一种两相复合横担直线塔
技术领域
本发明涉及输电线路领域，尤其涉及一种两相复合横担直线塔。
背景技术
在工程建造沿线交叉跨越物较多，跨越林区较长时，传统的双回路鼓型塔，由于塔高较高，塔身采用全钢材制造，塔重较重，同时，传统双回路鼓型塔的塔基较大需要更多的砍伐树木，造成工程投资较大。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种两相复合横担直线塔，旨在提供一种能够降低塔高并降低制造成本的两相复合横担直线塔。
为实现上述目的，本发明提供了一种两相复合横担直线塔，包括塔头，所述塔头呈干字型，所述塔头包括上横担和下横担，所述上横担和所述下横担上的导线排布方式采用三角排列布置，所述下横担采用一组呈一字型布置的复合横担结构。
优选地，所述复合横担结构包括横担绝缘子，所述横担绝缘子的一端连接于塔身，所述横担绝缘子的另一端为末端，所述横担绝缘子的末端和中部设有金具，用于架设导线。
优选地，所述复合横担结构还包括斜拉绝缘子，所述斜拉绝缘子的一端连接于所述塔身，所述斜拉绝缘子的另一端连接于所述横担绝缘子的末端。
优选地，所述横担绝缘子包括至少两个支柱绝缘子，所述支柱绝缘子可通过法兰彼此相连成一字型。
优选地，所述斜拉绝缘子包括一组水平斜拉绝缘子,所述水平斜拉绝缘子沿水平方向呈V字型布置，所述水平斜拉绝缘子的位于V字型开口处的一端连接于所述塔身，所述水平斜拉绝缘子的另一端连接于所述横担绝缘子的末端。
优选地，所述斜拉绝缘子还包括一组位于所述横担绝缘子上方的上斜拉绝缘子，所述上斜拉绝缘子包括第一上斜拉绝缘子和第二上斜拉绝缘子，所述上斜拉绝缘子沿垂直方向呈V字型布置，所述上斜拉绝缘子的位于V字型交点处的一端连接于所述塔身，所述上斜拉绝缘子的位于V字型开口处的一端连接于所述横担绝缘子。
优选地，所述第一上斜拉绝缘子连接于靠近所述塔身的所述法兰处，所述第二上斜拉绝缘子连接于所述横担缘绝子的末端。
优选地，所述上横担与所述下横担之间的垂直间隔距离为7.5m，所述上下层导线之间的垂直间隔距离为5.5m，所述复合横担结构上的靠近所述塔身设置的导线与所述塔身之间的距离为2.8m，位于所述塔身同侧的导线之间的水平间距为5.2m，位于塔身一侧的复合横担结构水平长度为8m。
优选地，所述上横担的下方位于塔身的左右两侧分别设置V字形斜拉绝缘子，所述V字形斜拉绝缘子的位于V字型交点处用于架设导线。
优选地，所述复合横担结构采用FRP复合材料制作，所述上横担采用钢材制作。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提出的技术方案中，两相复合横担直线塔，包括塔头，所述塔头呈干字型，所述塔头包括上横担和下横担，所述上横担和所述下横担上的导线排布方式采用三角排列布置，所述下横担采用一组呈一字型布置的复合横担结构，与普通双回路鼓型塔相比，本发明两相复合横担直线塔塔头高度降低，呼高降低，塔重减轻，基础作用力减少，导线排列方式更为合理，电气参数得到了极大的改善，占地面积减小，可有效降低了塔基砍伐，并降低造价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种两相复合横担直线塔的一个实施方式的立体图；
图2为本发明一种两相复合横担直线塔塔头三角形布置示意图；
图3为本发明一种两相复合横担直线塔塔头结构示意图；
图4为本发明一种两相复合横担直线塔复合横担结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种两相复合横担直线塔100。
请参阅图1-4，在本实施例中，所述两相复合横担直线塔100包括塔头20，其特征在于：所述塔头20呈“干”字型，所述塔头20包括上横担201和下横担，所述上横担201和所述下横担上的导线排布方式采用三角排列布置，所述下横担采用一组呈一字型布置的复合横担结构202。
直线塔100的规划与选型首先要满足电气间隙和塔头20布置的要求，双回输电线路导线排列方式有垂直、三角形排列、水平排列等。水平排列塔型塔高较低，但是横担较长，线路走廊宽；如图2所示三角排列塔型虽然塔高较高，但横担较短，线路走廊较小；垂直排列塔横担按三层布置导致塔高较高，受力情况不好，但是其线路走廊较小。
复合横担直线塔100塔身10采用传统钢材结构，下横担部分采用复合材料(FRP)结构，从结构造型和受力来讲，三角形布置是最佳的结构型式，结构简单、造型匀称，设计、施工、检修亦较方便。
本发明提出的技术方案中，为结合新型的复合材料，优化塔头20结构后布局出来的示意图如图2所示，这里复合材料仅用于下横担，其余部分仍采用钢结构。与双回路鼓型塔复合横担结构202相比，该布局不仅能够减少复合材料的使用量，同时能够减小塔高降低塔重双回路三角排列两相复合横担塔型具有结构简单、节点处理容易、节省线路走廊、施工和检修较为方便等优点。
本发明塔身10采用传统钢材结构，下横担部分采用复合材料(FRP)结构，与杆塔构件采用干涉配合螺栓连接。
复合横担结构202主要承受轴心荷载，由于复合材料弹性模量较低，其整体稳定问题较钢构件更为突出，因此选择的构件截面应开展且壁厚较薄，使其截面惯性矩尽可能大，以提高构件的稳定承载能力。复合材料拉挤型材的截面型式可根据需要设计成各种形状，常见的主要有“L”形、“○”形和“□”形等；其中圆型和方型截面惯性矩最大，其整体稳定承载力也最大，并且复合材料管型构件制作便捷，连接方便，因此复合横担可采用圆型或方型截面的支柱绝缘子作为主要承力构件。
具体地，所述复合横担结构202包括横担绝缘子2021，所述横担绝缘子2021的一端连接于塔身10，所述横担绝缘子2021的另一端为末端，所述横担绝缘子2021的末端和中部设有金具2022，用于架设导线。
具体地，金具2022可选用悬垂金具2022，悬垂金具2022长度可取0.5～0.7m。
悬垂金具2022设计过程如下：
由于复合横担结构202为绝缘体，导线和横担之间可考虑不采用悬垂绝缘子串。这样可以消除塔头20风偏放电故障，减小横担、塔头20尺寸。但对于采用分裂导线的高电压等级输电线路来说，除了绝缘的需要，在直线塔100设计时还需要考虑因脱冰或子导线断线而产生的纵向不平衡张力。若取消悬垂绝缘子串，会因分裂导线纵向不平衡张力控制而需增大横担、塔身10的构件规格，并不经济。因此要根据导线断线张力(或分裂导线纵向不平衡张力)验算结果确定复合横担的悬垂金具2022长度。
根据规程规定，10mm及以下冰区导、地线断线张力(或分裂导线纵向不平衡张力)的取值应符合下面规定的导、地线最大使用张力的百分数，垂直冰荷载取100％设计覆冰荷载。
表1 10mm及以下冰区导、地线断线张力(最大使用张力％)
10mm冰区不均匀覆冰情况的导、地线不平衡张力的取值应符合下表的规定的导、地线最大使用张力的百分数。垂直冰荷载按75％设计覆冰荷载计算。相应的气象条件按－5℃、10m/s风速的气象条件计算。
表2 不均匀覆冰情况的导、地线不平衡张力(％)
(一)断线张力计算
按照本工程技术条件，计算断线张力的模型按等7档无高差，轻中冰区耐张段覆100％冰，在第1档或第7档断线，断一半子导线数，计算断线张力。
表3 直线塔100断线张力计算表
(二)不均匀覆冰的纵向不平衡张力计算
不平衡张力的计算模型按照等连续7档，仅中间一基杆塔前后有高差，其余塔前后档无高差。轻中冰区耐张段前6档覆冰100％，在第1档或第7档取覆冰20％、40％，计算纵向不平衡张力。
表4 直线塔不平衡张力计算表
由计算结果可知，复合横担直线塔100导线连接金具2022串的长短对不平衡张力和断线张力的影响较大，连接金具2022串越短，不平衡及断线张力更大。
通过与设计规程给定值的比较，在上述计算条件下，计算不平衡张力及断线张力百分数均未超过规程控制值。
综合考虑，悬垂金具2022长度可取0.5～0.7m，实际取值可按照实际工程耐张段的杆塔呼高、档距、高差等条件计算不平衡张力和断线张力后确定。
具体地，所述复合横担结构202还包括斜拉绝缘子，所述斜拉绝缘子的一端连接于所述塔身10，所述斜拉绝缘子的另一端连接于所述横担绝缘子2021的末端，斜拉绝缘子端部与塔身10处采用十字插板连接。
具体地，所述横担绝缘子2021包括至少两个支柱绝缘子，所述支柱绝缘子可通过法兰彼此相连成一字型，复合横担结构202间采用金属套管式法兰节点连接，复合横担结构202端部与塔身10处采用十字插板连接，此外，也可采用公开号为CN201811273298中公开的技术方案一种输电线路中的端头金具2022，对复合横担结构202端部与塔身10处进行连接。
同时，本发明也可采用干涉配合连接，即在一般的间隙机械连接方式上，通过对连接构件施加一定的干涉量、调整其模量比和孔壁和紧固件间摩擦系数来达到较优连接强度的一种新型连接方式。为配合使用干涉配合连接，本工程采用方型截面的复合材料管材。该种连接型式省去了钢套管和十字钢插板，直接通过在复合材料管上打孔，选取螺栓的直径应比孔的孔径稍大，一般按0.7％-2％的干涉量配合，控制螺栓拧固扭矩值，使得螺栓个孔壁的摩擦系数达到0.2-0.4左右，可有效降低应力集中，保证节点连接的安全。由于干涉配合连接型式省去了钢套管和十字钢插板，因此节点构件重量大大降低，且连接简单，施工方便，具有较好的经济效益。
具体地，所述斜拉绝缘子包括一组水平斜拉绝缘子2023,所述水平斜拉绝缘子2023沿水平方向呈V字型布置，所述水平斜拉绝缘子2023的位于V字型开口处的一端连接于所述塔身10，所述水平斜拉绝缘子2023的另一端连接于所述横担绝缘子2021的末端。
具体地，所述斜拉绝缘子还包括一组位于所述横担绝缘子2021上方的上斜拉绝缘子2024，所述上斜拉绝缘子2024包括第一上斜拉绝缘子2024和第二上斜拉绝缘子2024，所述上斜拉绝缘子2024沿垂直方向呈V字型布置，所述上斜拉绝缘子2024的位于V字型交点处的一端连接于所述塔身10，所述上斜拉绝缘子2024的位于V字型开口处的一端连接于所述横担绝缘子2021。
具体地，根据权利要求6所述的两相复合横担直线塔100，其特征在于：所述第一上斜拉绝缘子2024连接于靠近所述塔身10的所述法兰处，所述第二上斜拉绝缘子2024连接于所述横担缘绝子的末端。
具体地，所述上横担201的下方位于塔身10的左右两侧分别设置V字形斜拉绝缘子2011，所述V字形斜拉绝缘子2011的位于V字型交点处用于架设导线。
具体地，所述上横担201与所述下横担之间的垂直间隔距离为7.5m，所述上下层导线之间的垂直间隔距离为5.5m，所述复合横担结构202上的靠近所述塔身10设置的导线与所述塔身10之间的距离为2.8m，位于所述塔身10同侧的导线之间的水平间距为5.2m，位于塔身10一侧的复合横担结构202水平长度为8m。
塔头20尺寸设计过程如下：
根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010规定：
(1)对1000m以下档距，水平线间距离宜按下式计算：
表5 悬垂绝缘子串系数表
式中：ki——悬垂绝缘子串系数，D——导线水平线间距离(m)，Lk——悬垂绝缘子串长度(m)，U——系统标称电压(kV)，fc——导线最大弧垂(m)。
(2)导线三角排列的等效水平线间距离，宜按下式计算：
式中：Dx——导线三角排列的等效水平线间距离(m)，Dp——导线间水平投影距离(m)，Dz——导线间垂直投影距离(m)。
(3)使用悬垂绝缘子串的220kV杆塔的最小垂直线间距离为5.5m；
(4)杆塔上两根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离的5倍。在一般档距的档距中央，导线与地线间的距离，应按下式计算：
S≥0.012L+1
式中：S-导线与地线间的距离(m)，L-档距(m)；
(5)对于单回路，330kV及以下线路的保护角不宜大于15°。
(6)10mm冰区，上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的水平偏移为1m。
本报告设计的杆塔塔头20尺寸如下：
考虑导线垂直分裂间距为400mm，悬垂金具2022长500mm，本次设计的双回路三角排列下层复合材料横担直线塔100的上下层导线垂直距离为5.5m，上下层横担间的距离为7.5m。比普通的220kV双回路垂直排列鼓型塔塔头20高度降低了5.5m，考虑绝缘子长度则降低了8m。
下层复合横担导线对塔身10的距离按满足复合横担爬电距离要求选则，这里为2.8m；相间距离按水平线间距离要求选则，这里为5.2m。一侧走廊宽度为9m，比普通的220kV双回路垂直排列鼓型塔走廊宽度增加了1.5m。
具体地，复合横担直线塔100塔身10仍采用传统钢材结构，其地线接地形式与常规线路相同。220kV输电线路应沿全线架设双地线,单回路直线塔100上地线对边导线的保护角不大于15°。
结论：
相比常规角钢塔，复合材料横担直线塔100可以使呼高降低8m，缩减线路走廊宽度。在同等条件下，以铁塔(钢杆)重量，基础作用力，基础混凝土方量，基础钢筋量及各项指标的造价为影响因素，对复合材料横担直线塔100与常规角钢直线塔100、复合材料横担钢杆与常规钢杆进行比较分析，分析结果如下表所示：
表6 复合材料横担直线塔经济性分析
由上表可见：
1)复合材料横担直线塔100塔重较普通直线塔100减轻18％左右，基础作用力减少15％左右。
2)本报告设计的复合材料横担直线塔100与一般常规铁塔总体造价要低10％，随着复合横担在工程中的逐步应用，价格还有降低的空间。且使用复合材料横担之后，可有效的降低杆塔高度，经济效应明显。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
