输电铁塔塔上中继站设计

韩文庆，王子龙，张晨阳，刘 昊

（1.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；2.重庆大学 土木工程学院，重庆 400045；3.山东大学 土建与水利学院，山东 济南 250002）

0 引言

常规的超高压输电线路站间光通信传输通道距离一般在200 km以内，可以通过功放、预放、拉曼放大器等实现站间通信，无需设置中继站，而对于长距离特高压输电线路来说，线路传送距离一般在1 000 km以上，必须设置中继站以满足光通信电路的传输要求［1］。中继站站点往往设置在输电线路附近的变电站，但是需要与附近的输电线路光缆搭接构建与变电站连接通道，受地理因素制约大，光通信电路可靠性得不到保证。而直接在输电线路铁塔上设置中继站具有投资省，地理因素制约小，光通信电路可靠性高的优点，具有广阔的应用前景。

目前，国内外尚无在输电铁塔上设置中继站的先例，对在输电铁塔设置中继站的可行性和输电铁塔塔上中继站设计进行了论述，供工程参考。

1 在输电铁塔上设置中继站的可行性

1.1 塔上中继站简介

塔上中继站就是将中继站设备安装到输电铁塔上运行，同时保证输电铁塔正常工作。塔上中继站设备主要包括一体化机柜、蓄电池柜和太阳能板。塔上中继站主要设备尺寸及重量见表1。

表1 中继站主要设备尺寸及重量表

1.2 中继站荷载对于铁塔的影响

塔上中继站荷载主要为中继站设备的水平风荷载和设备自重荷载。在输电铁塔上安装中继站势必增加铁塔荷载，对铁塔结构带来不利影响。塔上中继站通常设置在500 kV及以上电压等级的长距离输电线路的铁塔上，因此，本节分析了塔上中继站荷载对于500 kV和±660 kV输电线路不同塔型的影响。

1.2.1 中继站荷载计算

以山东地区输电线路典型气象条件（离地10 m高度处设计风速为27 m/s，覆冰厚度10 mm）为例，塔上中继站一体化机柜和蓄电池柜安装在离地10 m左右高度处，太阳能板安装在离地15 m左右高度处，地面粗糙度类型为B类，根据文献［2］按上述条件计算中继站主要设备的水平风荷载和垂直荷载，见表2。

表2 中继站主要设备荷载表

1.2.2 输电铁塔荷载统计

本节统计了500 kV和±600 kV输电线路在山东地区输电线路典型气象条件下，直线塔和转角塔塔腿所承受的最小水平荷载和垂直荷载，见表3。

表3 500 kV和±600 kV铁塔荷载统计表

1.2.3 塔上中继站荷载对于输电铁塔的影响

中继站的水平荷载和垂直荷载占铁塔塔腿所承受的荷载的百分比见表4。

表4 中继站荷载占铁塔荷载的百分比

由表4可知，塔上中继站的水平荷载和垂直荷载所占比例不到铁塔塔腿所承受荷载的5%，由此可见对于500 kV和±660 kV铁塔，导地线及铁塔自身荷载仍是铁塔的主要荷载，对于铁塔设计计算起控制作用，中继站荷载对于铁塔设计计算不起控制作用，但中继站荷载对于与其相连的铁塔构件的设计计算起控制作用。

1.3 输电铁塔隔面尺寸的适用性

塔上中继站设备中的一体化机柜和蓄电池柜需安装在铁塔的第一个水平隔面上，因此要求铁塔的第一隔面必须有足够的空间来保证中继站设备安装、运行和操作。

1.3.1 中继站设备所需的空间

一体化机柜和蓄电池柜尺寸见表1，一体化机柜和蓄电池柜之间所需间距至少为0.2 m，其四周所需要的操作空间至少为0.8 m，因此其所需空间至少为3.12 m×2.25 m。

1.3.2 铁塔第一个水平隔面尺寸

表5 500 kV和±600 kV直线塔和转角塔第一个水平隔面的最小尺寸

本节统计了500 kV和±600 kV输电线路直线塔和转角塔第一个水平隔面的最小尺寸，见表5。

由表5可知，500 kV和±600 kV输电线路铁塔的第一个水平隔面的最小尺寸均满足中继站设备安装、运行和操作所需要的空间。

1.4 可行性评价

通过上述分析可以看出，中继站对于500 kV和±600 kV输电线路的铁塔，在荷载和安装尺寸方面均无较大影响，仅需对相应塔型加以设计改造即可满足中继站的安装运行要求，由此可见，对于500 kV和±600 kV输电线路，均可在铁塔上设置中继站。

2 中继站在铁塔上的设置方式

塔上中继站的设置主要为一体化机柜、蓄电池柜和太阳能板的设置，对于塔上中继站的设置既要满足运行操作要求，又要方便施工、安全防盗。在铁塔上设置中继站需要对相应的塔型进行设计改造，本节以在±600 kV宁东直流工程中的ZP2712直线塔上设置中继站为例，介绍了塔上中继站的设置和铁塔设计改造。

塔上中继站设置方式为：在铁塔第一个水平隔面处设置中继站平台，在其上安装一体化机柜、蓄电池柜，太阳能板安装在平台以上5 m处，见图1。

图1 中继站设置图

2.1 塔上中继站平台设计

塔上中继站需要在铁塔的第一个水平隔面处设置平台，一体化机柜和蓄电池柜安装在平台上，见图1。对于中继站平台的设计，本节从平台龙骨截面形式选择、平台护栏设置方式、平台入口数量和爬梯形式四个方面的进行了对比分析，见表6。

表6 中继站平台方案比较

根据表6对比分析结果，塔上中继站平台采用轻型槽钢作为龙骨，上铺4 mm厚花纹钢板。为保证操作人员及设备的安全，平台四周设1.8 m高护栏网，顶部铺4 mm厚花纹钢板。塔上中继站平台设两个入口，分别为设备吊装入口和操作人员入口，设备吊装入口朝向塔中心，便于设备直接从塔下起吊，操作人员入口朝向塔外，外设0.8 m宽走廊，走廊口设置带钢护栏的爬梯，见图2、图3。

图2 中继站平台平面图

图3 塔上中继站三维图

2.2 太阳能板支架设计

太阳能板安装在中继站平台上方约5 m高度处，见图4，太阳能板安装在中继站设备上方可以起到为设备遮阳的作用，对降低设备运行时的温度起到一定的作用，另外太阳能板安装到平台上方有利于太阳能板的安全运行，防止无关人员破坏太阳能板。

太阳能板安装到铁塔上，需设置太阳能板支架，并对塔身与太阳能板支架相连接处加以改造，在塔身与支架相连处各增加一个隔面，使支架与塔身形成空间桁架结构，以利于支架力均匀传递到塔身［3］，见图4。

图4 太阳能板支架图

由于线路走向不可能都是正南北向或正东西向，而太阳能板需要朝向正南，因此太阳能板支架的设计需要具有一定的方向调节功能，在太阳能板支架与塔身连接处设置长度可调杆件，其长度根据方向确定，见图4。

3 结论

对于500 kV和±600 kV输电线路，均可在铁塔上设置中继站，仅需对铁塔进行相应的设计改造即可满足要求。

中继站平台宜安装在第一隔面，太阳能板宜安装在其上方，中继站平台应为安全防盗的封闭空间，并应设置操作人员入口和设备入口，太阳能板应具有根据线路走向来调节朝向的功能。