110kV-500kV输电线路杆塔标准设计第一部分总论1

目录目录 第一部分 总论 2 1 概述 2 2 设计范围 2 3 设计原则 3 3 13 1 主要技术原则主要技术原则 3 3 1 1 基本风速 3 3 1 2 覆冰取值 3 3 1 3 导线截面 3 3 1 4 地线 4 3 1 5 回路数 4 3 1 6 杆塔型式 4 3 1 7 地形条件 5 3 1 8 海拔高度 5 3 1 9 悬垂串型式 5 3 23 2 杆塔规划杆塔规划 5 3 33 3 塔头设计规定塔头设计规定 8 3 3 1 绝缘配合原则 8 3 3 2 绝缘子片数 9 3 3 3 空气间隙 10 3 3 4 间隙圆图 11 3 3 5 防雷保护 13 3 3 6 塔头布置 13 3 43 4 杆塔荷载杆塔荷载 15 3 4 1 气象条件的重现期 15 3 4 2 基本风速离地高度 15 3 4 3 杆塔荷载计算原则及规定 15 3 4 4 荷载组合 19 3 53 5 杆塔设计一般规定杆塔设计一般规定 21 3 63 6 杆塔结构设计方法杆塔结构设计方法 22 3 6 1 承载力极限状态 22 3 6 2 正常使用极限状态 23 3 6 3 杆塔材料 23 3 6 4 铁塔与基础的连接方式 25 第一部分第一部分 总论总论 1 概述 标准设计 V1 0 继续采用模块化思路 整体框架分层级 使体系结构更加清 晰 应用更为方便 模块的数量根据已制定的建设规划进行调整 编制深度较 2011 年版有所突破 其主要特点包括 1 杆塔模块库进一步完善 达到使标准模块覆盖率逐年提高的应用效果 2 整体框架设置四层 设计深度逐层加深 不同设计阶段选择应用不同层 级或其组合的设计成果 3 模块深度达到施工图设计 实现杆塔施工图与司令图的一一对应 使标 准设计能统一 规范 直接应用于施工图阶段 110kV 500kV 输电线路杆塔标准设计的总体原则为智能 高效 可靠 绿 色 其设计思路主要包括 1 严格执行国家和电力行业有关规程 规范及国家有关强制性条文 符合 南方电网公司企业标准及反事故措施等要求 2 结合南方电网的实际情况及运行特点 贯彻绿色设计理念 运用先进设 计手段 力求安全 经济 智能 高效 体现标准设计的科学性和统一性 并 融入企业文化内涵 凸显南方电网公司企业文化特征 3 采用模块化结构进行设计 对影响杆塔设计的因素进行组合 形成不同 设计条件的模块 实际使用中 根据工程具体情况选择相应模块 4 杆塔设计标准化 统一设计依据 设计流程 统一材料属性 型钢规格 统一运行设施构造要求 2 设计范围 本版标准设计主要是对南方电网公司电网基建项目所需的 110kV 220kV 和 500kV 三个电压等级的输电线路杆塔进行标准化 系列化设计工作 由于大 跨越工程有其特殊性 需结合工程的实际情况进行 量身订做 故不在标准 设计的范围 考虑到 110kV 和 220kV 在城区线路部分沿绿化带走线需采用钢管 杆 标准设计除传统的空间立体桁架式铁塔外 还包含部分 110kV 220kV 的钢 管杆 杆塔标准设计深度达到 G3 层杆塔结构图 满足施工图阶段的要求 工作内容主要包括 1 将 2011 版标准设计已完成的大部分模块的司令图 深化为施工图 2 完成 2012 年下半年至 2013 年所需新增模块的司令图和施 工图设计 3 设计原则 3 13 1 主要技术原则主要技术原则 3 1 1 基本风速 按照新颁布的 110kV 750kV 架空输电线路设计规范 GB50545 2010 结合南网五省的实际情况 500kV 基本风速取值 27 m s 39 m s 220kV 和 110kV 基本风速取值 23 5 m s 37 m s 考虑到经济性 安全性和通用性 标 准设计的基本风速取值按 23 5 m s 39 m s 范围考虑 按 2 m s 逐级递增 为 便于统计对比 将离地面 10m 高的基本风速风区与 110kV 500kV 导线平均高度 处的折算风速列于下表 表 3 1 1 基本风速分区表 m s 基本风速分区 23 52527293133353739 500kV 20m 平均高 折算风速 30 232 434 636 939 141 343 6 220kV 110kV 15m 平均高 折算风速 2526 728 830 933 135 237 339 541 6 在具体设计中 计算杆塔荷载时根据导地线平均高度和杆塔分段高度的不 同 以离地 10m 高为基准考虑增大系数即风压高度变化系数 z 3 1 2 覆冰取值 考虑 2008 年冰灾后工程设计冰厚的取值情况 标准设计将 110kV 500kV 线路覆冰厚度划分为 无冰 10mm 15mm 20mm 重 和 30mm 具体设计中 应根据南网五省各地区气象条件特点 合理确定风冰气象组 合 3 1 3 导线截面 根据南网五省电网规划 综合考虑现有工程及远期规划中的导线截面选择 情况 确定标准设计各电压等级导线截面选取的主要原则如下 500kV 线路 主要考虑 4 300mm2 4 400mm2 4 500mm2 4 630mm2 4 720mm2截面导线 220kV 线路 主要考虑 2 240mm2 2 300mm2 2 400mm2 2 500mm2 2 630mm2 4 300mm2截面导 线 110kV 线路 主要考虑 1 185mm2 1 240mm2 1 300mm2 1 400mm2 1 500mm2和 1 630mm2截面导 线 110kV 500kV 导线安全系数取值应满足相关规程规范 在确定导线型号时 需根据不同气象条件组合 选择合适铝 钢截面比的钢 芯铝绞线型号 常用的型号如表 2 1 2 所示 设计冰厚 30mm 的重冰区 应通过 选型方案比较后选取合适的钢芯铝合金导线 表 3 1 2 常用钢芯铝绞线型号 设计冰厚 0mm JL G1A 185 25 JL G1A 240 30 JL G1A 300 40 JL G1A 400 35 JL G1A 630 45 ACSR 720 50 设计冰厚 10mm JL G1A 185 25 JL G1A 240 30 JL G1A 300 40 JL G1A 400 35 或 400 50 JL G1A 500 45 JL G1A 630 45 设计冰厚 15mm JL G1A 185 30 JL G1A 240 40 JL G1A 300 40 JL G1A 400 50 JL G1A 500 45 设计冰厚 20mm JL G1A 185 45 JL G1A 240 40 JL G1A 300 50 JL G1A 400 50 JL G1A 500 45 3 1 4 地线 220kV 500kV 一般采用 JLB 150 铝包钢绞线 110kV 一般采用 JLB 100 铝包钢绞线 无冰区线路建议选取导电率为 40 铝包钢绞线 覆冰区线路应综合考虑机械特性 短路电流大小和抗雷击性能等 选择合 适导电率的铝包钢绞线 重冰区线路还可改选镀锌钢绞线 地线安全系数 年平均运行张力百分数的选择应根据不同的电压等级 不 同的覆冰厚度 导地线配合 荷载计算等具体条件确定并满足相关规程规范 3 1 5 回路数 根据南网五省电网规划 标准设计中 500kV 铁塔考虑单回路和双回路 110kV 220kV 铁塔和钢管杆考虑单回路 双回路和部分四回路 3 1 6 杆塔型式 单回路直线塔可分导线水平排列的酒杯塔和三角形排列的猫头塔 应充分 考虑电压等级 气象条件 走廊宽度 地形条件等各种因素 进行多方案技术 经济比较 合理选择直线塔型 单回路耐张塔主要采用干字型塔 双回路的直线塔和耐张塔可采用伞型塔 无冰区 和鼓型塔 有冰区 110kV 220kV 四回路主要用于经济发达 走廊紧张的市区或负荷中心 为 减小占地走廊 四回路的直线塔和耐张塔一般采用每一横担左右两侧各布置一 相导线的方式 在走廊不受限区域 也可以采用每一横担左右两侧各布置两相 导线的方式 3 1 7 地形条件 输电线路的地形一般分为泥沼 平地 丘陵 山地和高山大岭五种类 从 影响铁塔指标考虑 可合并为平地和山地两大类 考虑到南网五省地区主要以 山区为主 故标准设计 110kV 500kV 杆塔主要按山地设计 3 1 8 海拔高度 考虑到南网五省地区海拔高度的不同分布情况 根据各省公司线路工程不 同特点 为使设计成果更好的服务于实际工程 标准设计将 110kV 500kV 线路 海拔高度划分为 0 1000m 1000 2000m 2000 2500m 2500 3000m 3000 3500m 3500 4 000m 的 6 个范围 3 1 9 悬垂串型式 悬垂绝缘子串可采用 I 型或 V 型串等型式 两者各有优劣 如 I 型 串杆塔横担较短 塔头略小 但占地走廊较大 V 型串杆塔可节省走廊宽度 但塔头层间距较大 横担较长 单基塔重指标较高 金具用量较多 具体设计 时 各子模块负责单位应充分考虑线路走廊的拆迁 砍伐等通道赔偿费用和本 体投资增量等因素 通过技术经济比较后选择悬垂串型式 3 23 2 杆塔规划杆塔规划 杆塔规划是标准设计的一项重要内容 对标准设计的经济性将产生重要影 响 杆塔规划必须技术上可行 经济上合理 针对南方电网五省区的特点 制 定规划原则 既考虑统一性 又兼顾差异性 使其在具体工程的应用中杆塔的 利用系数尽量接近 1 0 取得较好的经济效益 本版标准设计主要按山区进行规划设计 大部分杆塔按全方位长短腿设计 少部分按平腿设计 根据上述原则 杆塔规划的具体方案是 1 每个杆塔模块中包含两大类杆塔 分别是悬垂型杆塔和耐张型杆塔 其中悬垂型杆塔包括直线塔和悬垂转角塔 耐张型杆塔包括普通转角塔和终端 塔 对于设计条件相近的模块 若铁塔的荷载相近且塔重的测算差值较小 可 考虑适当合并该部分铁塔 并按不同设计条件分别进行荷载计算和结构设计 2 单 双回路模块中杆塔系列划分原则如下 1 直线塔 500kV 无冰 轻冰区单 双回路按 5 直线塔 1 悬垂转角塔 中冰区单 双 回路按 5 直线塔 单回路重冰区按 2 直线塔 220kV 无冰 轻冰区和中冰区单回路按 4 直线塔 双回路按 5 直线塔 单 回路重冰区按 2 直线塔 110kV 无冰 轻冰区和中冰区单 双回路按 3 直线塔 单回路重冰区按 2 直线塔 跨越塔归并到普通直线塔中 2 悬垂转角塔 500kV 模块设计悬垂转角塔 角度为 3 13 10 110 220kV 模块原则 上不设计悬垂转角塔 3 耐张塔 500kV 无冰 轻冰区单 双回路按 4 转角塔 1 终端塔 划分为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 四个角度系列 并单独设计终端塔 中冰区按 4 转角塔 划分为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 兼终端 四个角 度系列 220kV 无冰 轻冰区和中冰区单回路按 4 转角塔 划分为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 兼终端 四个角度系列 220kV 无冰 轻冰区 双回路按 4 转角塔 1 终端塔 划分为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 四个角度系列 并单独设计终端塔 中冰区双回路按 4 转角塔 划分 为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 兼终端 20mm 重冰区的 500kV 和 220kV 均按 3 转角塔 划分为 0 5 5 30 30 60 三个角度系列 30mm 重冰区按 3 转角塔 划分为 0 5 5 20 20 40 三个角度系列 110kV 无冰区 轻冰区和中冰区的单 双回路均按 4 转角塔 划分为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 兼终端 四个角度系列 20mm 重冰 区按 3 转角塔 划分为 0 5 5 30 30 60 三个角度系列 30mm 重冰 区按 3 转角塔 划分为 0 5 5 20 20 40 三个角度系列 所有电压等级的无冰 轻冰区和中冰区双回路需选取部分合适的转角塔兼 作分歧塔 中冰区和重冰区需选取部分合适的转角塔兼作气象分界塔 4 终端塔 终端塔按 0 90 的角度范围 双回路终端塔需兼分歧塔的设计条件 3 四回路模块中杆塔系列划分原则如下 1 直线塔 220kV 无冰 轻冰区按 4 直线塔 110kV 无冰 轻冰区按 3 直线塔 跨越塔 归并到普通直线塔中 2 悬垂转角塔 220kV 和 110kV 模块原则上不设计悬垂转角塔 3 耐张塔 220kV 和 110kV 模块均按 4 转角塔 1 分歧塔 划分为 0 20 20 40 40 60 和 60 90 兼终端 四个角度系列 并单独设计分歧塔 4 单 双回路钢管杆模块中杆塔系列划分原则如下 1 直线杆 220kV 无冰 轻冰区按 3 直线杆 110kV 无冰 轻冰区按 2 直线杆 大使用 条件的直线杆可考虑带 0 3 的直线小转角 2 耐张杆 220kV 和 110kV 按 3 耐张杆 划分为 0 30 30 60 和 60 90 兼 终端 三个角度系列 5 所有铁塔呼称高统一为 3 的倍数 级差按 3m 考虑 6 直线塔按 塔高每降低一定高度 杆塔水平档距相应增大一定百分比 的设计方法 直线塔在一定呼称高范围内 最小水平档距值对应最高的呼称高 水平档距随着呼称高的降低而变大 在设计每个直线塔型时 对不同呼称高对 应一定的水平档距值都进行外负荷计算和结构计算 使得同一直线塔型的不同 呼称高的铁塔总体受力接近 确定呼称高按照每降低 6m 进行一次水平档距的折算 一般来说 每次折算 的水平档距增大百分比约为 5 8 各院应结合具体子模块的情况进行测算 以各呼称高共用段主材规格相同为宜 以呼称高为 27 48m 的直线塔为例 规划呼称高 48m 对应水平档距为 400m 按呼称高每降低 6m 水平档距增大 6 折算 呼称高为 30m 时 对应的水 平档距为 476m 为此需要外负荷和结构计算的次数为 4 次 分别为 48m 42m 36m 和 30m 呼称高 当呼称高为 27m 时 对应的水平档距仍取 476m 7 对于钢管杆模块 由于多用在城市的走廊狭窄地带 其设计主要取决 于具体根开限制 故杆塔使用条件不作统一规定 8 在规划 500kV 直线杆塔时 建议 2 型直线塔地线横担应适用 OPGW 开断 情况 即地线支架按悬垂和耐张两种情况进行设计 同时挂点配置悬垂 耐张 两类挂点 工程应用时可根据实际需要选择地线的挂线型式 9 为保证标准设计的经济性和通用性 杆塔模块中的塔型种类应考虑满 足绝大部分工程的需要 对于特殊杆塔 如较高呼称高的耐张塔等 可在具体 工程中单独设计 3 33 3 塔头设计规定塔头设计规定 为保证本次标准设计的通用性和一致性 对塔头设计作出统一规定 包括 绝缘配合原则 绝缘子片数和串长 空气间隙取值 间隙圆设计 防雷保护 塔头布置 联塔金具等 3 3 1 绝缘配合原则 标准设计将依照设计规范和相关规定进行绝缘配合设计 满足线路在工频 电压 操作过电压和雷电过电压等各种情况下安全可靠运行 根据南方电网五省区的线路设计情况 a c 级污区的线路 导线悬垂绝缘 子串可采用玻璃绝缘子 d e 级污区 导线悬垂绝缘子串可采用复合绝缘子 标准设计应考虑杆塔挂玻璃绝缘子串和复合绝缘子串两种情况 其中 玻璃绝 缘子爬电比距按 c 级污区上限值配置片数 即爬电比距 2 50cm kV 按额定电 压计算 110kV 和 220kV 复合绝缘子爬电比距 2 88cm kV 按额定电压计算 500kV 复合绝缘子爬电比距 2 75cm kV 按额定电压计算 1000m 以上海拔地 区的爬电比距需进行相应的修正 为保持高塔的耐雷性能 绝缘子片数应根据塔高的增加而增加 雷电过电 压最小间隙也相应增大 对于同塔双回及以上线路 采用平衡高绝缘设计 若 使用复合绝缘子 应使其雷电冲击绝缘水平与盘型绝缘子串水平一致 即要求复 合绝缘子干弧距离间的正极性雷电冲击 50 闪络电压不小于盘型绝缘子串的闪 络电压值 3 3 2 绝缘子片数 绝缘子片数采用爬电比距法计算 同时考虑海拔高度的影响 对同塔双回 及以上回路 按平衡高绝缘配置 考虑增加绝缘子片数 各电压等级绝缘子片 数计算结果参考表 3 1 中数值 当杆塔全高超过 40m 时 高度每增加 10m 应比设计规范规定的最少绝缘 子片数 110kV 为 7 片 220kV 为 13 片 500kV 为 25 片 增加 1 片高度为 146mm 的绝缘子 全高超过 100m 的杆塔 绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定 表 3 3 1 悬垂玻璃绝缘子片数选择一览表 电压 等级 kV 回 路 海拔高度 m 片数 整串 结构 高度 mm 单片 爬电 距离 mm 爬电 比距 cm kV 对应复合 绝缘子结 构高度 mm 单 28 155 43405502 774450 500 双 1000 31 155 48055503 074750 单 30 155 46505502 975060 双 1000 2000 33 155 51155503 275525 单 31 155 48055503 074750 双 2000 2500 34 155 52705503 375200 单 32 155 49605503 174900 双 2500 3000 35 155 54255503 475350 单 33 155 51155503 275050 双 3000 3500 36 155 55805503 565500 单 34 155 52705503 375200 双 3500 4000 37 155 57355503 665650 单 15 146 21904502 76 2300 双 16 146 23364502 95 2450 四 1000 17 146 24824503 13 2600 单 16 146 23364502 95 2580 双 1000 2000 17 146 24824503 13 2730 单 17 146 24824503 13 2600 双 2000 2500 18 146 26284503 31 2750 单 17 146 24824503 13 2600 双 2500 3000 18 146 26284503 31 2750 单 18 146 26284503 31 2750 双 3000 3500 19 146 27744503 50 2900 单 18 146 26284503 31 2750 220 双 3500 4000 19 146 27744503 50 2900 单 双 9 146 13143202 621540 四 1000 10 146 14603202 911690 1000 2000 10 146 14603202 911700 2000 2500 10 146 14603202 911690 2500 3000 11 146 16063203 201840 3000 3500 11 146 16063203 201840 110 单 双 3500 4000 11 146 16063203 201840 注 1 玻璃绝缘子参考南方电网公司电力线路盘形悬式绝缘子技术规范中玻璃绝缘子技术 参数表 500kV 绝缘子选用 160kN 悬式耐污型 220kV 绝缘子选用 100kN 悬式耐污型 110kV 绝缘子选用 70kN 悬式标准型 标准型绝缘子爬电距离的有效系数取 1 耐污型 绝缘子爬电距离的有效系数取 0 9 2 括号中的数值为单片绝缘子的高度 单位 mm 3 表中所列玻璃绝缘子片数由五省区省级电力设计院提供 由于耐张绝缘子串自洁性较悬垂绝缘子串好 耐张绝缘子片数按污秽条件 选择并已达到规范所规定的最少片数时 不再考虑另行增加片数 3 3 3 空气间隙 标准设计的空气间隙按照规范的相关规定选择 采用平衡高绝缘时 空气 间隙按照配合系数相应修正 推荐采用的空气间隙值见表 3 3 2 表 3 3 2 空气间隙推荐采用数值 空气间隙 m 电压等级 kV 回路海拔高度 m 工频操作雷电带电作业 单 3 70 双 10001 302 70 4 10 3 20 单 3 95 双 1000 2000 1 503 00 4 35 3 50 单 4 10 双 2000 2500 1 603 15 4 50 3 70 单 4 30 双 2500 3000 1 703 30 4 70 3 90 单 4 40 双 3000 3500 1 803 45 4 80 4 10 单 4 50 500 双 3500 4000 1 903 60 4 90 4 30 单 双 1 90 四 10000 551 45 2 10 1 80 单 2 00 双 1000 2000 0 601 60 2 1 2 00 单 2 10 双 2000 2500 0 651 70 2 25 2 10 单 2 20 双 2500 3000 0 751 90 2 25 2 20 单 2 30 双 3000 3500 0 802 00 2 35 2 30 单 2 30 220 双 3500 4000 0 852 05 2 35 2 45 单 双 1 00 四 10000 250 70 1 15 1 00 单 双1000 2000 0 300 801 251 10 单 双2000 2500 0 300 851 251 20 单 双2500 3000 0 400 901 301 25 单 双3000 3500 0 400 951 301 30 110 单 双3500 4000 0 451 001 351 35 注 1 对操作人员需要停留工作的部位 还应考虑人体活动范围 0 5m 2 表中所列空气间隙值由五省区省级电力设计院提供 3 3 4 间隙圆图 1 悬垂串风偏角计算 单回直线塔统一取下层横担悬垂绝缘子串风偏角来规划整个塔头 500kV 导 线平均高度一般取 20m 110 220kV 导线平均高度一般取 15m 500kV 跨越塔的 导线平均高度取 45m 220kV 跨越塔的导线平均高度取 40m 110kV 跨越塔的导 线平均高度取 35m 双回路直线塔统一取中层横担悬垂绝缘子串风偏角来规划整个塔头 即计 算风偏角时 导线张力仍按平均高度的风速计算 而导线的风压需考虑换算至 中层导线的平均高度 该换算高度宜取中 下导线层高 悬垂绝缘子串的风压 按中层横担的高度计算 四回路直线塔则以第二层和第五层悬垂绝缘子串风偏 角来规划塔头 风压不均匀系数 应根据计算工况的设计基本风速值选取 当风速 27 m s 时 取 0 61 当 20 风速 27 m s 时 取 0 75 当风