等幾方面討論本試驗(yàn)塔的試驗(yàn)方案。

試驗(yàn)方案；懸垂轉(zhuǎn)角塔；試驗(yàn)工況；加荷方式；應(yīng)變

“溪洛渡右岸電站送電廣東±500kV同塔雙回直流輸電工程”是“十二五”云電送粵的重要輸變電工程項(xiàng)目，是落實(shí)國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，實(shí)施西電東送，擴(kuò)大區(qū)域資源優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)南方電網(wǎng)西電東送總體規(guī)劃目標(biāo)的又一重要舉措。該線路工程電壓等級為±500kV，輸送容量6400MW，線路路徑亙長約為1250km。該工程的建設(shè)，能夠有效緩解廣東省用電緊張形勢，有效促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的和諧可持續(xù)發(fā)展。

作為國內(nèi)首次長距離設(shè)計(jì)的±500kV雙回路直流輸電線路，該工程采用4分裂大截面導(dǎo)線，荷載較大，氣象條件復(fù)雜、海拔差異大、地形種類繁多。通過鐵塔真型試驗(yàn)，實(shí)測并采集主要桿件在控制工況下的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定等方面的技術(shù)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)鐵塔可靠性，確保鐵塔剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足工程要求。

懸垂轉(zhuǎn)角塔相比較直線塔與轉(zhuǎn)角塔具有明顯的不同受力方式，其采用與直線塔一樣的掛線方式同時(shí)承受張力，可以滿足線路帶一定的小角度。具有結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、節(jié)點(diǎn)多、桿件的傳力過程曲折等特點(diǎn)，本試驗(yàn)塔在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主材采用Q420大肢寬角鋼，對Q420大肢寬角鋼的受力特性與計(jì)算模型的吻合性是我們需要關(guān)注的；故我們需要對鐵塔進(jìn)行真型試驗(yàn)研究，這里針對懸垂轉(zhuǎn)角塔試驗(yàn)方案進(jìn)行論述。

1 試驗(yàn)塔基本概況

1.1 主要設(shè)計(jì)條件

電壓等級：±500kV；導(dǎo)線：4x LGJ-900/75； 地線：1X LBGJ-100-20AC ；最大設(shè)計(jì)風(fēng)速：27m/s； 最大覆冰：10mm；轉(zhuǎn)角度數(shù)3～ 15°，水平檔距900～450m，垂直檔距1000m。

1.2 試驗(yàn)塔概況

本試驗(yàn)對SZJ101-42雙回路懸垂轉(zhuǎn)角塔進(jìn)行真型鐵塔試驗(yàn)，其呼稱標(biāo)高42m（兩個(gè)0.0m腿，兩個(gè)-6.0m腿），全高63.7m，重量為63.97t。主材最大規(guī)格Q420L220X22（Q420大肢寬角鋼）。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，按具體桿件控制情況分大小角度的不同工況進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)塔基礎(chǔ)連接

基礎(chǔ)作用力如表1所示。

試驗(yàn)站根據(jù)基礎(chǔ)作用力考慮試驗(yàn)塔的地腳連接。

2 試驗(yàn)工況

SZJ101-42雙回路懸垂轉(zhuǎn)角塔設(shè)計(jì)時(shí)分大小角度共考慮64種工況組合，其包括正常運(yùn)行（大風(fēng)、覆冰、不均勻覆冰），安裝（起吊、錨線），事故工況（斷線）。

2.1 試驗(yàn)工況選取原則：

①能體現(xiàn)出整塔受力特性，體現(xiàn)出傳力特點(diǎn)；②對主要節(jié)點(diǎn)、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)重點(diǎn)關(guān)注；③考慮不同工況控制桿件的不同；④設(shè)計(jì)情況應(yīng)考慮全，每類選擇有代表性工況；⑤盡量減少試驗(yàn)工況數(shù)量，保證試驗(yàn)簡單，進(jìn)展順暢；⑥考慮試驗(yàn)站的設(shè)備、加載方式、確保可行性。

2.2 綜合考慮上述因素，試驗(yàn)工況根據(jù)運(yùn)行（大風(fēng)、覆冰）、安裝及事故等情況選取以下10種工況：

①正常運(yùn)行60°大風(fēng)，大角度；②正常運(yùn)行45°大風(fēng)，大角度；③正常運(yùn)行覆冰驗(yàn)算，90°風(fēng)，大角度；④不均勻覆冰驗(yàn)算，90°風(fēng)，大角度；⑤斷外側(cè)地線，同時(shí)斷外側(cè)上導(dǎo)，小角度；⑥斷內(nèi)側(cè)地線，同時(shí)斷內(nèi)側(cè)上導(dǎo)，小角度；⑦斷外側(cè)上導(dǎo)，同時(shí)斷外側(cè)下導(dǎo)，小角度；⑧斷內(nèi)側(cè)上導(dǎo)，同時(shí)斷內(nèi)側(cè)下導(dǎo)，小角度；⑨外側(cè)地線起吊完畢，起吊內(nèi)側(cè)地線，小角度；⑩地、上導(dǎo)及外側(cè)下導(dǎo)畢，1.5倍起吊內(nèi)側(cè)下導(dǎo)，小角度。

3 試驗(yàn)荷載

3.1 荷載方向坐標(biāo)

荷載方向坐標(biāo)如圖1所示：

圖1 荷載方向坐標(biāo)

表1 基礎(chǔ)作用力圖

3.2 荷載加荷方式

（1）導(dǎo)地線荷載加荷方式。本次試驗(yàn)是帶絕緣子串（或模擬）的真型塔試驗(yàn)，導(dǎo)地線各個(gè)方向的荷載均直接加在其實(shí)際位置處。

（2）塔身風(fēng)荷載加荷方式。在實(shí)際風(fēng)荷載作用下，鐵塔自身受力為均布荷載，為簡化計(jì)算，將其換算成集中荷載。本次試驗(yàn)在保證原設(shè)計(jì)計(jì)算模型不變的前提下，為試驗(yàn)加荷方便，塔身風(fēng)加荷點(diǎn)更趨于集中?？紤]到不同高度風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)影響程度不一樣，鐵塔上部等效風(fēng)荷載點(diǎn)布置多些，下部布置少些，塔頭（包含橫擔(dān)及地線支架）共設(shè)16組加荷點(diǎn)，每組由前后互為對稱的2點(diǎn)組成；塔身共設(shè)3組塔身風(fēng)加荷點(diǎn)，每組由前后左右互為對稱的4點(diǎn)組成。

3.3 加荷點(diǎn)布置圖

加荷點(diǎn)布置圖如圖2所示。

圖2 42.0m呼高加荷點(diǎn)布置圖

4 變形觀測點(diǎn)布置

變形觀測點(diǎn)布置原則：①能體現(xiàn)出試驗(yàn)工況下整塔變形情況；②導(dǎo)地線掛點(diǎn)，橫擔(dān)端部應(yīng)有觀測點(diǎn)；③未設(shè)置為觀測點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)變形，可利用觀測點(diǎn)變形有效推測；④應(yīng)考慮觀測點(diǎn)的可觀簡單、有效；⑤不易布置過多，太多觀測時(shí)間過長，影響試驗(yàn)的整體進(jìn)行。

每個(gè)觀測點(diǎn)正面觀測X坐標(biāo)方向和Z坐標(biāo)方向的位移，側(cè)面觀測Y坐標(biāo)方向的位移。觀測點(diǎn)布置詳見圖3：

圖3 42.0m呼高變形觀測點(diǎn)布置圖

5 應(yīng)變測點(diǎn)布置

應(yīng)變測點(diǎn)布置原則：①對各試驗(yàn)工況控制的主要桿件應(yīng)布置；②對主材，特別是Q420大肢寬角鋼，雙肢（里外）布置四處；③對導(dǎo)地線掛點(diǎn)附近主要受力桿件布置；④對截面形式變化，復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，桿件布置；⑤對一些輔助材，桿件受力不明確的桿件布置。

應(yīng)變測點(diǎn)布置見圖4。（注：鐵塔上每處測點(diǎn)按角鋼兩肢同一斷面的重心線處兩點(diǎn)布置，對于腿部主材還需在角鋼的肢和背同一斷面處再布置）

圖4 42.0m呼高應(yīng)變測點(diǎn)布置圖

6 加荷要求

加荷繩索上的測力計(jì)或力傳感器應(yīng)盡可能靠近荷載作用點(diǎn)。同時(shí)，應(yīng)盡量減小繩索布置而造成的荷載偏心，應(yīng)盡量減小繩索與試驗(yàn)塔接觸所造成的影響，加載方式應(yīng)避免任何沖擊荷載。加荷應(yīng)盡可能平穩(wěn)、均勻。

①加荷級別：參照《架空線路桿塔結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)》，所有試驗(yàn)工況的荷載從50%～100%；②在試驗(yàn)“1.5倍起吊下導(dǎo)線”工況時(shí)，所有安裝荷載均由施工掛點(diǎn)承受。③試驗(yàn)工況順序由試驗(yàn)方自行安排；④各拉力繩的連接應(yīng)牢固可靠，連接處應(yīng)盡量靠近節(jié)點(diǎn)；⑤在下一工況開始加荷以前應(yīng)將荷載全部卸掉，結(jié)構(gòu)彈性變形應(yīng)恢復(fù)，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性；⑥選擇“60度大風(fēng)工況”做超載試驗(yàn)。在加荷到100%后按5%的級差加荷到120%。

［1］架空線路桿塔結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)［S］.DL/T 899-2004.

［2］ 110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB 50545-2010.

［3］架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.DL/T 5154.

［4］ 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.GB 50009-2012.

［5］ ±800kV直流架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB 50790-2013.

［6］ 聶國一.自力式鐵塔受力計(jì)算的準(zhǔn)確性統(tǒng)計(jì)分析［J］.電力建設(shè)，15（13）：42-46.

［7］張相庭.結(jié)構(gòu)風(fēng)工程理論［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［8］高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.GB 50135-2006.

［9］程志軍，等.高聳格構(gòu)式塔架風(fēng)荷載試驗(yàn)研究［J］實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2000，15（1）：51-55.

TM7

A

1671-3818（2016）10-0001-02

李元生（1979-），男，漢族，吉林長春人，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，本科，高級工程師，研究方向：輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。