輸電線路生態景觀塔設計思考范文

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摘要：采用Q420高強度鋼為主材，針對安吉地區設計一種帶有“安吉”和“兩山”元素的生態景觀塔。通過SmartClearance電氣間隙元軟件進行電氣距離校核，運用ANSYS軟件對有限元景觀塔桿身與橫擔進行結構穩定性模擬分析，結果表明：設計的景觀塔電氣距離和結構穩定性均滿足要求。

關鍵詞：Q420；景觀塔；電氣距離；結構穩定性

安吉是總書記“兩山理念”的發源地，對人與自然環境的和諧發展有著至高要求。傳統的輸電線路桿塔具有占地面積大、耗鋼量高、與環境協調性差等缺點。生態景觀塔恰恰可以彌補這類傳統桿塔無法避免的遺憾[1-5]。研究景觀塔對安吉生態環境的發展有著深遠意義。

1景觀塔設計模型

根據地區特色，將“安吉”和“兩山”元素融入到景觀塔中，設計的雙回路桿塔上導線橫擔及以下部位是倒寫的安吉“吉”字，地線支架是兩座山峰，如圖1所示。

2電氣距離分析

通過SmartClearance電氣間隙元軟件，繪圖參數如圖2所示。桿身考慮帶電作業，橫擔不考慮帶電作業，繪制間隙圓。以呼高15.00m為例，調整塔頭尺寸以滿足電氣距離要求，如圖3所示。其尺寸設計分別為：下橫擔單側長度2250mm，上、中橫擔單側長度4500mm，相鄰兩橫擔間距4000mm，地線支架高3000mm。

3結構穩定性分析

景觀塔在滿足電氣距離的前提下，還應當滿足結構的穩定性。采用ANSYS結構有限元軟件，研究其結構穩定性符合要求[6]。

3.1景觀塔有限元模型

根據調整后的景觀塔尺寸建立整體有限元模型，如圖4所示。桿塔桿件統一為梁單元Beam188。設置Q420材料參數：密度為7.85×103kg/m3，彈性模量2.06×10-1N/m2，泊松比0.3，屈服強度420MPa。荷載約束參數：風荷載取27m/s，導地線荷載取值50kN，桿件連接點均采用剛性節點，桿身底端設置為固定約束形式。

3.2桿身截面對景觀塔結構穩定性分析

壁厚取值8.0mm，考慮材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情況下實際壁厚6.0mm。桿身外徑取值范圍300～800mm，每100mm為一組工況，如表1所示。通過有限元模擬得到桿身位移云圖如圖5所示。根據《電力工程高壓送電線路設計手冊》有關規定[7]，直線桿撓度不大于桿身高度的0.5%，外徑800mm模擬工況下，桿身最大撓度為58.8711mm。滿足設計要求。結果表明：桿身壁厚8.0mm情況下，所設計景觀塔桿身鋼管外徑應不小于800mm。

3.3正方形箱型橫擔截面對景觀塔結構穩定性分析

下橫擔結構與桿身頂上部橫擔結構均采用同一箱型截面，顯然，滿足上部橫擔結構穩定性的情況下，下橫擔結構穩定性必定滿足。箱型橫擔壁厚取8.0mm，考慮材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情況下實際壁厚6.0mm。模型理想化箱型橫擔取為正方形，外邊長取值范圍300～500mm，每50mm為一組工況，如表2所示。通過有限元模擬得到上部橫擔結構位移云圖如圖7所示。圖8為箱型橫擔外邊長各工況與最大撓度關系圖。橫桿高度等效為桿身高度，壁厚8.0mm箱型橫擔外邊長500mm，上部橫擔結構最大撓度26.6469mm。滿足要求。結果表明：箱型橫擔壁厚8.0mm情況下，所設計景觀塔箱型橫擔外邊長不應小于500mm。

4結束語

根據SmartClearance電氣間隙元軟件和ANSYS結構有限元軟件，對新型設計的雙回路景觀塔進行電氣距離和結構穩定性研究，得出以下結論。單側下橫擔長度不應小于2250mm，單側上、中橫擔長度不應小于4500mm，相鄰兩橫擔間距不應小于4000mm，地線支架高宜為3000mm。考慮存在材料自身制造誤差2.5%，景觀塔桿身部分；壁厚為8.0mm的桿身外徑不應小于800mm，橫擔部分；壁厚為8.0mm的正方形箱型橫擔外邊長不應小于500mm。設計研究的景觀塔對安吉地區建設架空輸電線路工程具有參考借鑒意義。

作者：翁潔 張輝 劉正茂 李丹樂 李和豐 單位：湖州電力設計院有限公司