高压送电线路耐张塔跳线三维建模及计算

张林枫，鲁 俊，刘培杰，姜玉挺

（国网经济技术研究院有限公司，北京）

引言

耐张塔跳线方式有软跳线和硬跳线（刚性跳线）2种[1-2]。根据目前我国输电铁塔设计的专业划分，送电电气专业负责铁塔荷载和导线间隙圆图的绘制，再将这些资料提供给线路结构专业，由结构专业进行塔头布置[3-4]。本文提出了一种计算三维跳线的方法，代替传统的二维的间隙圆来描述三维的跳线布置。

1 耐张串受力分析

图1 耐张串受力分析

LT- 力T 对铁塔挂点的力矩，Nm。

2 软跳线受力分析

假设风荷载垂直作用于跳线，坐标原点位于跳线线最低点，跳线的悬链线方程[6]为：

式中：T0s- 跳线最低点轴向张力，N；

P- 跳线荷载，N/m。

则挂点处跳线作用力为：

式中：La- 跳线最低点至悬挂点的跳线线长[8]，m。

已知两侧悬挂点和跳线荷载及跳线线长的情况下，可以求出跳线曲线方程及最低点轴向张力。

已知两侧悬挂点和跳线荷载及最低点轴向张力的情况下，可以求出跳线曲线方程及跳线线长。

3 三维坐标变换

图2 跳线的全局坐标系及局部坐标系

绕x 轴三维旋转矩阵为：

绕y 轴三维旋转矩阵为：

绕z 轴三维旋转矩阵为：

跳线中的任一点在局部坐标系C（x、y、z）坐标和全局坐标系C（x、y、z）中坐标变换为[9-10]：

式中：θx—绕x 轴旋转角，θx=θ 风偏角；

θy—绕y 轴旋转角，旋转之后局部坐标系与全局坐标系平行；

θz—绕z 轴旋转角，旋转之后局部坐标系与全局坐标系平行；

跳线最低点张力和挂点处跳线作用力的坐标变换为：

4 耐张串悬挂点位置求解

4.1 软跳线耐张串悬挂点位置求解

对于具有跳线绝缘子串的跳线方式，其各绝缘子挂点位置的迭代方式基本相同。

4.2 硬跳线耐张串悬挂点位置求解

图3 迭代求解软跳线耐张串挂点位置

图4 迭代求解硬跳线耐张串挂点位置

5 耐张塔三维跳线设计实例

图5 为某500 kV 的紧凑型线路耐张塔，坐标系采用送电结构铁塔通用坐标（z 垂直向下、x 垂直横担方向），表1 为其中一相跳线在大风工况下的计算结果。

表1 500 kV 铁塔大风工况下跳线计算结果

表2 ±800 kV 大风工况下跳线计算结果

图5 软跳线耐张塔设计实例

图6 硬跳线耐张塔设计实例

6 结论

应用本文提出的三维跳线计算方法可以方便的得出跳线、绝缘子串的绝对位置。

（1） 对跳线进行精确设计，优化塔头布置，节约杆塔造价。

（2） 可将铁塔头部结构布置与电气间隙设计融为一体，实现电气与结构专业在铁塔设计上的无缝衔接。

（3） 实现二维粗略设计向三维精确设计的升级。