交流特高压同塔双回路直线塔的制作方法

专利名称：交流特高压同塔双回路直线塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种同塔双回路直线塔，具体来说，涉及一种交流特高压同塔双回路直线 塔。
背景技术：
随着我国国民经济的快速发展，促使了我国电力工业的发展，电网建设快速发展需要更高电压等级的输电技术。特高压(例如IOOOkV)交流输电不仅可以减少输电的回路数，节约线路走廊，而且有利于解决短路电流过大，超过开关容量极限的问题。然而，特高压输电线路存在电压等级高、荷载大、15mm冰区荷载组合复杂等问题。 现有的500kV和750kV线路在诸如杆塔设计、荷载组合等方面的设计规程和工程设计经验并不适用于特高压线路。以IOOOkV的电压为例，电压等级升到IOOOkV后，线路杆塔的尺寸、负荷发生了质的变化。此外，考虑输电线路承受15mm覆冰的情况，与常规的IOmm冰区相比，15mm冰区的铁塔的受扭变得更为严重。因此，随着电压等级及覆冰程度的提高，杆塔的负荷大、体积大的问题是不可避免的。如果特高压输电线路中的直线塔仍完全采用常规的结构型式，则不能适应特高压双回路交流线路的要求。此外，对于特高压输电线路而言， 如何降低其工程投资，方便加工和施工，保证长期安全稳定的运行，都是需要考虑的问题。因此，需要提出一种新型结构形式的同塔双回路直线塔来解决上述现有技术中的问题。

实用新型内容本实用新型的一个目的是设计交流特高压同塔双回路直线塔的塔型，使之适用于特高压交流输电线路。具体而言，本实用新型通过对同塔双回路直线塔的塔头型式、塔身型式、构件断面、构件材质、构件连接方式等方面中的一项或多项进行设计和优化，使之适用于特高压交流输电线路(尤其是15mm冰区的IOOOkV交流输电线路)。根据一个实施例，提供了一种交流特高压同塔双回路直线塔，其特征在于，所述直线塔的塔头为鼓型布置，顶架为平顶型布置，横担为鸭嘴式布置，顶架与上横担共用；塔身断面为正方形；所述直线塔由钢管构件构成，主材之间为锻造法兰连接，主材和斜材之间为插板连接。根据另一个实施例，所述锻造法兰为高颈对焊法兰。根据另一个实施例，所述插板连接为“ U ”型插板连接、“ T ”型插板连接和“]”型插板连接中的一种或多种。根据另一个实施例，在塔身变坡处的第一付斜材为倒“K”型布置。根据另一个实施例，在塔身变坡处的第一付斜材为交叉型布置。根据另一个实施例，横担下平面靠近塔身的第一付斜材为倒“K”型布置。根据另一个实施例，横担下平面靠近塔身的第一付斜材为交叉型布置。[0014]根据另一个实施例，在斜材与主材相交处为偏心连接，交于主材中心线的内侧。根据另一个实施例，在横担与主材的连接节点处，横向设置有加劲板贯穿横担主材和塔身隔面横材。根据另一个实施例，在挂线点附近的钢管上，沿钢管横断面方向焊接有加劲板。根据本公开的一个实施例的一个技术效果是，交流特高压同塔双回路直线塔能够满足特高压交流输电的电气要求。根据本公开的一个实施例的另一个技术效果是，交流特高压同塔双回路直线塔的铁塔结构合理。根据本公开的一个实施例的另一个技术效果是，交流特高压同塔双回路直线塔的载荷能力强。
根据本公开的一个实施例的另一个技术效果是，交流特高压同塔双回路直线塔的塔材耗量小。根据本公开的一个实施例的另一个技术效果是，交流特高压同塔双回路直线塔的加工和施工方便。因此，根据本公开的交流特高压同塔双回路直线塔将有助于实现资源节约型、环境友好型的特高压电网。通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本实用新型，其中图1是根据本实用新型的一个实施例，示例性的交流特高压同塔双回路直线塔 100的塔型示意图。图2是现有技术中采用传统的羊角型顶架布置的塔头的示意图。图3A和3B是本实用新型的实施例中可以采用的示例性的横担下平面倒“K”型斜材布置和交叉型斜材布置的示意图。图4A和4B是本实用新型的实施例中可以采用的示例性的塔身倒“K”型斜材布置和交叉型斜材布置的示意图。图5是示例性的钢管与钢管之间的法兰连接的示意图。图6A和6B是本实用新型的实施例中可以采用的两种高颈对焊法兰的示意图。图7是示例性的插板连接节点的示意图。图8A、8B和8C分别是本实用新型的实施例中可以采用的示例性的“U”型插板连接、“ T ”型插板连接、或“]”型插板连接的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。图1是根据本实用新型的一个实施例的示例性的交流特高压同塔双回路直线塔 100的塔型示意图。其中，主材、斜材和横材用实线表示，辅助材用虚线表示。通常，同塔双回路直线塔100由塔头102、塔身104和塔腿106组成。需要指出的是，图1仅仅是示意性的，并非将本实用新型所请求保护的同塔双回路直线塔限制到图1的具体形式，本领域技术人员可以根据本公开的内容，对其各个部分作出各种修改和替换。下面分别从塔头型式、塔身型式、塔的构件断面及材质、以及构件连接等方面对塔 100的结构和特征进行详细的描述。塔头型式特高压(例如IOOOkV)工程的电气间隙较一般线路(例如500kV线路)大，因此， 线路铁塔塔头体型更大、更为复杂，挡风面积更大，尤其是在15mm冰区的环境中更是如此。 如何在满足电气尺寸的条件下，结合塔头受力特点尽可能地压缩塔头尺寸，将对铁塔单重起到重要影响。下面从导线布置、顶架布置和横担布置三方面来分析本实用新型的同塔双回路直线塔所优选采用的塔头型式。1.导线布置如图1所示，塔100的导线布置采用的是鼓型布置。具体地，塔头102具有三层横担，分别为上相横担110、中相横担112和下相横担114。对于鼓型布置而言，中相横担112 的长度大于上相横担110和下相横担114的长度。鼓型布置的塔头尤其适用于覆冰地区， 因为稍伸长的中横担使上下层导线达到适当叉开的目的，避免导线脱冰跳跃时发生闪络事故。并且，与常见的伞型布置(上、中、下相横担的长度依次增大)的塔头相比，在塔高、呼高、地线保护角相同的情况下，鼓型布置的塔重较轻，输电线路走廊较窄，并且在可听噪声、 无线电干扰等环境指标方面具有优势。2.顶架布置塔100的顶架布置采用的是平顶型布置，如图1的110所示。 鉴于电气要求铁塔地线对导线防雷保护角采用负保护，如果单独设置顶架，其悬挑长度将非常大，而且耗钢量也增加较多。因此，对于负保护要求的直线塔，优选地采用与上横担共用顶架的型式。即，在图1中，110既用作上相横担，同时也用作顶架。作为对比，图2示出了采用传统的羊角型顶架布置的塔头，其中201为羊角型布置的顶架。羊角型顶架布置一般塔身高度稍小，但是在许多方面存在问题。例如，羊角型顶架布置的上相横担的传力路径不够简洁，横担与塔身连接处的偏心难以避免，局部构造处理复杂。而且，通过工程实践可知，羊角型顶架的吊装难度较大，在部件重量较大的情况下，施工质量不易保证。由于特高压工程不同于一般500kV或更低电压的工程，需要全面考虑设计、加工、 施工等各个环节。因此，传统的羊角型顶架布置不适合于特高压输电工程。而图1所示的平顶型的顶架布置方式，可以避免羊角型顶架的上述弊端，减小施工单位施工抱杆的悬臂长度，方便施工安装。3.横 担布置如图1所示，塔100的上、中、下相横担均采用鸭嘴型的布置形式。考虑到特高压输电线路的电气间隙要求，本实用新型采用图1所示的这种鸭嘴型的横担布置，其可以较好地减小塔头的尺寸，同时有利于挂线点的受力，从而在承受交流特高压同塔双回路直线塔的大荷载的同时，获得较好的经济性。优选地，根据一个实施例，横担下平面的靠近塔身的第一付斜材可以采用倒“K”型布置。图3A示出了这样一种布置的示例，如301所示。这样的布置可以避免横担下平面斜材的同时受压，有效提高横担抗变形能力，满足承载特高压线路大负荷的要求。并且，这样的斜材布置在塔所受垂直荷重较大的情况下，能够避免挂线角钢受弯控制，降低挂线角钢的规格，具有更好的经济性。可替换地，横担下平面的靠近塔身的第一付斜材也可以采用交叉型布置。图3B示出了这样一种布置的示例，如302所示。塔身型式合理设计塔身断面、优化塔身斜材布置等对降低塔重，控制造价有着重要的意义。根据一个实施例，塔100的塔身断面可以为正方形。与采用矩形塔身断面的扁塔相比，正方形塔身断面有助于提高直线塔的纵向刚度，并且在抵抗冰灾、雪灾和风灾的能力以及防止串倒的能力都有优势。而且采用正方形塔身断面的方塔的高低腿与塔身的连接比较简单，施工、加工比较方便；而扁塔的高低腿与塔身连接时比较复杂，塔腿V面为非对称结构，加工放样工作量大，且施工时必须注意接腿的方向性。由于交流特高压直线塔的呼高一般较高，塔身部位也较高，因此，塔身斜材的布置方式对铁塔强度有很大影响。优选地，根据一个实施例，塔身变坡处的第一付斜材可以采用倒“K”型布置，如图 1的116以及图4A的401所示例性示出的。这样，根据节点平衡的力学原理，斜材始终处于一拉一压的受力状态，从而可以避免塔身斜材同时受压。可替换地，塔身变坡处的第一付斜材也可以采用交叉型布置，如图4B的402所示例性示出的。构件断面及材质1.构件断面根据一个实施例，塔100可以采用钢管构件。与传统的角钢构件相比，采用钢管构件可以使铁塔的结构受力更为合理，并且塔材耗量较小，重量较轻，基础工程量也较小，因而更为经济。尤其在铁塔高度较高时(例如高度超过80m时)，其经济性更为显著。更具体而言，首先，钢管构件本身的受力性能优于角钢构件。并且，钢管构件的风阻力系数比较小，可以较大幅度降低铁塔的风荷载。其次，对于交流特高压输电线路，钢管塔具有一定的经济优势。这可以体现在以下几个方面(1)钢管的回转半径较大，在截面积和计算长度基本相同的条件下，钢管的回转半径约是单根角钢的2倍。表1给出了一个示例性的计算结果。从而，对于角钢构件，为了减小细长比，提高角钢构件的承载力，通常需要采用辅助构件进行适当支撑，因而在一定程度上增加了铁塔的材料耗量。而钢管构件则不具有这方面的问题。(2)交流特高压同塔双回路直线塔塔身风荷载在铁塔荷载计算中所占的比重较大，一般均在40 50%之间。因此，采用风阻力系数相对较小的钢管塔对减轻铁塔重量效果比较明显。(3)由于结构受力的特点，钢管塔的单基重量要轻于角钢塔。一般而言，在塔高相同的情况下，钢管塔的塔重比角钢塔要轻15%左右。虽然钢管塔造价比角钢塔稍贵，但是由于钢管塔基础作用力明显小于角钢塔，基础工程量可大幅度降低，所以当钢管塔高度较高时，其经济性方面将会优于角钢塔。(4)由于特高压输电线路的铁塔负荷远远超过一般线路(例如500kV线路)，塔身主材如果采用角钢，则需要用到双拼以上的组合式角钢，此时因构造要求，需增加较多构造填板，造成较多的塔材浪费。与此相反，采用钢管构件则无需增加构造填板，可以节约大量塔材。表1构件回转半径比较
Γ1 1断面积(cm2) 回转半径(cm)
钢管Φ 350X8 827&12. 13
角钢L200X1490.66θΓθ72.构件材质在钢管的材质方面，高强度的钢管可以承载更大载荷。然而，高强度钢材对材料性能和焊接工艺的要求都很高，而且材质和性能都难以保证十分稳定。考虑到工程安全性和可靠度，根据一个实施例，本实用新型的特高压同塔双回路直线塔的钢管优选地采用 Q235B、Q345B两种钢材之一或两者。然而，如果希望，也可以采用更高强度的钢管。构件连接施工图中，结构和构件的实际受力情况和传力途径往往和计算假定有一定的偏差，难以达到理论计算的结果，为了使实际的结构形式与理论计算更加符合，需要对某些比较复杂的节点或结构进行必要的构造措施，以控制传力路线，保证结构的安全。所以节点构造和优化处理是铁塔结构设计中又一个重要的环节，直接关系到构件承载力设计值与实际承载力是否相符，对铁塔的安全可靠运行十分重要，同时它也影响铁塔的重量。如上所述，本实用新型优选地采用钢管塔结构，因此下面具体介绍本实用新型的实施例所采用的钢管塔的节点构造。1.节点连接方式在钢管塔的结构中，节点连接方式的选用既要保证结构的受力可靠，又要方便钢管塔的加工和安装，以解决结构内力、结构构造和加工制造、施工安装中的矛盾。节点连接主要包括主材之间的连接以及主斜材之间的连接。根据本实用新型的一个实施例，钢管塔的主材之间可以采用法兰连接。这种连接方式虽然加工比较复杂，但是受力性能较好，便于主材的传力。图5示例性地示出了钢管与钢管之间的法兰连接。优选地，所述法兰可以是锻造法兰，更优选地，可以是高颈对焊法兰。图6A和6B示意性地示出了本实用新型的方案中可以采用的两种高颈对焊法兰。高颈对焊法兰是一种不带加劲肋的整体式法兰，它与钢管的连接时采用环向焊缝连接，自动化程度高，人工焊接量小。由于目前钢管塔的生产能力主要是受制于法兰的加工，而高颈对焊法兰的使用可以减少大量法兰的人工焊接工作量，提高生产效率，因此选择采用高颈对焊法兰是提高加工生产能力的方法之一。并且，锻造法兰，尤其是高颈对焊法兰，能够方便焊缝质量的检测和评估，从而更好地保证构件连接的质量。根据本实用新型的一个实施例，钢管塔的主材与斜材之间可以采用插板连接。图 7是示例性的插板连接节点的示意图。根据实际需要，例如根据杆塔构件的结构部位、受力大小和构造要求，插板连接可以是“U”型插板连接、“T”型插板连接、或“]，，型插板连接，分别可以如图8A、8B和8C所示例性示出的那样。 此外，对于特高压交流输电铁塔而言，由于铁塔载荷大，因此主材钢管的直径均较大。根据一个实施例，优选地，可以在斜材与主材汇交处采用偏心连接，交于主材中心线的内侧。这样可以大大减小负头，缩小节点板的尺寸。2.横担根部节点连接横担和塔身连接的节点是一个非常重要的部位，其受力大，结构复杂，若处理不好，很容易造成节点受到额外的诸如次弯矩之类的内力。为此，可以在节点上适当增设加劲板，以增加节点的刚度。例如，根据一个实施例， 当横担与主材均采用钢管构件时，为了满足主材的局部稳定和强度要求，可以在连接节点处对主材的壁厚进行适当地加厚，和/或横向设置加劲板贯穿横担主材和塔身隔面横材。又例如，根据一个实施例，可以在挂线点附近的管子上沿管横断面方向焊接加劲板。这样，可以进一步增加管子的刚度。上面主要参照附图描述了本实用新型的一个优选的实施例，但是本领域技术人员应当理解，各个附图中的特征以及上面描述的每个特征并非都是本实用新型的技术方案所必需的。本领域技术人员可以根据实际需要，选取以上特征中的任意一个或多个或其组合来实施。虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
权利要求1.一种交流特高压同塔双回路直线塔，其特征在于，所述直线塔的塔头为鼓型布置，顶架为平顶型布置，横担为鸭嘴式布置，顶架与上横担共用；塔身断面为正方形；所述直线塔由钢管构件构成，主材之间为锻造法兰连接，主材和斜材之间为插板连接。
2.根据权利要求1所述的直线塔，其特征在于， 所述锻造法兰为高颈对焊法兰。
3.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于，所述插板连接为“U”型插板连接、“T”型插板连接和“]”型插板连接中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于， 在塔身变坡处的第一付斜材为倒“K”型布置。
5.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于， 在塔身变坡处的第一付斜材为交叉型布置。
6.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于， 横担下平面靠近塔身的第一付斜材为倒“K”型布置。
7.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于， 横担下平面靠近塔身的第一付斜材为交叉型布置。
8.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于， 在斜材与主材相交处为偏心连接，交于主材中心线的内侧。
9.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于，在横担与主材的连接节点处，横向设置有加劲板贯穿横担主材和塔身隔面横材。
10.根据权利要求1或2所述的直线塔，其特征在于， 在挂线点附近的钢管上，沿钢管横断面方向焊接有加劲板。
专利摘要本实用新型公开了一种交流特高压同塔双回路直线塔，其特征在于，所述直线塔的塔头为鼓型布置，顶架为平顶型布置，横担为鸭嘴式布置，顶架与上横担共用；塔身断面为正方形；所述直线塔由钢管构件构成，主材之间为锻造法兰连接，主材和斜材之间为插板连接。本实用新型解决的一个技术问题是设计交流特高压同塔双回路直线塔的塔型，使之适用于特高压交流输电线路。本实用新型的交流特高压同塔双回路直线塔能够满足特高压输电的电气要求，并且还可以具有铁塔结构合理、载荷能力强、塔材耗量小、便于加工和施工等优点。
文档编号E04H12/10GK202090661SQ20102069034
公开日2011年12月28日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘勇, 李力, 杨洋, 梁明, 王劲, 王强, 肖宇, 苏启阳, 谢玉洁, 邓安全, 郑勇, 郭跃明, 韩大刚, 马海云, 黄兴 申请人:中国电力工程顾问集团西南电力设计院, 国家电网公司