安吉地区输电线路生态景观塔设计

翁 洁，张 辉，刘正茂，李丹乐，李和丰

（湖州电力设计院有限公司，浙江 湖州 313000）

安吉是习近平总书记“两山理念”的发源地，对人与自然环境的和谐发展有着至高要求。传统的输电线路杆塔具有占地面积大、耗钢量高、与环境协调性差等缺点。生态景观塔恰恰可以弥补这类传统杆塔无法避免的遗憾[1-5]。研究景观塔对安吉生态环境的发展有着深远意义。

1 景观塔设计模型

根据地区特色，将“安吉”和“两山”元素融入到景观塔中，设计的双回路杆塔上导线横担及以下部位是倒写的安吉“吉”字，地线支架是两座山峰，如图1所示。

图1 景观塔外观图

2 电气距离分析

通过SmartClearance 电气间隙元软件，绘图参数如图2 所示。杆身考虑带电作业，横担不考虑带电作业，绘制间隙圆。以呼高15.00 m 为例，调整塔头尺寸以满足电气距离要求，如图3 所示。其尺寸设计分别为：下横担单侧长度2250 mm，上、中横担单侧长度4500 mm，相邻两横担间距4000 mm，地线支架高3000 mm。

图2 电气间隙圆参数

图3 景观塔电气校核图

3 结构稳定性分析

景观塔在满足电气距离的前提下，还应当满足结构的稳定性。采用ANSYS 结构有限元软件，研究其结构稳定性符合要求[6]。

3.1 景观塔有限元模型

根据调整后的景观塔尺寸建立整体有限元模型，如图4 所示。杆塔杆件统一为梁单元Beam188。设置Q420 材料参数：密度为7.85×103kg/m3，弹性模量2.06×10-1N/m2，泊松比0.3，屈服强度420 MPa。荷载约束参数：风荷载取27 m/s，导地线荷载取值50 kN，杆件连接点均采用刚性节点，杆身底端设置为固定约束形式。

图4 景观塔ANSYS有限元模型图

3.2 杆身截面对景观塔结构稳定性分析

壁厚取值8.0 mm，考虑材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情况下实际壁厚6.0 mm。杆身外径取值范围300～800 mm，每100 mm 为一组工况，如表1所示。通过有限元模拟得到杆身位移云图如图5 所示。图6为杆身外径各工况与最大挠度关系图。

图5 景观塔杆身位移云图

图6 景观塔杆身外径各工况与最大挠度关系图

表1 杆身壁厚8.0 mm，不同外径工况分组表

根据《电力工程高压送电线路设计手册》有关规定[7]，直线杆挠度不大于杆身高度的0.5%，外径800 mm模拟工况下，杆身最大挠度为58.8711 mm。

满足设计要求。结果表明：杆身壁厚8.0 mm情况下，所设计景观塔杆身钢管外径应不小于800 mm。

3.3 正方形箱型横担截面对景观塔结构稳定性分析

下横担结构与杆身顶上部横担结构均采用同一箱型截面，显然，满足上部横担结构稳定性的情况下，下横担结构稳定性必定满足。

箱型横担壁厚取8.0 mm，考虑材料缺陷存在±2.5%偏差，最不利情况下实际壁厚6.0 mm。模型理想化箱型横担取为正方形，外边长取值范围300～500 mm，每50 mm 为一组工况，如表2 所示。通过有限元模拟得到上部横担结构位移云图如图7所示。图8 为箱型横担外边长各工况与最大挠度关系图。

图7 景观塔杆身顶上部横担结构位移云图

图8 景观塔杆身顶上部横担结构各工况与最大挠度关系图

表2 箱型横担壁厚8.0 mm，不同外边长工况分组表

横杆高度等效为杆身高度，壁厚8.0 mm箱型横担外边长500 mm，上部横担结构最大挠度26.6469 mm。

满足要求。结果表明：箱型横担壁厚8.0 mm情况下，所设计景观塔箱型横担外边长不应小于500 mm。

4 结束语

根据SmartClearance 电气间隙元软件和ANSYS结构有限元软件，对新型设计的双回路景观塔进行电气距离和结构稳定性研究，得出以下结论。

单侧下横担长度不应小于2250 mm，单侧上、中横担长度不应小于4500 mm，相邻两横担间距不应小于4000 mm，地线支架高宜为3000 mm。

考虑存在材料自身制造误差2.5%，景观塔杆身部分；壁厚为8.0 mm的杆身外径不应小于800 mm，横担部分；壁厚为8.0 mm的正方形箱型横担外边长不应小于500 mm。

设计研究的景观塔对安吉地区建设架空输电线路工程具有参考借鉴意义。