CN110778204A - 1000kV耐张塔防风偏跳线横担 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路特高压耐张塔跳线横担，特别是一种1000kV耐张塔防风偏跳线横担，其特别适用于特高压输电线路上强风区域中的输电线路杆塔，将原有的挂线角钢设置成双角钢AC和DF，中点处各设置两道竖向交叉腹杆BL、BJ和EO、EM，组成内外两榀加强的桁架DFOM和ACLJ，并在上弦杆和下弦杆中点处各设置一水平支撑杆和，上下支撑杆设置两道竖向交叉腹杆NH和QE，组成QNEH交叉桁架，内外桁架、连接杆件和交叉桁架构成一个空间桁架，用于抵抗风偏荷载。本发明通过受空间桁架支撑的内外两榀桁架的平面内性能来分担附加扭矩，有效地避免了挂线角钢由于风偏扭矩导致的承载力破坏和失稳，从而为在特高压1000kV耐张塔中运用防风偏装置提供了技术实现基础。

Description

1000kV耐张塔防风偏跳线横担

技术领域

本发明涉及一种特高压输电线路耐张塔跳线横担，特别是一种1000kV耐张塔防风偏跳线横担，其特别适用于特高压输电线路上强风区域中的输电线路杆塔。

背景技术

在输电线路中，许多输电杆塔设置在大风、强风区域，此时为了避免绝缘子跳线串受风力影响而产生偏移、并进一步产生闪络跳闸等问题，在220kV输电线路中广泛采用防风偏挂点装置来解决这个问题，以有效减小跳线或导线的风偏幅度，避免闪络跳闸；所述防风偏挂点装置直接挂接在耐张横担外侧的挂线角钢上，以采用增加重量的方式使得绝缘子跳线串在设定风级下足够稳定而不产生超过范围的风偏。所述输电杆塔的横担端部一般为三角形，即横担外侧(以靠近主杆一侧为内侧，悬挂绝缘子串一侧为外侧)的前后横角钢外侧端部上仅采用一根或者一对角钢进行连接，或者横担端部带有一榀桁架的方形构造，即前后的上下横角钢分别连接到该榀桁架的四个端点上，防风偏挂点与三角形横担的角钢连接，或者与桁架下弦杆连接。

然而，在1000kV特高压线路工程中，由于挂线角钢下方的绝缘子串重量和长度都相比220kV线路工程中的要增大很多，且为了避免风偏，防风偏挂点处的挂点装置与挂线角钢的连接近乎固接，当风力较大时，防风偏挂点装置和绝缘子串将对挂线角钢产生非常大的扭矩，极易造成角钢承载力破坏或失稳，从而导致安全生产事故。本领域中曾经考虑通过加大挂线角钢的截面尺寸来解决上述问题，然而由于带防风偏挂点的绝缘子串对挂线角钢的作用力过于集中，一味加大截面尺寸并不能有效解决此问题；导致在特高压1000kV耐张塔中未能运用防风偏挂点装置，只能通过避开强风区等方式解决问题。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种有效解决防风偏挂点受力问题、增强挂线角钢的抗扭作用、实现强风区内可设置防风偏绝缘子串的1000kV耐张塔防风偏跳线横担。

本发明所述技术目的是通过以下途径来实现的：

1000kV耐张塔防风偏跳线横担，包括有前上横角钢、后上横角钢、前下横角钢和后下横角钢，前上、下横角钢之间和后上、下横角钢之间均分布有数根支撑斜杆，四根横角钢的外侧端部设置安装有一榀外桁架ACLJ，其结构要点在于，还包括有一榀内桁架FDMO，其位于外桁架ACLJ靠近主杆一侧并与四根横角钢的外侧端部连接，内、外两榀桁架并列平行布置且均设置有竖向V型腹杆，外桁架ACLJ上的外V型腹杆BJ、BL的交叉点B点位于外下弦杆AC中点；内桁架FDMO上的内V型腹杆EM、EO的交叉点E点位于外下弦杆FD中点；

前、后下横角钢上设置有平行于两榀桁架的下连接杆件GI，前后上横角钢上设置有平行于两榀桁架的上连接杆件PR，上连接杆件PR与两榀桁架的内、外上弦杆OM、JL之间设置上水平支撑杆QNK，该上水平支撑杆QNK分别垂直于PR与OM、JL，并连接于PR、JL、OM的中点位置，其中K为JL的中点，N为OM的中点，Q为PR的中点；同样，下连接杆件GI与两榀桁架的内、外下弦杆FD、AC之间设置有下水平支撑杆HEB，该下水平支撑杆HEB分别垂直于GI与FD、AC，并连接于GI、FD、AC的中点位置，其中H点为GI的中点；

在上、下连接杆件GI和PR与内桁架FDMO之间设置交叉腹杆，分别为QE和HN，N为上水平支撑杆QK与内桁架的内上弦杆OM连接点；内桁架的内下弦杆FD与下连接杆件GI之间设置有水平V型腹杆EG和EI；上述各个连接点采用节点板或角钢直接搭接的方式进行连接。

由此，本发明将原有的挂线角钢(挂接绝缘子串角钢)设置成双角钢AC和DF，间距由绝缘子串上端的螺栓孔距确定，挂线双角钢中点处各设置两道竖向交叉腹杆BL、BJ和EO、EM，组成内外两榀加强的桁架DFOM和ACLJ，并在内外两桁架的上弦杆JL、OM和下弦杆AC、DF中点处各设置一道水平面外支撑杆QNK和HEB，上下面外支撑间设置两道竖向交叉腹杆NH和QE(K点为角钢HN的延伸点)，B、E采用同一节点板连接，在此可视为同一受力点，从而组成QNEH交叉桁架，由此，两榀桁架、各支撑杆、连接杆和交叉腹杆整体构成一个空间桁架，用于抵抗风偏荷载。这样，上下水平支撑杆QNK、HEB和交叉腹杆NH、QE能够对挂线角钢和内外桁架的上弦杆起支撑作用，减少计算长度，防止平面外失稳；而上连接杆件PR则是为上水平支撑杆QN提供边界条件，并充当平面外支撑。由此使得挂线角钢AC、DF因风力影响承受的扭矩便可在该空间桁架的受力支撑下转化为对该两榀桁架的拉压荷载，当风向顺横担方向时，外桁架ACLJ受拉力荷载，内桁架DFOM受压力荷载。本发明通过受空间桁架支撑的内外两榀桁架的平面内性能来分担附加扭矩，从而弥补了挂线角钢抗扭性能差的问题，增强了挂线角钢的抗扭作用，最终解决了挂线角钢防风偏挂点受力问题，有效地避免了挂线角钢由于风偏扭矩导致的承载力破坏和失稳，从而为在特高压1000kV耐张塔中运用防风偏装置提供了技术实现基础。

附图说明

图1为本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担的轴测结构示意图。

图2为本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担在受风荷载情况下的受力计算简图。

图3为本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担的仰视面的结构示意图。

图4为本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担的俯视面的结构示意图。

图5为本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担中两榀桁架的正视图。

图6为本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担的交叉腹杆部分的结构示意图。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

参照附图1-图6，1000kV耐张塔防风偏跳线横担，包括有前上横角钢JP、后上横角钢LR、前下横角钢AG和后下横角钢CI，前上、下横角钢之间和后上、下横角钢之间均分布有数根支撑斜杆，四根横角钢以ACLJ为外侧端部，反向另一端连接到塔身的方向为内侧。四根横角钢的外侧端部设置安装有一榀外桁架ACLJ，还包括有一榀内桁架FDMO，其位于外桁架ACLJ靠近主杆一侧并与四根横角钢的外侧端部连接，内、外两榀桁架并列平行布置且均设置有竖向V型腹杆，外桁架ACLJ上的外V型腹杆BJ、BL的交叉点B点位于外下弦杆AC中点；内桁架FDMO上的内V型腹杆EM、EO的交叉点E点位于外下弦杆FD中点；

前、后下横角钢上设置有平行于两榀桁架的下连接杆件GI，前后上横角钢上设置有平行于两榀桁架的上连接杆件PR，上连接杆件PR与两榀桁架的内、外上弦杆OM、JL之间设置上水平支撑杆QNK，该上水平支撑杆QNK分别垂直于PR与内外上弦杆OM、JL，并连接于PR、JL、OM的中点位置，其中K为JL的中点，N为OM的中点，Q为PR的中点；同样，下连接杆件GI与两榀桁架的内、外下弦杆FD、AC之间设置有下水平支撑杆HEB，该下水平支撑杆HEB分别垂直于GI与内、外下弦杆FD、AC，并连接于GI、FD、AC的中点位置，其中H点为GI的中点；

在上、下连接杆件GI和PR与内桁架FDMO之间设置交叉腹杆，分别为QE和HN，N为上水平支撑杆QK与内桁架的内上弦杆OM连接点；内桁架的内下弦杆FD与下连接杆件GI之间设置有水平V型腹杆EG和EI；上述各个连接点采用节点板或角钢直接搭接的方式进行连接。

本发明首先将挂线角钢设置成双角钢AC和DF，间距由绝缘子串上端的螺栓孔距确定，挂线双角钢中点处各设置两道竖向V型腹杆BL、BJ和EO、EM，组成内外两榀桁架DFOM和ACLJ，并在内侧桁架的上弦杆OM和下弦杆DF中点处各设置一道水平面外支撑，分别为上水平支撑杆QNK和下水平支撑杆HEB，上下面外支撑间设置两道竖向交叉腹杆NH和QE，整体构成一个空间桁架，用于抵抗风偏荷载。为便于连接，该支撑桁架的杆件均采用角钢。其中：内外桁架DFOM和ACLJ的作用：将挂线角钢AC、DF承受的扭矩转化为对该两榀桁架的拉压荷载；上、下水平支撑杆HE、NQ和交叉腹杆NH、QE的作用：对挂线角钢和内外桁架的上弦杆起支撑作用，减少计算长度，防止平面外失稳；杆件PR的作用：为NQ提供边界条件，并充当平面外支撑。

在上述整体结构模型基础上，参照附图2，本发明所述1000kV耐张塔防风偏跳线横担的设计方法如下(提供参考计算数据)：

某耐张塔挂线角钢的荷载设计值及参数如下，绝缘子跳线串自重G＝3KN，风荷载对挂线双角钢产生的水平力F＝5KN，扭矩T＝13.5KN.m，方向如图2所示，绝缘子串上法兰螺栓间距d＝185mm，挂线角钢长度l＝1.4m。内外桁架的交叉腹杆、上弦杆及其支撑杆件采用Q235角钢，其余杆件均采用Q345角钢，水平力F由横担下平面桁架承担，自重G以及扭矩T由挂线双角钢传递给横担端部的内外两榀桁架。

1)挂线双角钢AC、DF设计计算，先将扭矩转化为对内外角钢的拉压力：

则外侧角钢AC跨中横向及竖向弯矩分别为：

挂线双角钢AC、DF初步选用L160×14，其中，w_zmin＝w_xmin＝90.92cm³，w_zmax＝w_xmax＝234.53cm³。则外侧角钢AC的最大拉压应力分别为：

均满足设计条件，由于内侧挂线角钢DF荷载相比更小，因此挂线双角钢采用2L160×14。

2)外桁架的外V型腹杆BJ、BL按拉杆设计，拉力：

其中θ为交叉腹杆与下弦杆的夹角，A₁为外侧桁架交叉腹杆的截面积，f为钢材的强度设计值，m为构件强度折减系数，对于单肢连接的受拉(肢宽>40mm)，m＝0.7。

3)内桁架的内V型腹杆EO、EM按压杆设计，压力

假定内V型腹杆EO、EM选用L56×5，A＝541mm²，i_y0＝11mm，计算长度l＝1223mm，长细比λ＝111.2，受压杆件长细比修正系数K＝0.5+60/λ＝1.04，根据修正后的长细比115.6，查表得受压稳定系数

则压杆强度折减系数m_N＝1.0，其中30≤λ≤100，因此验算时取100。

4)根据节点平衡法求解内外桁架上弦杆内力：杆件JL承受压力

N₃＝-N₁cosθ＝-4.693×10⁴×cos52.5＝-2.857×10⁴N

假定上弦杆JL选用L50×4，A＝390mm²，i_x＝15.4mm，计算长度l＝1366mm，长细比λ＝88.7，受压杆件长细比修正系数K＝0.5+60/λ＝1.18，修正后的长细比104.7，查表得受压稳定系数

则压杆强度折减系数m_N＝1.0。

杆件OM承受拉力：

N₄＝-N₂cosθ＝-(-4.504×10⁴)×cos52.5＝2.742×10⁴N

5)由于风荷载方向不定，以上外桁架、内桁架均需同时计算拉压两种情况，截面由较大者确定。因此V型腹杆BJ、BL、EO、EM均选用L56×5，上弦杆JL、OM均选用L50×4。

6)支撑杆件QN、HN截面按照承受杆件OM内力的5％计算确定，杆件QE、HE截面按照承受杆件DF内力的5％计算确定，且需满足最大长细比200的要求。

计算长度l_QN＝l_HE＝530mm，l_QE＝l_HN＝963mm；

N_QN＝N_HE＝5％×N₄＝1371N

初步均选用L40×4，A＝309mm²，i_y0＝7.9mm，i_x＝12.2mm，

可见长细比及受压稳定均满足设计要求。本发明荷载工况下DF受弯，无拉压荷载，因此由最大长细比控制，可直接选用L40×4。

7)上连接杆件PR根据允许最大长细为200按照构造设置。

计算长度l_PR＝1520mm，选用L40×4，i_x＝12.2mm，则λ_PR＝124.6＜200，满足设计要求。

本发明未述部分与现有技术相同。

Claims (2)

1.1000kV耐张塔防风偏跳线横担，包括有前上横角钢、后上横角钢、前下横角钢和后下横角钢，前上、下横角钢之间和后上、下横角钢之间均分布有数根支撑斜杆，四根横角钢的外侧端部设置安装有一榀外桁架ACLJ，其特征在于，还包括有一榀内桁架FDMO，其位于外桁架ACLJ靠近主杆一侧并与四根横角钢的外侧端部连接，内、外两榀桁架并列平行布置且均设置有竖向V型腹杆，外桁架ACLJ上的外V型腹杆BJ、BL的交叉点B点位于外下弦杆AC中点；内桁架FDMO上的内V型腹杆EM、EO的交叉点E点位于外下弦杆FD中点；

前、后下横角钢上设置有平行于两榀桁架的下连接杆件GI，前后上横角钢上设置有平行于两榀桁架的上连接杆件PR，上连接杆件PR与两榀桁架的内、外上弦杆OM、JL之间设置上水平支撑杆QNK，该上水平支撑杆QNK分别垂直于PR与OM、JL，并连接于PR、JL、OM的中点位置，其中K为JL的中点，N为OM的中点，Q为PR的中点；同样，下连接杆件GI与两榀桁架的内、外下弦杆FD、AC之间设置有下水平支撑杆HEB，该下水平支撑杆HEB分别垂直于GI与FD、AC，并连接于GI、FD、AC的中点位置，其中H点为GI的中点；

在上、下连接杆件GI和PR与内桁架FDMO之间设置交叉腹杆，分别为QE和HN，N为上水平支撑杆QK与内桁架的内上弦杆OM连接点；内桁架的内下弦杆FD与下连接杆件GI之间设置有水平V型腹杆EG和EI；上述各个连接点采用节点板或角钢直接搭接的方式进行连接。

2.根据权利要求1所述的1000kV耐张塔防风偏跳线横担，其特征在于，所述外桁架ACLJ、内桁架FDMO、外V型腹杆BJ和BL、内V型腹杆EM和EO、上连接杆件PR、下连接杆件GI、上水平支撑杆QNK、下水平支撑杆HEB、交叉腹杆QE和HN均为角钢。

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