（上海电力设计院有限公司 上海 200025）
摘要：本文通过对复合横担钢管杆方案的研究，确定复合材料加工工艺采用纤维缠绕+拉挤成型，横担结构采用“斜拉杆+横担”形式。通过实际工程设计的应用，复合横担钢管杆横担比普通铁塔横担长度降低33%，走廊宽度降低10m，在局部走廊狭窄地区可以予以积极的应用。
关键词：走廊缩减；复合横担
1 背景
随着城市建设的高速发展，土地成为越来越稀缺的资源，人们节约土地资源的观念以及美观、环保的理念不断增强。当前，由于民众对环境和自我保护意识的极大提高，使得输电线路在政策处理、拆迁安置、节约走廊等方面变得十分困难。
在线路走廊规划阶段，规划部门一般会综合考虑架空走廊与邻近的居民区、林区距离问题，但由于各种因素，线路实施过程中局部可能碰到走廊狭窄，离居民区过近的问题，需局部压缩线路走廊范围，满足高压输电线路对居民区的距离要求，降低项目前期难度。
2 复合横担杆塔
本文研究的是局部压缩线路走廊，避开居民区等敏感区域，因此将最大限度地压缩线路走廊作为最大的目标，因此本文缩减架空走廊的方案确定为“采用复合横担的钢管杆”。
本文主要研究复合横担的以下三个方面：
（1）材料和加工方案；
（2）横担结构方案；
（3）塔头规划。
3 材料和加工方案
3.1 方案的提出
复合横担采用树脂基复合材料，成型方法较多，根据基体、增强材料的不同方法各异。主要有模压成型工艺、层压成型工艺、卷管成型工艺、缠绕成型工艺、手糊成型工艺、喷射成型工艺、RTM成型工艺、拉挤成型及这些工艺衍生出来的各种工艺。也有许多其他中空圆筒结构成型方法，如离心浇铸、真空注塑（VI）和RTM等。
3.2 方案的分析和选取
表3-1 复合材料加工方案比较
输电杆塔使用过程中主要承受的有：导线重力荷载、导线水平风荷载及地线纵向张力。主要特点是横担需承担各方向的弯、扭矩，根据横担受力特点，应采用纤维缠绕+拉挤成型的复合工艺。
4 横担结构
4.1 方案的提出
根据设计的不同工况下的载荷情况，选取较大荷载工况进行数值模拟计算，分别为：
a）、最大不平衡张力荷载155511×1.4N和安装（事故）时的垂直荷载15099N（其中1.4为可变荷载的分项系数）；
b）、水平荷载19542N×1.4和水平时的垂直荷载18426N；
c）、最大垂直荷载25481N×1.4和覆冰时风荷载19542 N×1.1。
用于复合材料横担的结构型式主要有三种：主横担+斜拉杆型式、双横担V型结构型式、锥形横担型式。
4.2 方案的分析和选取
（1）主横担+斜拉杆结构
加斜拉杆的横担结构在不同工况下的数值模拟计算结果汇总见表4-1。
表4-1 加斜拉杆横担结构各工况下计算结果汇总
（2）双横担“V”横担结构
将两根横担共同承载的不同工况下计算结果汇总见表4-2。
表4-2 双横担结构不同工况下计算结果汇总
由表3.2得知，双根横担结构可以安全承载，并且安全裕度较大。
（3）锥形横担结构
锥形横担结构在不同工况下的数值模拟计算结果汇总见表4-3。
表4-3 锥形横担结构不同工况下计算结果汇总
（4）结构选型确定
根据数值模拟结果，在同等受力条件下，双横担结构受力性能最佳，变形最小，但复合材料用量最大、造价最高且加工及连接部位的设置难度最大。锥形横担结构变形最大，其应力值也在三种形式中最高，受力性能相对最差。综合考虑复合材料横担造价、受力性能及实际可实施性，本工程中选用“斜拉杆+横担”形式。
5 塔头规划
5.1方案的提出
根据电气规程的规定，塔头尺寸需满足工频、操作、雷电过电压的间隙要求。复合横担材料和结构确定后需进一步确定塔头的尺寸。
5.2 方案的分析和选取
通过绘制间隙圆、塔头尺寸计算等过程，复合横担塔头的规划如下。
图5-1 复合横担钢管杆塔头示意图
6 复合横担方案的确定
通过上述分析，确定复合横担钢管杆的方案采用纤维缠绕+拉挤成型的复合材料加工工艺、采用主横担+斜拉杆的横担型式，并通过工频、操作、雷电过电压安全间隙的要求，确定了塔头尺寸。采用的复合横担钢管杆方案如下图6-1所示。
图6-1 复合横担钢管杆方案
7 工程实例
7.1 工程现状
某工程新建220kV线路路径位于220kV吴迎一/二线东侧35m。在K21前后档线路下方有3幢房屋，大片正在施工的居民小区，如按普通双回路铁塔实施，单侧横担长度为5.8m，.线路边导线投影于居民小区内。根据当地环保部门的要求，新建220kV线路下方的房屋需拆除，本区段的拆迁工程量很大，前期工作实施难度很大，可能产生不良的社会影响。即便可以顺利实施，拆迁赔偿的费用巨大。
图7-1 规划线路与在建小区位置关系
7.2 架空走廊缩减方案
根据前文确定的设计方案，确定采用复合横担钢管杆配置如图7-2、图7-3所示。
图7-2 复合横担钢管杆的横担配置
图7-3 复合横担钢管杆塔头一览图
7.3 走廊缩减结果
（1）电气验算
根据调整后的走廊宽度进行电气距离验算。新建走廊与现状走廊的宽度为25m。根据规程规范，路径狭窄地带，两线路杆塔位置交错排列时导线在最大风偏情况下，标称电压220kV线路对相邻线路杆塔的最小距离应不小于4m。电气距离验算情况见下表。
实施效果：通过电气验算，采用复合横担钢管杆并向已建线路移动10m后，能够满足电气距离的要求，确保在实际工程实施中可以使用。
（2）复合横担尺寸
本课题实施后，复合横担钢管杆的横担长度为3.89m，比普通220kV铁塔5.8m横担长度缩短33%。
（3）架空走廊缩减效果
本QC成果实施后，将拟建220kV架空线向现状架空线平移10m，同时满足电气距离的要求，架空线边导线对在建小区距离增加（10+1.91m）。修改后架空走廊与房屋的对应关系见图7-4。
图7-4 架空走廊优化结果示意图
8 结论
本文通过对复合横担钢管杆的研究，在局部区域内有效地缩短了架空走廊的宽度，主要形成以下结论。
（1）局部最大限度缩减架空走廊，复合横担钢管杆是可靠的方案；
（2）复合横担钢管杆的复合材料加工采用纤维缠绕+拉挤成型，“斜拉杆+横担”形式；
（3）复合横担钢管杆横担长度比普通铁塔横担减少33%，走廊宽度可以缩减约10m。
作者简介：
肖鑫鑫（1982.05.19），性别：男；籍贯：江苏；民族：汉；学历：硕士研究生；职称：工程师；职务：设计师、项目经理；研究方向：线路设计、总包管理
论文作者:肖鑫鑫
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/31
标签：走廊论文; 钢管论文; 结构论文; 荷载论文; 方案论文; 线路论文; 工况论文; 《电力设备》2019年第1期论文;