輸電線路生態(tài)景觀塔設(shè)計(jì)思考范文

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摘要：采用Q420高強(qiáng)度鋼為主材，針對(duì)安吉地區(qū)設(shè)計(jì)一種帶有“安吉”和“兩山”元素的生態(tài)景觀塔。通過(guò)SmartClearance電氣間隙元軟件進(jìn)行電氣距離校核，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)有限元景觀塔桿身與橫擔(dān)進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性模擬分析，結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的景觀塔電氣距離和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均滿足要求。

關(guān)鍵詞：Q420；景觀塔；電氣距離；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

安吉是總書(shū)記“兩山理念”的發(fā)源地，對(duì)人與自然環(huán)境的和諧發(fā)展有著至高要求。傳統(tǒng)的輸電線路桿塔具有占地面積大、耗鋼量高、與環(huán)境協(xié)調(diào)性差等缺點(diǎn)。生態(tài)景觀塔恰恰可以彌補(bǔ)這類(lèi)傳統(tǒng)桿塔無(wú)法避免的遺憾[1-5]。研究景觀塔對(duì)安吉生態(tài)環(huán)境的發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。

1景觀塔設(shè)計(jì)模型

根據(jù)地區(qū)特色，將“安吉”和“兩山”元素融入到景觀塔中，設(shè)計(jì)的雙回路桿塔上導(dǎo)線橫擔(dān)及以下部位是倒寫(xiě)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(guò)SmartClearance電氣間隙元軟件，繪圖參數(shù)如圖2所示。桿身考慮帶電作業(yè)，橫擔(dān)不考慮帶電作業(yè)，繪制間隙圓。以呼高15.00m為例，調(diào)整塔頭尺寸以滿足電氣距離要求，如圖3所示。其尺寸設(shè)計(jì)分別為：下橫擔(dān)單側(cè)長(zhǎng)度2250mm，上、中橫擔(dān)單側(cè)長(zhǎng)度4500mm，相鄰兩橫擔(dān)間距4000mm，地線支架高3000mm。

3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

景觀塔在滿足電氣距離的前提下，還應(yīng)當(dāng)滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。采用ANSYS結(jié)構(gòu)有限元軟件，研究其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性符合要求[6]。

3.1景觀塔有限元模型

根據(jù)調(diào)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(tǒng)一為梁?jiǎn)卧狟eam188。設(shè)置Q420材料參數(shù)：密度為7.85×103kg/m3，彈性模量2.06×10-1N/m2，泊松比0.3，屈服強(qiáng)度420MPa。荷載約束參數(shù)：風(fēng)荷載取27m/s，導(dǎo)地線荷載取值50kN，桿件連接點(diǎn)均采用剛性節(jié)點(diǎn)，桿身底端設(shè)置為固定約束形式。

3.2桿身截面對(duì)景觀塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(shí)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(guò)有限元模擬得到桿身位移云圖如圖5所示。根據(jù)《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》有關(guān)規(guī)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(shè)計(jì)要求。結(jié)果表明：桿身壁厚8.0mm情況下，所設(shè)計(jì)景觀塔桿身鋼管外徑應(yīng)不小于800mm。

3.3正方形箱型橫擔(dān)截面對(duì)景觀塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

下橫擔(dān)結(jié)構(gòu)與桿身頂上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)均采用同一箱型截面，顯然，滿足上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的情況下，下橫擔(dān)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性必定滿足。箱型橫擔(dān)壁厚取8.0mm，考慮材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情況下實(shí)際壁厚6.0mm。模型理想化箱型橫擔(dān)取為正方形，外邊長(zhǎng)取值范圍300～500mm，每50mm為一組工況，如表2所示。通過(guò)有限元模擬得到上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)位移云圖如圖7所示。圖8為箱型橫擔(dān)外邊長(zhǎng)各工況與最大撓度關(guān)系圖。橫桿高度等效為桿身高度，壁厚8.0mm箱型橫擔(dān)外邊長(zhǎng)500mm，上部橫擔(dān)結(jié)構(gòu)最大撓度26.6469mm。滿足要求。結(jié)果表明：箱型橫擔(dān)壁厚8.0mm情況下，所設(shè)計(jì)景觀塔箱型橫擔(dān)外邊長(zhǎng)不應(yīng)小于500mm。

4結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)SmartClearance電氣間隙元軟件和ANSYS結(jié)構(gòu)有限元軟件，對(duì)新型設(shè)計(jì)的雙回路景觀塔進(jìn)行電氣距離和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究，得出以下結(jié)論。單側(cè)下橫擔(dān)長(zhǎng)度不應(yīng)小于2250mm，單側(cè)上、中橫擔(dān)長(zhǎng)度不應(yīng)小于4500mm，相鄰兩橫擔(dān)間距不應(yīng)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(yīng)小于800mm，橫擔(dān)部分；壁厚為8.0mm的正方形箱型橫擔(dān)外邊長(zhǎng)不應(yīng)小于500mm。設(shè)計(jì)研究的景觀塔對(duì)安吉地區(qū)建設(shè)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(lè) 李和豐 單位：湖州電力設(shè)計(jì)院有限公司