220kV線路老舊鐵塔加掛ADSS光纜改造設(shè)計(jì)

唐軼 王鋼

摘?要：在已運(yùn)行的220 kV線路上加掛ADSS光纜是解決光纜通訊、減少占地、節(jié)省投資的好方法。鐵塔加掛ADSS光纜改造施工前應(yīng)進(jìn)行荷載驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算，不滿足要求時(shí)要進(jìn)行桿塔補(bǔ)強(qiáng)， 本文結(jié)合工程實(shí)例運(yùn)用了鐵塔不同結(jié)構(gòu)型式的計(jì)算長(zhǎng)度、計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑和等邊單角鋼構(gòu)件繞最小軸失穩(wěn)的穩(wěn)定系數(shù)等設(shè)計(jì)原理，在負(fù)荷校核及改造設(shè)計(jì)原則、鐵塔結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及改造、鐵塔改造施工三個(gè)維度對(duì)老舊鐵塔進(jìn)行了分析、驗(yàn)算、改造和補(bǔ)強(qiáng)，并旨在為今后逐漸增多的鐵塔改造設(shè)計(jì)工程提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：220kV線路;加掛ADSS光纜;鐵塔;改造;設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)電網(wǎng)和電力通信網(wǎng)主干光纜通信工程建設(shè)的迅速發(fā)展，主干光纜通道建設(shè)，主要通過(guò)在新建500 kV線路上使用光纜復(fù)合架空地線（OPGW）以及利用已有220 kV及以下線路加掛全介質(zhì)自承式光纜（ADSS），形成電力系統(tǒng)的通信網(wǎng)^[1]。這對(duì)節(jié)省土地，降低工程投資，提高輸電線路走廊的利用率將有著很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

鐵塔加掛ADSS光纜改造施工前應(yīng)進(jìn)行荷載驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算，不滿足要求時(shí)要進(jìn)行桿塔補(bǔ)強(qiáng)。

1??負(fù)荷校核及改造設(shè)計(jì)原則

1.1 ?項(xiàng)目改造概況

本工程是在已建大橋電廠-新棉220千伏線路上將兩根普通地線更換為24芯OPGW光纜，導(dǎo)線不變動(dòng)。同時(shí)考慮控制弧垂的情況下，在塔身橫隔面加掛ADSS光纜。

1.2 負(fù)荷校核

加掛ADSS光纜后不能降低原線路的設(shè)計(jì)安全度，對(duì)于220 kV線路老舊鐵塔，要逐一進(jìn)行負(fù)荷校核，即加掛ADSS光纜后導(dǎo)地線作用點(diǎn)的荷載≤桿塔的設(shè)計(jì)荷載，反之需進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)。以該工程單回路直線塔ZM23D為例，負(fù)荷校核情況如表1所示。

由于鐵塔加掛ADSS光纜后荷載超過(guò)原設(shè)計(jì)荷載，故應(yīng)對(duì)鐵塔進(jìn)行改造設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)。

1.3 鐵塔改造設(shè)計(jì)原則

1.3.1 改造設(shè)計(jì)規(guī)范

由于老舊鐵塔當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范后續(xù)有更改修訂，部分參數(shù)的安全系數(shù)取值有變化，故改造設(shè)計(jì)時(shí)一律按原來(lái)線路當(dāng)時(shí)的規(guī)范進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)，做到不降低原線路的設(shè)計(jì)安全度。

1.3.2 鐵塔校核工況

1.3.2.1 最大風(fēng)速、無(wú)冰、未斷線;

1.3.2.2 最大覆冰、相應(yīng)風(fēng)速及氣溫、未斷線;

1.3.2.3 安裝地線、導(dǎo)線正常、10m/s風(fēng)速、無(wú)冰、相應(yīng)氣溫;

1.3.2.4 斷一根地線，導(dǎo)線未斷，無(wú)風(fēng)，無(wú)冰;

1.3.2.5 斷導(dǎo)線（同一檔內(nèi)直線塔斷任意一相導(dǎo)線，耐張塔斷任意兩相導(dǎo)線），地線未斷，無(wú)風(fēng)，無(wú)冰;

1.3.2.6 重冰區(qū)塔位不均勻冰荷載按未斷線，有不均勻冰，無(wú)風(fēng)計(jì)算。

由于DSS光纜斷線時(shí)，其荷載均小于上述工況的荷載，故改造設(shè)計(jì)補(bǔ)強(qiáng)不考慮光纜斷線工況。

1.3.3 暫未考慮無(wú)法定量的由于腐蝕等原因引起的鐵塔構(gòu)件性能和強(qiáng)度的降低。

1.3.4 根據(jù)《電力設(shè)施抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程地震基本烈度為Ⅷ、Ⅸ度，本工程鐵塔校核中對(duì)更換OPGW的地線支架部分已考慮加強(qiáng)，暫不考慮基礎(chǔ)的補(bǔ)強(qiáng)。

2??鐵塔結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及改造設(shè)計(jì)

本文運(yùn)用了鐵塔不同結(jié)構(gòu)型式的計(jì)算長(zhǎng)度、計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑和等邊單角鋼構(gòu)件繞最小軸失穩(wěn)的穩(wěn)定系數(shù)等設(shè)計(jì)原理，只增補(bǔ)部分少量輔助桿件對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行側(cè)向支撐。

2.1??鐵塔結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果

以該工程單回路直線塔ZM23D為例，在加掛ADSS光纜后，其在改造設(shè)計(jì)前后的桿件受力情況如表2所示。

由上表可知，在加載ADSS光纜后，原鐵塔桿件應(yīng)力超出允許應(yīng)力，需補(bǔ)強(qiáng)。

增補(bǔ)部分少量輔助桿件對(duì)鐵塔主要受力材進(jìn)行側(cè)向支撐，則失穩(wěn)型式由繞單邊軸失穩(wěn)變?yōu)槔@最小軸失穩(wěn)，回轉(zhuǎn)半徑減小，主材計(jì)算長(zhǎng)度減小，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比減小，穩(wěn)定系數(shù)增加，計(jì)算應(yīng)力減小，應(yīng)力百分比滿足加掛ADSS的需求和規(guī)范的要求。

2.2??鐵塔結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

以ZM23D為例，改造設(shè)計(jì)后塔身更換、增補(bǔ)、塔材和輔助桿件修改如圖1所示。

2.2.1 塔頭更換、修改塔材

ZM23D直線塔更換OPGW側(cè)地線支架【122】桿件規(guī)格由L40X3改為L(zhǎng)40X4。

2.2.2 塔身增補(bǔ)、修改輔助桿件

ZM23D直線塔第【4】段主材增加小橫材，規(guī)格L40X4，小橫材基本兩等分主材長(zhǎng)度，見修改示意圖。小橫材一端交于正面（側(cè)面）交叉斜材上（以避開中間交點(diǎn)為宜），一端連于主材（與側(cè)面螺孔間距不得小于80mm），具體連接位置以現(xiàn)場(chǎng)放樣為準(zhǔn)。

ZM23D直線塔第 【5】段主材增加小橫材，規(guī)格L40X4，小橫材基本四等分【503】、【504】交叉斜材范圍內(nèi)的主材長(zhǎng)度，見修改示意圖。小橫材一端交于正面（側(cè)面）交叉斜材上，一端連于主材下端接頭處新增異形內(nèi)貼板上，小橫材連接螺栓為1M16（6.8級(jí)），（接頭形式由外包角鋼變?yōu)橥獍卿搩?nèi)貼板，見剖面示意圖1-1），內(nèi)貼板具體尺寸及位置以現(xiàn)場(chǎng)放樣為準(zhǔn)。

3??鐵塔改造施工

3.1??桿件放樣

舊塔改造需更改的桿件，不可僅依據(jù)《鐵塔結(jié)構(gòu)圖》或《塔型桿件修改表》加工，新增或補(bǔ)強(qiáng)的桿件加工應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸（新鉆螺栓孔位置）和原工程加工廠家的實(shí)際放樣圖，以免造成安裝困難情況。

3.2??鐵塔檢查

改造施工前，應(yīng)對(duì)所有老舊鐵塔檢查完畢后，補(bǔ)齊缺失的桿件，方可更換本次新增或補(bǔ)強(qiáng)的塔材。

3.3??改造施工安全措施

在更換塔材時(shí)，施工單位應(yīng)采取切實(shí)可行的安全措施，保證鐵塔的整體性;對(duì)本次新增或補(bǔ)強(qiáng)的桿件應(yīng)逐一更換，確保施工安全，嚴(yán)禁“先全拆，后安裝”。

3.4??鐵塔桿件鍍鋅

在現(xiàn)場(chǎng)原老舊鐵塔的主材、斜材開孔采用鉆孔工藝，并采用熱噴涂鋅防腐，相應(yīng)工藝應(yīng)滿足現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范規(guī)程要求。

4??結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合具體工程實(shí)例，在負(fù)荷校核及改造設(shè)計(jì)原則、鐵塔結(jié)構(gòu)驗(yàn)算及改造、鐵塔改造施工三個(gè)維度對(duì)老舊鐵塔進(jìn)行了分析、驗(yàn)算、改造和補(bǔ)強(qiáng);只增補(bǔ)部分少量輔助桿件對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行側(cè)向支撐，即可改變結(jié)構(gòu)受力特性，滿足加掛ADSS的需求。

但文章不足之處在于，缺乏老舊鐵塔現(xiàn)場(chǎng)改造的塔材熱噴涂鋅防腐處理的耐久性的數(shù)據(jù)和研究。后續(xù)研究者可繼續(xù)關(guān)注該問(wèn)題，并進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫榮升，戴晰臣.220 kV線路加掛ADSS光纜設(shè)計(jì)[[J]. 電力建設(shè)， 2000 （07）： 25-27.