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220 kV 可调节型低穿高跨塔的设计

随着输电线路的不断建设,线路走廊紧张的矛盾更为突出,为减少电力线路对土地资源的征占应用,同一地区的输电线路走廊内往往建设有多条不同电压等级的线路。可以预见的是,输电线路在同一地点交跨多条不同电压等级线路的现象将会越来越普遍。湖南省内近期投产的星城—红线220 kV线路就连续穿越500 kV星云Ⅰ、Ⅱ线后又高跨220 kV云榔线,与输电通道内多条线路交跨对常规杆塔排位极为不利,出现了相邻杆塔档距分布不均、定位高差过大等问题。在施工运行过程中也存在不小的麻烦。如何保证在建线路对输电通道内运行线路的安全距离,降低对原运行线路和周边环境的影响将是当前线路设计重点研究的方向。

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江西—220kV线路与输电通道的数条线路交跨,常规杆塔排位,存在穿跨困难、杆塔排位不经济、工程投资高等难点。本文针对该难点,依托三维设计技术,创新提出了一种新型穿跨塔的概念。设计两种前后横担错层布置、前后侧具有不同呼称高的低穿高跨耐张塔,并通过经济技术比较,确定最优的杆塔型式。最后通过三维设计对交叉跨越区段进行了建模,验证穿跨塔在交跨多条不同电压等级线路时的可行性与优势,并为其推广使用提供了依据。

1 问题的提出

江西—220 kV线路在三溪村西北侧连续穿越在运的500 kV文赣Ⅰ线后,左转跨越在运的110 kV南上线,形成了耐张塔小号侧低穿、大号侧高跨的特点。因该地并无地形地势可以利用,且110 kV线路杆塔较高,常规塔型很难进行低钻500 kV线路随即跨越110 kV线路的方案设计。现场情况如图1所示。

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图1 三溪村段路径方案

根据文献 〔1〕中的规定,500 kV线路对电力线最小垂直距离为6.0 m,220 kV线路对电力线最小垂直距离为4.0 m。结合现场设计方案,本工程线路低穿500 kV文赣Ⅰ线时,对其最小净空距离为6.85 m。在低穿500 kV文赣 Ⅰ线后需转角跨越110 kV南上线。考虑线路下方水塘等地形、地物因素影响,仅能在该耐张塔前侧173 m处新建呼高为54 m的直线跨越塔。此时,本工程线路对110 kV南上线地线最小净空距离为0.27 m,无法满足规范要求。三维建模后的场景如图2所示。

图2 线路常规穿跨方案平断面

在不对110 kV南上线进行改造的前提下,需在线路耐张塔前侧52 m处新建1基呼高为39 m的直线塔,此时可保证对110 kV线路地线最小净空距离为4.91 m,满足规范要求。按以上方案实施时,虽然可以满足线路的电气距离要求,但2A5-JC1-18耐张塔前后档距分别为52 m和256 m,档距比为1∶4.9,且该耐张塔两侧绝缘子均发生倒挂,其垂直档距为负,超出该模块杆塔设计条件,存在铁塔上拔倾覆的风险。线路低穿后高跨平断面如图3所示。

图3 线路低穿后强行跨越方案的平断面

若将呼高为18 m的耐张塔更换为呼高为30 m的2A5-JC4型铁塔,可保证线路对110 kV南上线最小净空距离为5.09 m,但此时对500 kV线路导线最小净空距离为-0.76 m,无法穿越。

考虑以上因素,为减少跨越档的杆塔使用数量,减少塔基占地及施工协调难度,降低铁塔因上拔过大引起的倾覆风险。本工程需设计一种前侧呼高18 m(适合钻越)、后侧呼高 30 m(适合跨越),造价指标合理,且便于运输、组装和日常运行维护的耐张型铁塔。

2 低穿—高跨塔的型式选择

根据需求,新设计的穿跨塔前侧适合钻后侧适合跨,型式按受力特征仍属于耐张转角塔。国内输电线路常用的耐张塔型分为干字型耐张铁塔和酒杯型耐张铁塔,都具有结构紧凑、受力合理、结构处理成熟等优点,均属于成熟的塔型。

酒杯型铁塔塔重要较干字型铁塔重7%左右,但地线支架要低于干字型铁塔,更多应用于低穿距离紧张的线路〔4〕

干字型耐张塔,其导线布置一般按三角布置,以缩减横担宽度和保证中相跳线的顺利连接,但在减少线路走廊宽度的同时,杆塔全高与之对应升高, 不利线路低穿〔2-3〕

结合导线布置方式,提出两种穿跨塔设计方案,分别为水平排列错层酒杯型穿跨塔和水平排列错层干字型穿跨塔。

2.1 水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔

水平排列错层酒杯穿跨塔按前后侧分为后侧下层低穿横担和前侧上层高跨横担,穿跨塔上层横担均采用酒杯型,下层低穿考虑干字型,上下层导线采取水平布置。边相导线通过下层横担跳线串绕至前侧上层导线,中相导线向上穿过塔头与上层中相导线连接。

该塔塔身 (含下层导地线)高21 m,塔头高8 m,比例更为合理,受力良好。铁塔结构如图4所示。

图4 水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔

下层采用干字型横担时,塔身高度与酒杯型塔头高度比例为2.63∶1,利于受力的传导,塔材指标较低,但采用干字型横担布置时,下层中相跳线将需从下层两根地线中间穿过,跳线与地线最小距离为4.4 m,对施工工艺和跳线线长计算要求较高。

为增加各型穿跨塔的适用性,将穿跨塔设计成低穿高度一定但跨越高度可调节的型式。在塔身瓶口与塔头连接处,根据需求增设可调节的方形塔身,可在不改变下层地线高度的前提下,加高上层跨越横担高度,扩大塔型的高跨的使用范围,便于该类塔型的推广应用,塔身节高3 m,穿跨高差可根据现场具体情况,实现3~18 m的调整,铁塔结构如图5所示。

采用新设计的穿跨塔与电力线路交叉的平断面如图6所示。

图5 水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔(上层横担加高型)

图6 穿跨塔方案的交叉跨越平断面

酒杯型穿跨塔与通用设计2A5-JC1型设计条件比较见表1。

表1 铁塔档距m

塔型 水平档距 垂直档距 使用档距穿跨塔 300 400 300 2A5-JC1 500 800 500

根据计算分析可知,与常规2A5-JC4型耐张塔相比,在缩小铁塔使用条件且下层导线改为水平布置后,导地线高差可由原来9.5 m降低至4 m,减少了57.9%,更有利于线路穿越其他高等级电力线路的同时保持对地距离的高度,提高线路安全裕度,降低线路运行的风险。因为使用档距的减小,走廊宽度由13 m减至10.8 m,减少了16.9%,进一步减少了因下层穿越导线对线下林木距离不够导致的砍伐工作量。综上所述,水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔在降低一定的设计条件下,塔材指标要比2A5-JC4型耐张塔增加13%。

2.2 水平排列错层干字型穿跨塔

水平排列错层干字型穿跨塔在干字—酒杯型穿跨塔的基础上,将上层酒杯型布置改为与下层一样的干字型横担布置,导线依旧采用水平布置,上下层均采用干字型布置方式,与双回路杆塔塔型布置基本相同,塔型成熟,塔材布置更为合理〔5-6〕

3.4 减少头面部压力 压力是发生压疮最重要的外因[6-8]。传统固定方法因螺纹管气管导管和无菌巾长时间压力作用于患者鼻部或头面部的压力,造成鼻腔黏膜出血,鼻翼黏膜的压迫引起压迫性水肿,继发感染和鼻部血运不畅而坏死[9]。头带固定法在头面部中间放置海绵能减少导管压力。表2显示,一定程度上减少鼻腔出血和压迫性水肿的发生。头带固定法较传统方法更能保证患者的皮肤完整性,减轻患者的痛苦,提供更优质的护理。

穿跨塔规划设计条件为表1中所列条件,水平排列错层干字型穿跨塔结构如图7所示。

图7 水平排列错层干字型穿跨塔

从图7可见,该塔型横担布置与双回路铁塔布置相同。跳线连接方式与水平排列错层干字-酒杯型穿跨塔跳线连接方式基本相同,但因其中相跳线需上跳后随上层地线支架绕至内角侧后接入上层中相导线,跳线受力较为复杂,跳线串向内角偏移,对工程施工工艺要求更为严格。该塔下层穿越横担呼高按18 m设计,上层跨越横担呼高为24 m。

在风景园林成本管理中,完善的管理制度是基础保障,所以必须要结合自身实际,对成本管理制度不断完善,有效提高成本管理的效果。要求进一步对成本过高的因素进行挖掘分析,通过节支降耗等措施有效降低成本。为了使成本管理目标得到有效落实,应对目标责任制进行逐步完善,对全面预算管理和责任成本管理进行积极推行,详细分解目标成本,在绩效考核体系中融入成本指标,认真落实,充分结合内部奖惩制度,对目标成本与实际成本的差异进行认真对比,确保目标成本的顺利实现。

同样可在下层地线横担与上层导线横担之间添加塔身,调整上层跨越横担的高度以扩大该塔的使用范围,该塔结构如图8所示。该塔添加6 m塔身后与未添加塔身的水平排列错层干字-酒杯型穿跨塔使用条件基本一致,低穿地线高度与跨越导线高度保持一致,走廊宽度同样为10.8 m。该塔塔材指标要比水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔减少9%。

图8 水平排列错层干字型穿跨塔(上层横担加高型)

2.3 推荐塔型选择

下面以低穿呼称高度18 m、高跨呼高30 m穿跨塔为例,从线路安全距离、走廊宽度、塔重、工程投资等方面,对水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔、水平排列错层干字型穿跨塔进行技术经济指标对比。酒杯型与干字型穿跨塔技术经济比较见表2。

相比而言,内陆欠发达地区的资金来源主要以国有资本、政府财政资金为主,获得政府的直接资助较多,而沿海经济发达地区的投资主要以民营资本为主。

本文所用数据为2017年3月由陆地资源卫星Landsat8拍摄的分辨率为30 m的遥感影像,其中Band8为全色波段,分辨率为15 m,可用于与多光谱影像进行融合。数据来自地理空间数据(http://www.gscloud.cn/)发布的免费数据,研究区域上空平均云量为0.22,影像已做过地形参与的几何校正,一般情况下可以直接使用而不需要做几何校正。

在新授课中,学生是在教师创设的特定情境中探究获取相应的生物学知识,但是所学知识的结构性较差,通常是碎片化的知识,难以在复杂情境中实现有效的迁移。这就需要教师在复习课中引导学生将已学过的碎片化知识进行归纳整理,提炼同化、构建与完善学生的生命观念,加深学生对生命本质的认识。

表2 穿跨塔技术经济比较表

项目 酒杯型穿跨塔 干字型穿跨塔低穿导线对地高/m 8.15 8.15低穿地线对500 kV文赣Ⅰ线高度/m 6.85 6.85高跨导线对110 kV南上线高度/m 5.09 5.09防雷保护角/(°) 12 14走廊宽度/m 10.8 10.8占地面积/m2 53.29 53.29塔重/t 14.112 13.197本体投资/万元 33.774 31.997

由表2可知,在确定穿跨塔下层穿越地线对500 kV文赣Ⅰ线高度为限制条件时,同等条件下,水平排列错层干字—酒杯型穿跨塔与水平排列错层干字型穿跨塔在电气距离方面完全一样,其中干字—酒杯型穿跨塔防雷保护角要优于干字型穿跨塔,但其塔重与本体投资均较大。综上所述,比较以上两种塔型工程适用性和本体造价,推荐使用水平排列错层干字型穿跨塔。该塔技术先进,经济可行,环境友好,资源节约。

特别将穿跨塔方案与强行钻跨进行经济技术比较,见表3。

表3 穿跨塔与强行钻跨经济指标比较

项目 穿跨塔方案 常规钻跨方案低穿导线对地高度/m 8.15 8.15低穿地线对500 kV文赣Ⅰ线高度/m 6.85 6.85高跨导线对110 kV南上线高度/m 5.09 4.91 1基2A5-JC1-18 1基2A1-ZMCK-39塔重/t 13.197 19.32混凝土方量/m3 94 106本体投资/万元 31.997 40.52杆塔使用 1基钻跨塔(18—30)

很明显,穿跨塔方案在保证对500 kV文赣Ⅰ线低穿距离的前提下,跨越110 kV南上线的电气裕度较常规钻跨方案要优,而且节省杆塔1基,对于施工协调、青苗赔偿方面具有较大帮助,综合经济效益明显。

3 结语

新设计的可调节低穿高跨塔具有优势及特点:①低穿高跨同步实施,水平排列错层干字型穿跨塔采用前后侧导线错层布置,能实现在一基杆塔先后低穿、高跨电力线路,具有优化杆塔排位的优势;②穿跨塔跨越高度可调节,通过在错层横担之间设计可调节的方形塔身,塔身节高3 m,穿跨高差可根据现场具体情况,实现在3~18 m之间的调整,使用方便、灵活;③除在输电线路相互交跨时可使用外,还可广泛使用在低穿输电线路后高跨房屋、高速公路、铁路、高架桥等其他情况。

可调节型穿跨塔的设计不仅解决了具体工程问题,而且为今后新建输电线路与已建输电通道交跨的设计上提供了一种新的技术方案。

参考文献

〔1〕中国电力企业联合会.110 kV~750 kV架空输电线路设计规范:GB 50455—2010〔S〕.北京:人民出版社,2010.

〔2〕刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计220 kV输电线路分册 (2011年版) 〔M〕.北京:中国电力出版社,2011:209-243.

〔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,2003:140-150.

〔4〕电力规划设计总院.架空送电线路杆塔结构设计技术规定:DL/T 5154—2012〔S〕.北京:中国计划出版社,2012.

〔5〕储开宇.输电铁塔结构形状优化设计 〔D〕.北京:华北电力大学,2004.

〔6〕潘峰,陈稼苗,聂建波,等.国内外规范输电线路铁塔风荷载特性对比 〔J〕.中国电力,2013,46(4):37-42.

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