论文部分内容阅读
摘 要：随着我国经济的发展，对电力供应等基础设施的建设提出了更高的要求。在土地资源严重紧张的当前，发展紧凑型的高压输电是必然选择。本文就高压输电钢管塔的基础及钢管塔的设计及施工做了简要探究。
关键词：输电线路；紧凑型高压输电；基础及塔设计施工
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一. 工程实施的背景和迫切需求
1、受神华神东电力公司委托，陕西省电力设计院承担了神华神东电力公司店塔电厂的110kV出线改造工程，即：对原店塔电厂2×135MV机组送出的2条同塔双回110kV线路包括同塔双回的110kV矸北Ⅰ回、矸北Ⅱ回线路和同塔双回110kV矸新线、矸府线进行改造。
工程全线均采用陕西省110kV典型设计中常规自立式铁塔进行架设。按照原有图纸设计，电厂出线端的终端塔呼称高24米，每基占地在大约在长、宽大约14米左右。
2、线路建设期间，神华神东电力公司店塔电厂根据自身后期建设需要，将拟建的电厂铁路专用线向电厂变电站出线门型架方向平移了约24m，移动后现场的拟建铁路边缘距离门型架仅6-8米，这就导致“店塔电厂110kV出线改造工程”施工图设计中的出线终端塔位置被铁路线部分占用，立塔空间受到严重阻碍.
同时由于本次改动线路出线段，还新增了部分交叉跨越内容（即：需要连续跨越的4条拟建铁路，1条已建铁路及1条新规划公路（拟建铁路路轨高程高出厂区地面约10m）），因此现场终端塔呼称高只有保持在30m（矸北Ⅰ回、II回）及35m（矸新线、矸府线）以上，线路侧导、地线按正常张力方式放线架设，才能满足线路的安全可靠运行。
此时如果按照常规的角钢终端塔设计，每基需要占地长、宽都在17米以上，现有场地条件无法满足立塔要求。
3、截至此时，工程大部分塔位均以杆塔组立完成，线路架线在即，故无法实施改线方案，只能就地采用电缆终端钢管塔的架线方式，才能满足工程正常投运的要求。
经陕西省电力设计院与业主单位（店塔电厂）、铁路专用线设计单位（山西铁路勘察设计院）协商研究后，最终确定利用现有场地条件，将门架侧的原普通角钢终端塔施工方案改换为电缆终端钢管塔，同时为保证线路出线侧的正常交跨，线路侧全段采用正常张力进行架线。
4、由于本工程杆塔高度与门架相比较高，而终端塔和门架之间距离又过近，如果直接采取架空进线方式，杆塔与门架之间的导、地线在空中发生交叉且电气间隙难以满足，因此考虑在本次电缆终端钢管塔上采取架空线转接为电缆的落地接入方式。
二.电缆终端钢管塔的应用现状和独特优点
1、电缆终端钢管塔的现状
目前电缆终端钢管塔在国内主要应用于经济发达且送电走廊受到严重约束的地区，主要是为了解决线路走廊狭窄、铁塔或钢管杆难以满足需求的塔位，因此可以供本工程借鉴或参照的范例少之又少。再加上本次窄基鋼管终端塔兼做双回路电缆下线塔，更是开创了110kV送电工程杆塔应用的先河。
2、电缆终端钢管塔的优点
本工程所使用的电缆终端钢管塔，属于自立式铁塔的一种，它可以依靠自身的结构，承受杆塔架线荷载、满足线路正常架设的需求；但相对于普通的角钢自立式铁塔而言，它明显的减小了杆塔占地面积，可以最大限度的使用于场地受限区域的线路架设，同时它的主体采取四柱格构组合型式，结构刚度好，能够较好的抵抗前后不平衡张力所带来的杆塔变形，美观大方、便捷实用。实现杆塔组立、线路架设的预期目标。造价在普通架空线路与纯电缆线路之间，价格适中。
工程中电缆终端钢管塔的使用，恰恰是对这一优点的有力证明，它充分发挥了电缆终端钢管塔的优势，既保证了电厂发电的外送需求，又有效地降低了工程造价、节约了工程投资。
三.电缆终端钢管塔的设计条件
电压等级：110kV
回路数：双回路
气象条件：风速27m/s（10m基准高），10mm覆冰。
GGT1：同矸北Ⅰ、Ⅱ回，导线2×LGJ-400/35，地线GJ-80。
GGT2：同矸新、矸府，一侧LGJ-240/40，一侧LGJ-300/40，
地线GJ-80。
水平档距：350m；垂直档距：500m
转角度数：GGT1（0-10） GGT2（0-55度）
主柱中心间距：GGT1为3.5m，GGT2为3.0m。
电缆型号：原矸新、矸府电缆采用500mm2。矸北Ⅰ、Ⅱ回电缆采用2×800mm2。
四.电缆终端钢管塔的设计荷载
五.电缆终端钢管塔的设计工况
1 大风工况
2 覆冰工况
3 断右地线，断右上导线(小转角)
4 断左地线，断左上导线(小转角)
5 断右上及中层右导线(小转角)
6 断左上及中层左导线(小转角)
7 断右中及下层右导线(小转角)
8 断左中及下层左导线(小转角)
9 挂右地线(小转角)
10 挂左地线，右地线已挂(小转角)
11 挂右上导线，地线已挂(小转角)
12 挂右中导线，右上、地线已挂(小转角)
13 挂右下导线，右中、右上、地线已挂(小转角)
14 挂左上导线，右上、右中、右下、地线已挂(小转角)
15 挂左中导线，左上、右上、右中、右下、地线已挂(小转角)
16 挂左下导线，左上、左中、右上、右中、右下、地线已挂(小转角)
17 紧右地线(小转角)
18 紧左地线，右地线已紧(小转角)
19 紧右上导线，地线已紧(小转角)
20 紧右中导线，右上、地线已紧(小转角)
21 紧右下导线，右中、右上、地线已紧(小转角)
22 紧左上导线，右上、右中、右下、地线已紧(小转角)
23 紧左中导线，左上、右上、右中、右下、地线已紧(小转角)
24 紧左下导线，左上、左中、右上、右中、右下、地线已紧(小转角)
六.电缆终端钢管塔的结构设计
1 数据输入
2 强度和位移计算
3 杆塔连接计算
七. 电缆终端钢管塔的细部设计
1电缆终端钢管塔的空间布置
由于本工程杆塔高度与门架相比较高，而终端塔和门架之间距离又过近，如果直接采取架空进线方式，杆塔与门架之间的导、地线在空中发生交叉且电气间隙难以满足，因此考虑在本次钢管终端塔上采取架空线转接为电缆的落地接入方式。
电气在塔头布置时，需从预留电缆终端头位置、避雷器安装位置、终端头与塔身杆件的电气间隙、终端头之间的安装距离、终端头与绝缘子之间电气要求，导地线防雷保护、上下导地线偏移，以及电缆下线及维修人员攀爬等方面综合考虑。
2 杆塔杆件的连接方式
四柱采用钢管主杆，主杆之间用钢管连接形成格构式，导线、地线横担采用格构式，导线横担前侧与后侧端头用钢管连接，采取法兰连接方式。
3 电缆终端头和避雷器的连接、设置
在110kV输电线路中，电缆终端头一般需在铁塔塔身处设计平台安装电缆终端头，格构式电缆终端钢管塔可以直接将电缆终端头在满足电气间隙前提下直接在横担侧焊接连接板进行连接。
4 横担与主柱的连接点处理
主杆及横担主材间采用法兰进行连接，满足强度要求，横担与主柱连接需进行特殊设计，可将连接点设计成箱型，从而实现外端钢管实现法兰连接，缺点是箱型连接方式焊接点较多。
5 电缆终端钢管塔的占地面积
GGT1电缆终端钢管塔呼高30m，全高42m，立柱中心间距3.5m；GGT2电缆终端钢管塔呼高35m，全高47m，立柱中心间距3.0m。经过计算，GGT1立柱根径900mm，GGT2立柱根径800mm。
GGT1基础平面占用为6.5X6.5m，GGT2基础平面占用6.0mX6.0m。GGT1主杆外轮廓为3.5+0.9=4.4m，GGT2外轮廓为3.0+0.8=3.8m。
6 电缆终端钢管塔的基础
由于电缆终端钢管塔塔腿根开较小，而且本工程出线终端靠近门架，地下管线和电缆较为复杂，因此无法采取常规的大开挖基础型式，我们本次采用窄基多柱承台桩基础型式，可以有效的依靠桩基自身的抗力承受上部杆塔荷载，减小对周围场地土的扰动和影响，取得了良好的成效。
八. 电缆终端钢管塔的建设过程和成效
1、采用多柱窄基基础对线缆进行保护
2、投运后的钢管电缆下线终端塔全景
九. 电缆终端钢管塔的使用意义和影响
本工程采取电缆终端钢管塔和窄基多柱承台桩基联合使用的方式，最大限度的利用了现有场地的有限空间，解决了电厂厂区内场地狭小、地形受限和常规杆塔难以满足现场需求的矛盾，确保了厂区发电外送上网的需求。
电缆终端钢管塔采用四柱钢管格构式组合结构，空间结构刚度好，能够有效承受较大的杆塔荷载、满足线路正常架设的需求，同时杆塔美观大方、便捷实用，线路造价适中。
采用多柱承台桩基础，有效地依靠自身结构承受上部荷载，避免了基础对场地内其他附属物及管线的影响，确保了线路和场地的安全运行和维护。
综上所述，本工程电缆终端钢管塔的使用解决了电厂发展、电力外送和场地受限的矛盾，而且线路造价适中，是一次有益而成功的设计成果转化和工程实地应用。
关键词：输电线路；紧凑型高压输电；基础及塔设计施工
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一. 工程实施的背景和迫切需求
1、受神华神东电力公司委托，陕西省电力设计院承担了神华神东电力公司店塔电厂的110kV出线改造工程，即：对原店塔电厂2×135MV机组送出的2条同塔双回110kV线路包括同塔双回的110kV矸北Ⅰ回、矸北Ⅱ回线路和同塔双回110kV矸新线、矸府线进行改造。
工程全线均采用陕西省110kV典型设计中常规自立式铁塔进行架设。按照原有图纸设计，电厂出线端的终端塔呼称高24米，每基占地在大约在长、宽大约14米左右。
2、线路建设期间，神华神东电力公司店塔电厂根据自身后期建设需要，将拟建的电厂铁路专用线向电厂变电站出线门型架方向平移了约24m，移动后现场的拟建铁路边缘距离门型架仅6-8米，这就导致“店塔电厂110kV出线改造工程”施工图设计中的出线终端塔位置被铁路线部分占用，立塔空间受到严重阻碍.
同时由于本次改动线路出线段，还新增了部分交叉跨越内容（即：需要连续跨越的4条拟建铁路，1条已建铁路及1条新规划公路（拟建铁路路轨高程高出厂区地面约10m）），因此现场终端塔呼称高只有保持在30m（矸北Ⅰ回、II回）及35m（矸新线、矸府线）以上，线路侧导、地线按正常张力方式放线架设，才能满足线路的安全可靠运行。
此时如果按照常规的角钢终端塔设计，每基需要占地长、宽都在17米以上，现有场地条件无法满足立塔要求。
3、截至此时，工程大部分塔位均以杆塔组立完成，线路架线在即，故无法实施改线方案，只能就地采用电缆终端钢管塔的架线方式，才能满足工程正常投运的要求。
经陕西省电力设计院与业主单位（店塔电厂）、铁路专用线设计单位（山西铁路勘察设计院）协商研究后，最终确定利用现有场地条件，将门架侧的原普通角钢终端塔施工方案改换为电缆终端钢管塔，同时为保证线路出线侧的正常交跨，线路侧全段采用正常张力进行架线。
4、由于本工程杆塔高度与门架相比较高，而终端塔和门架之间距离又过近，如果直接采取架空进线方式，杆塔与门架之间的导、地线在空中发生交叉且电气间隙难以满足，因此考虑在本次电缆终端钢管塔上采取架空线转接为电缆的落地接入方式。
二.电缆终端钢管塔的应用现状和独特优点
1、电缆终端钢管塔的现状
目前电缆终端钢管塔在国内主要应用于经济发达且送电走廊受到严重约束的地区，主要是为了解决线路走廊狭窄、铁塔或钢管杆难以满足需求的塔位，因此可以供本工程借鉴或参照的范例少之又少。再加上本次窄基鋼管终端塔兼做双回路电缆下线塔，更是开创了110kV送电工程杆塔应用的先河。
2、电缆终端钢管塔的优点
本工程所使用的电缆终端钢管塔，属于自立式铁塔的一种，它可以依靠自身的结构，承受杆塔架线荷载、满足线路正常架设的需求；但相对于普通的角钢自立式铁塔而言，它明显的减小了杆塔占地面积，可以最大限度的使用于场地受限区域的线路架设，同时它的主体采取四柱格构组合型式，结构刚度好，能够较好的抵抗前后不平衡张力所带来的杆塔变形，美观大方、便捷实用。实现杆塔组立、线路架设的预期目标。造价在普通架空线路与纯电缆线路之间，价格适中。
工程中电缆终端钢管塔的使用，恰恰是对这一优点的有力证明，它充分发挥了电缆终端钢管塔的优势，既保证了电厂发电的外送需求，又有效地降低了工程造价、节约了工程投资。
三.电缆终端钢管塔的设计条件
电压等级：110kV
回路数：双回路
气象条件：风速27m/s（10m基准高），10mm覆冰。
GGT1：同矸北Ⅰ、Ⅱ回，导线2×LGJ-400/35，地线GJ-80。
GGT2：同矸新、矸府，一侧LGJ-240/40，一侧LGJ-300/40，
地线GJ-80。
水平档距：350m；垂直档距：500m
转角度数：GGT1（0-10） GGT2（0-55度）
主柱中心间距：GGT1为3.5m，GGT2为3.0m。
电缆型号：原矸新、矸府电缆采用500mm2。矸北Ⅰ、Ⅱ回电缆采用2×800mm2。
四.电缆终端钢管塔的设计荷载
五.电缆终端钢管塔的设计工况
1 大风工况
2 覆冰工况
3 断右地线，断右上导线(小转角)
4 断左地线，断左上导线(小转角)
5 断右上及中层右导线(小转角)
6 断左上及中层左导线(小转角)
7 断右中及下层右导线(小转角)
8 断左中及下层左导线(小转角)
9 挂右地线(小转角)
10 挂左地线，右地线已挂(小转角)
11 挂右上导线，地线已挂(小转角)
12 挂右中导线，右上、地线已挂(小转角)
13 挂右下导线，右中、右上、地线已挂(小转角)
14 挂左上导线，右上、右中、右下、地线已挂(小转角)
15 挂左中导线，左上、右上、右中、右下、地线已挂(小转角)
16 挂左下导线，左上、左中、右上、右中、右下、地线已挂(小转角)
17 紧右地线(小转角)
18 紧左地线，右地线已紧(小转角)
19 紧右上导线，地线已紧(小转角)
20 紧右中导线，右上、地线已紧(小转角)
21 紧右下导线，右中、右上、地线已紧(小转角)
22 紧左上导线，右上、右中、右下、地线已紧(小转角)
23 紧左中导线，左上、右上、右中、右下、地线已紧(小转角)
24 紧左下导线，左上、左中、右上、右中、右下、地线已紧(小转角)
六.电缆终端钢管塔的结构设计
1 数据输入
2 强度和位移计算
3 杆塔连接计算
七. 电缆终端钢管塔的细部设计
1电缆终端钢管塔的空间布置
由于本工程杆塔高度与门架相比较高，而终端塔和门架之间距离又过近，如果直接采取架空进线方式，杆塔与门架之间的导、地线在空中发生交叉且电气间隙难以满足，因此考虑在本次钢管终端塔上采取架空线转接为电缆的落地接入方式。
电气在塔头布置时，需从预留电缆终端头位置、避雷器安装位置、终端头与塔身杆件的电气间隙、终端头之间的安装距离、终端头与绝缘子之间电气要求，导地线防雷保护、上下导地线偏移，以及电缆下线及维修人员攀爬等方面综合考虑。
2 杆塔杆件的连接方式
四柱采用钢管主杆，主杆之间用钢管连接形成格构式，导线、地线横担采用格构式，导线横担前侧与后侧端头用钢管连接，采取法兰连接方式。
3 电缆终端头和避雷器的连接、设置
在110kV输电线路中，电缆终端头一般需在铁塔塔身处设计平台安装电缆终端头，格构式电缆终端钢管塔可以直接将电缆终端头在满足电气间隙前提下直接在横担侧焊接连接板进行连接。
4 横担与主柱的连接点处理
主杆及横担主材间采用法兰进行连接，满足强度要求，横担与主柱连接需进行特殊设计，可将连接点设计成箱型，从而实现外端钢管实现法兰连接，缺点是箱型连接方式焊接点较多。
5 电缆终端钢管塔的占地面积
GGT1电缆终端钢管塔呼高30m，全高42m，立柱中心间距3.5m；GGT2电缆终端钢管塔呼高35m，全高47m，立柱中心间距3.0m。经过计算，GGT1立柱根径900mm，GGT2立柱根径800mm。
GGT1基础平面占用为6.5X6.5m，GGT2基础平面占用6.0mX6.0m。GGT1主杆外轮廓为3.5+0.9=4.4m，GGT2外轮廓为3.0+0.8=3.8m。
6 电缆终端钢管塔的基础
由于电缆终端钢管塔塔腿根开较小，而且本工程出线终端靠近门架，地下管线和电缆较为复杂，因此无法采取常规的大开挖基础型式，我们本次采用窄基多柱承台桩基础型式，可以有效的依靠桩基自身的抗力承受上部杆塔荷载，减小对周围场地土的扰动和影响，取得了良好的成效。
八. 电缆终端钢管塔的建设过程和成效
1、采用多柱窄基基础对线缆进行保护
2、投运后的钢管电缆下线终端塔全景
九. 电缆终端钢管塔的使用意义和影响
本工程采取电缆终端钢管塔和窄基多柱承台桩基联合使用的方式，最大限度的利用了现有场地的有限空间，解决了电厂厂区内场地狭小、地形受限和常规杆塔难以满足现场需求的矛盾，确保了厂区发电外送上网的需求。
电缆终端钢管塔采用四柱钢管格构式组合结构，空间结构刚度好，能够有效承受较大的杆塔荷载、满足线路正常架设的需求，同时杆塔美观大方、便捷实用，线路造价适中。
采用多柱承台桩基础，有效地依靠自身结构承受上部荷载，避免了基础对场地内其他附属物及管线的影响，确保了线路和场地的安全运行和维护。
综上所述，本工程电缆终端钢管塔的使用解决了电厂发展、电力外送和场地受限的矛盾，而且线路造价适中，是一次有益而成功的设计成果转化和工程实地应用。