城区220kV双回路钢管杆安全系数取值分析

胡 鑫 闫克星 李晓东 梅志强 王玉杰 陈军帅

（1.国网河南省电力公司经济技术研究院，河南 郑州 450052；2.河南电力博大实业有限公司，河南 郑州 450051；3.河南鼎力杆塔股份有限公司，河南 驻马店 463900）

导线的安全系数是输电线路设计的重要参数，它关系到线路的投资大小并影响到线路的运行安全。如果设计时采用合理的安全系数，会在保证线路安全运行的前提下使投资相对较小［1］。

根据线路应力、弧垂的简化计算公式，可知如果增大导线的安全系数，则导线弧垂变大，为满足对地距离及交叉跨越的要求，必然要通过采用呼程高度较高的钢管杆，或增加杆塔数量以缩小档距来实现［2］。增大安全系数，在同呼高情况下，单基杆塔重量减小，但水平档距也相应减小，杆塔总基数有可能增加，一定线路长度下杆塔总重量不一定减少，所以，安全系数大，工程投资不一定就会降低［3-4］。反之，如果缩小导线的安全系数，则导线弧垂也会减小，虽然杆塔呼程高度或杆塔基数会有所减少，但会引起单基钢管杆耗材增加，转角杆尤其明显，所以，安全系数小，工程投资也不一定会降低。对于某个工程来说，如果线路路径和交叉跨越已经确定，必然会有个“临界点”，使得钢管杆线路路径造价经济合理，运行安全可靠［5］。本研究通过假定一定的线路路径，建立计算模型，然后对各个模型进行工程估算、分析，从而选择相对经济的线路安全系数和钢管杆高度。

1 钢管杆计算取值原则假定

1.1 导、地线的设计安全系数是使导、地线在运行中存在一定的安全储备，即导、地线的瞬时拉断力与导、地线在弧垂最低点最大使用拉力之比值。根据GB 50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》第5.0.7条规定，导、地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5。结合工程经验，本次导线安全系数分别取值5、6、7、8；地线安全系数分别取值7、8、9、10，进行计算。

1.2 钢管杆主杆材质采用Q420，横担材质选用Q345。

1.3 地线安全系数比导线安全系数大2。

1.4 直线杆挠度控制在5‰以内，耐张杆挠度控制在12‰以内。

1.5 钢管杆实际使用强度不超过设计强度的90%。

1.6 耐张杆转角度数划分：Ⅰ型转角度数0°～10°；Ⅱ型转角度数10°～30°；Ⅲ型转角度数30°～50°；Ⅳ型转角度数50°～70°；终端杆70°～90°（兼0～90终端）。

1.7 根据调研结果，按照正态分布统计原则，得出常用的钢管杆档距分布，从而确定本次设计Ⅰ型直线杆水平档距均取200m、垂直档距均取250m；Ⅱ型直线杆塔水平档距取250m、垂直档距取300m，跨越杆水平档距取250m，垂直档距取300m，耐张杆塔水平档距取220m、垂直档距取280m。

1.8 杆塔总重增大调整系数取值1.25。

2 计算模型建立

2.1 设计条件

2.1.1 气象条件

按照国家标准《110～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）的规定，根据沿线的气象资料数理统计结果，结合河南省典型气象区，确定本工程设计气象条件汇总于表1。

表1 工程气象条件参数组合表

2.1.2 地质条件

地质条件，选用一般地质，基本由黏土层组成，各土层参数见表2。

表2 土层参数

2.1.3 导地线选择

目前我国导线标准采用GB/T 1179-2008，参照国网公司标准物料导、地线参数及相关技术要求，本次设计导线选用JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45型钢芯铝绞线。

2.1.4 线路假定

因钢管杆线路路径所经地区一般为城市规划区、走廊受限制区或公路绿化带等受限制的地段，线路长度相对较短。本模型考虑独立的一个耐张段为基本单位来分析，此耐张段长度假定为2km，耐张段所用耐张杆分别采用各型耐张杆进行组合，这样可以看出耐张杆选用不同对造价的影响，如图1所示。

图1 模型示意图

2.1.5 杆型配置

（1）导线选用LGJ-630/45型时杆塔布置情况

杆塔基数不变、导线对地安全距离不小于18m时，不同导线安全系数取值条件下杆塔呼高变化情况（详见表3）。

杆塔呼高不变、导线对地安全距离不小于18m时，不同导线安全系数取值条件下耐张段内杆塔基数变化情况（详见表4）。

表3 杆塔基数不变时不同导线安全系数取值条件下杆塔呼高变化（LGJ-630/45导线）

表4 杆塔呼高不变时不同导线安全系数取值条件下的杆塔基数变化（LGJ-630/45导线）

（2）导线选用LGJ-400/35型时杆塔布置情况

杆塔基数不变、导线对地安全距离不小于18m时，不同导线安全系数取值条件下杆塔呼高变化情况（详见表5）。

表5 杆塔基数不变时不同导线安全系数取值条件下杆塔呼高变化（LGJ-400/35导线）

杆塔呼高不变、导线对地安全距离不小于18m时，不同导线安全系数取值条件下耐张段内杆塔基数变化情况（详见表6）。

表6 杆塔呼高不变时不同导线安全系数取值条件下的杆塔基数变化（LGJ-400/35导线）

2.1.6 关于造价估算

（1）造价估算包括工地运输和土石方工程、基础工程、杆塔工程和附件工程等本体部分。

（2）基础工程包工包料费按0.2万元/m3标准计算。

（3）钢管杆单价按0.95万元/t标准计算，施工费单价按0.2万元/t标准计算。

（4）附件工程按直线塔0.75万元/基、耐张塔1.2万元/基标准计算。

2.2 计算结果数据分析

2.2.1 2×LGJ-630/45导线安全系数分析

总体造价与安全系数的关系如图2、图3所示。

图2 不同导地线安全系数下，杆塔呼程高度变化，保持杆塔基数不变，假定线路在不同安全系数与总体造价的关系图

图3 不同导地线安全系数下，杆塔呼程高度不变，增减杆塔基数，假定线路在不同安全系数与总体造价的关系图

从总体造价与安全系数关系图可以看出，小转角杆型在相同安全系数下，造价低于大转角组合杆型，所以在钢管杆线路路径设计中转角杆的选用对整体造价有一定影响。在钢管杆基数不变，呼高变化这种方案下，使用Ⅲ型及Ⅳ型耐张钢管杆，在导线安全系数K=7时，线路总体造价最少，但与K=5时的总体造价相差很小，其余组合情况均是在导线安全系数K=5时，线路总体造价最少；在钢管杆基数变化，呼高不变此种方案下，均是在导线安全系数K=5时，线路总体造价最少。

2.2.2 2×LGJ-400/35导线安全系数分析

总体造价与安全系数的关系如图4、图5所示。

从总体造价与安全系数关系图可以看出，无论在钢管杆基数不变，呼高变化这种方案下，还是在钢管杆基数变化，呼高不变此种方案下，均是在导线安全系数K=5时，线路总体造价最少。

图4 不同导地线安全系数下，杆塔呼程高度变化，保持杆塔基数不变，假定线路在不同安全系数与总体造价的关系图

图5 不同导地线安全系数下，杆塔呼程高度不变，增减杆塔基数，假定线路在不同安全系数与总体造价的关系图

3 结论

由以上图表可以得出，导线选用LGJ-630/45和LGJ-400/35型，并且在钢管杆基数不变，呼高变化，以及钢管杆基数变化，呼高不变两种方案下，均是在导线安全系数K=5时，线路总体造价最少，且与国网通用设计四柱钢管塔安全系数一样，可根据实际线路走廊情况配合使用。但导线为LGJ-630/45时，采用大转角钢管杆时需与四柱钢管塔做经济对比。

［1］DL/T5130-2001架空送电线路钢管杆设计技术规定［S］.北京：中国电力出版社，2002.

［2］邵天晓.架空送电线路的电线力学计算［M］.北京：水利电力出版社，1987.

［3］GB50545-2010.110kV～750kV架空输电线路设计规范［S］.

［4］GB50233-2005.110kV～750kV架空送电线路施工及验收规范［S］.

［5］李博之.高压架空线路施工技术手册［M］.北京：中国电力出版社，1998.