（中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司 云南昆明 650051）
摘要：重冰区线路出现大高差地形时，铁塔上坡侧受到较大上拔力。在铁塔设计时，考虑铁塔通用性及经济性的原因，对此种特殊工况一般不予考虑。在线路工程设计时如未针对大高差情况下铁塔实际受力情况进行校核，可能导致铁塔损坏。通过案例分析及不同使用条件下的铁塔横担受力分析，提出线路设计时应注意的大高差地形的铁塔校核方法、解决措施及注意事项，对提高重冰区线路可靠性，电网安全运行有重大意义。
关键词：输电线路；重冰区；大高差；
1 案例
2015年02月03日500kV永甘乙线#165塔长横担侧挂点附近杆件发生变形重大缺陷事件。该塔位于云南省昭通市大关县上高桥乡打堡村附近，海拔1816米，大号侧档距173米，小号侧档距562米，大高差148.7米（高差系数达到0.86），横担受扭严重。如图1所示。
图1 #165塔横担受扭严重
2 横担破坏原因分析
该塔为酒杯型直线耐张塔，设计为15mm与20mm冰区分界塔，使用条件为：小号侧 LV=127m（下压），大号侧LV=-495m（上拔），大号侧高差系数达0.86，大号侧上拔严重。
通过《自立式铁塔满应力分析程序》建立的铁塔受损横担受力模型示意图如图2。
图2 #165塔横担结构型式（加粗杆件为横担主材）
通过程序计算，得到横担杆件受力结果如表1 所示(根据运行单位提供覆冰数据，按小号侧覆冰5mm，大号侧覆冰15mm计算)。
从上述杆件受力情况表可以看出，横担正面斜材800-820#杆件（破坏杆件）应力百分比为110.2%，已超出了杆件的允许应力，导致该杆件（铁塔标准设计时为拉杆，现为细长压杆）平面外失稳破坏。由于800-820#杆件与导线挂点直接相连，应力首先传递到800-820#杆件，故800-820#杆件超出允许应力后首先发生破坏，从而导致820点处应力集中，由于挂点处螺栓孔较多，造成挂点附近螺栓孔破坏、横担主材810-820#在820点螺栓连接处开裂、横担下平面斜材790-822#弯曲、破坏。由于应力释放，传力路径被阻断，故离挂点较远处的760-770#、780-790#杆件虽然应力百分比更大，但是并没有被破坏。短横担侧520-530#杆件应力百分比（102.9%）虽已超限，但超限较小，还不足以使其破坏，故短横担侧杆件并无破坏。
3 不同高差系数铁塔横担的受力分析
通过自立式铁塔满应力分析程序对受损塔型进行了受力计算（计算按小号侧覆冰15mm，大号侧覆冰20mm计算）。得到高差系数0.55、0.65、0.75、0.86时的横担杆件应力结果。根据上述数据绘制得到“随高差系数增大横担杆件应力百分比变化曲线”
通过上面可以看出，随着高差系数的增大，横担大部分杆件的应力百分比在增大。而820-860、790-800杆件应力百分比没有改变是由于820-860、790-800杆件控制工况为安装工况。
4 不同冰区大高差情况下铁塔校验
根据规范要求，轻冰区铁塔不考虑不均匀覆冰顺线方向扭矩，重冰区铁塔需考虑不均匀覆冰顺线方向扭矩，在大高差情况下，重冰区铁塔横担顺线方向受扭与大高差情况垂直方向受扭叠加，可能导致铁塔损坏。
对500kV 4×500mm2导线截面常用的10mm、20mm、30mm铁塔在大高差情况下（使用条件同永甘乙线#165塔）进行了校验，得到如下结果：
1）10mm冰区
10mm冰区以常用的JG551A塔型（干字形塔）为例进行计算。
通过自立式铁塔满应力分析程序计算得到的横担杆件受力情况。
通过计算结果得知，该塔无超限杆件，结构安全。由于10mm冰区挂点一般设计为单挂点，挂点直接与横担主材相连，上拔力主要由横担主材承担，结构受力较好。一般情况下，横担主材规格较大，强度、稳定性均较高，大高差引起的上拔力小于其承载力，不足以使其破坏。
2）20mm冰区
20mm冰区以常用的JG5521A塔型（干字形塔）为例进行计算。
通过自立式铁塔满应力分析程序计算得到的横担杆件受力情况。
通过计算结果得知，横担下平面部分斜材应力百分比超限，其控制工况为不均匀覆冰横担受扭（垂直方向和顺线方向均受扭）。
3）30mm冰区
30mm冰区以常用的JB5531A塔型（酒杯形塔）为例进行计算。
通过自立式铁塔满应力分析程序计算得到的横担部分杆件受力情况。
通过计算结果得知，横担下平面部分斜材应力百分比超限，其控制工况也为不均匀覆冰横担受扭（垂直方向和顺线方向均受扭）。
从以上20mm和30mm冰区铁塔计算结果可以看出，重冰区铁塔下平面部分斜材超限主要是由于横担顺线方向受扭与大高差情况垂直方向受扭叠加，导致杆件应力百分比超限。
4 经验总结
1）重冰区线路当高差较大时需对耐张塔进行全面校核，当校核后发现杆塔超限时可采用以下两种方式处理：
a、更换并加强杆塔超限杆件，以满足受力要求；
b、放松该档导线，以减少杆塔所受上拔力。
由于放松导线可能使导线对地距离不够，因此当出现较大高差档时，应采用孤立档，以避免放松导线时对其它档导线的弧垂产生影响。
2）新建线路途经重覆冰地区应充分考虑特殊地形，设计在路径选择和定位时，尽量避免大高差立塔，当无法避免时，应加强对所用杆塔各工况下的验算工作（校验耐张型杆塔横担受扭情况，必要时增加稀有覆冰验算工况）。
3）在铁塔设计或校验时，对绕平行轴稳定的压杆，应按照《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）进行稳定性计算。
参考文献
[1]GB 50545—2010，110kV～750kV架空输电线路设计规范 北京：中国计划出版社，2010.
[2]DL/T 5154—2012，架空输电线路杆塔结构设计技术规定[S].北京：中国计划出版社，2012.
[3]张殿生电力工程高压送电线路设计手册[M].北京：中国电力出版社，2002.
作者简介
郭晓俊（1981-），男，中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，高级工程师，从事高压输电线路结构设计。
刘磊（1982-），男，中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司，高级工程师，从事高压输电线路结构设计。
论文作者:郭晓俊,刘磊
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/6/1
标签：高差论文; 铁塔论文; 应力论文; 受力论文; 线路论文; 杆塔论文; 工况论文; 《电力设备》2016年第3期论文;