一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，包括塔身、下曲臂和上曲臂，所述下曲臂連接于所述塔身，所述上曲臂連接于所述下曲臂的上方，所述上曲臂上方連接有導線橫擔，地線橫擔連接于所述導線橫擔的上方并與所述導線橫擔存在夾角，所述上曲臂的四根主材與所述下曲臂的四根主材一一對應連接，且所述上曲臂與所述下曲臂的四個連接點分別位于四邊形的四個頂點，四個所述連接點之間連接有支撐桁架。本方案中的上曲臂與下曲臂的四根主材未交于一點，采用開口式連接，因此，增加了上曲臂與下曲臂的連接面積，提高了機械強度和抗扭能力，該布置形式可有效抵抗在施工和覆冰狀態下節點的變形，有利于不均勻覆冰情況下鐵塔的整體穩定。
【專利說明】一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及高壓輸電線路【技術領域】，尤其涉及一種重冰區特高壓交流酒杯型 直線塔。
【背景技術】
[0002] 輸電線路鐵塔是支持高壓、超高壓或特高壓架空送電線路的導線和避雷線的構筑 物。鐵塔的結構主要包括塔身和橫擔兩部分。橫擔是桿塔中重要的組成部分，它的作用是 用來安裝絕緣子及金具，以支承導線、避雷線，并使之按規定保持一定的安全距離。鐵塔的 塔身是縱截面為錐形的立體桁架，桁架的橫斷面多呈正方形或矩形。立體桁架的每一側面 均為平面桁架，每一側面桁架簡稱為一個塔片。立體桁架的四根主要桿成為主材。相鄰兩 主材之間用斜材及水平材連接。各主材、斜材或塔片等統稱為構件。
[0003] 根據鐵塔在輸電線路中的用途和功能一般可分為直線、耐張、轉角、終端、換位、跨 越等六種類別的桿塔。其中，直線桿塔是支承導線、架空地線的重力以及作用于它們上面的 風力，而在施工和正常運行時不承受線條張力的桿塔。另外，根據覆冰厚度的不同，線路可 分為輕冰區、中冰區、重冰區等。其中，重冰區指可能發生線路覆冰厚度在20mm及以上的地 區。
[0004] 隨著我國首條特高壓輸電線路試驗示范工程的成功運行，更多跨區域特高壓輸電 線路建設已經啟動。由于輸送距離長，線路設計氣象條件往往比較復雜，當線路經過覆冰 嚴重、資料缺乏的部分區域時，輸電線路冰害事故頻發，特高壓線路的覆冰環境參數及其防 冰措施的設計面臨極大的困難與風險。如何根據重冰區的覆冰情況，合理地分析鐵塔的受 力情況，從而設計出一個經濟、可靠的鐵塔，是特高壓線路設計的一項極為重要的工作。
[0005] 現有的重冰區交流輸電線路中，直線塔僅在500kV和220kV線路中有應用經驗，對 于1000kV特高壓交流直線塔僅在輕、中冰區有應用，在重冰區尚無應用經驗。目前，各電壓 等級單回路直線塔通常采用酒杯或貓頭形，其鐵塔通常采用單角鋼或組合角鋼結構，具有 結構簡單的優點。
[0006] 圖1為現有輕冰區常用的酒杯型直線塔結構與布置形式示意圖，該直線塔包括導 線橫擔06、地線橫擔05、上曲臂03、下曲臂02和塔身01。其中，地線橫擔05連接在導線橫 擔06上，采用仰角式連接，用于懸掛地線。導線橫擔06的兩端連接垂直懸掛的直線型絕緣 子串04,用于懸掛兩側的輸電導線(此處稱為下導線)，橫梁上連接有傾斜布置的兩個絕緣 子串04,這兩個絕緣子串04的另一端用于懸掛第三條輸電導線(此處稱為上導線)，這兩個 絕緣子串04與橫梁呈三角形布置，圖1中導線橫擔06的右端示出了絕緣子串04發生擺動 時的處于多個位置的情況。上曲臂03與下曲臂02交于一點，并采用鉸接的連接方式。
[0007] 在重冰區，導線和絕緣子串04的覆冰厚度經常會達到20mm以上，甚至大于30mm， 導線和絕緣子串04在重覆冰情況下的重力增加，因此會對導線橫擔06以及橫梁施加很大 的作用力，該作用力通過上曲臂03和下曲臂02傳遞至塔身01的主材。當其中一側的導線 或絕緣子串04的覆冰融化，或者兩側覆冰重量不同時，導線連同絕緣子串04對導線橫擔06 施加的作用力的大小也就不同，所以就會對導線橫擔06施加一個扭矩。由于重覆冰的導線 及絕緣子串04的重量往往很大，而上曲臂03與下曲臂02交于一點且連接處為鉸接結構， 連接強度較低，因此，當覆冰載荷傳遞至上、下曲臂的交點時，很容易發生節點位移、變形或 彎曲，從而導致輸電線路安全事故的發生。可見，現有直線塔的結構布置不合理，抗扭能力 差。
[0008] 另外，由于1000kV特高壓輸電線路需要采用大截面導線，在重冰區，覆冰嚴重的 導線會對橫擔產生很大的拉力，塔身前后兩側導線的覆冰情況也經常會不同，進而對橫擔 以及塔身施加扭矩，因此，要求用于特高壓的直線塔能夠承受的外力比較大，同時要求直線 塔的外形及結構的覆冰抗扭能力也較大。導線橫擔的兩端采用垂直懸掛的直線型絕緣子 串，導線在強風下容易發生擺動，同時由于電壓等級和覆冰厚度的增加，其對空氣間隙、電 磁環境、脫冰跳躍、導線水平偏移、防雷等電氣要求均有所提高，現有直線塔尺寸及布置方 式均不能滿足。
[0009] 因此，如何解決重冰區特高壓直線塔抗扭能力差的問題，是本領域技術人員目前 需要解決的技術問題。 實用新型內容
[0010] 有鑒于此，本實用新型提供一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，用于解決重冰 區特高壓直線塔抗扭能力差的問題。
[0011] 為了解決上述問題，本實用新型提供了一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，包 括塔身、下曲臂和上曲臂，所述下曲臂連接于所述塔身，所述上曲臂連接于所述下曲臂的上 方，所述上曲臂上方連接有導線橫擔，地線橫擔連接于所述導線橫擔的上方并與所述導線 橫擔存在夾角，所述上曲臂的四根主材與所述下曲臂的四根主材一一對應連接，且所述上 曲臂與所述下曲臂的四個連接點分別位于四邊形的四個頂點，四個所述連接點之間連接有 支撐桁架。
[0012] 優選地，所述導線橫擔連接于所述上曲臂的一端設置有第一絕緣子串掛點，所述 導線橫擔的另一端設置有第二絕緣子串掛點，且所述第一絕緣子串掛點和所述第二絕緣子 串掛點均連接有絕緣子串，兩個所述絕緣子串的另一端連接有導線，且兩個所述絕緣子串 與所述導線橫擔呈三角形布置。
[0013] 優選地，所述塔身的橫截面為正方形桁架。
[0014] 優選地，所述上曲臂的橫截面和所述下曲臂的橫截面均為矩形桁架。
[0015] 優選地，所述導線橫擔與所述地線橫擔均為三角形桁架。
[0016] 優選地，所述塔身、所述上曲臂、所述下曲臂、所述導線橫擔和所述地線橫擔的組 成構件均采用多個角鋼，且多個所述角鋼之間通過螺栓連接。
[0017] 優選地，所述角鋼的材質為屈服強度大于或等于235MPa的碳素結構鋼。
[0018] 優選地，所述螺栓為6. 8級或8. 8級螺栓。
[0019] 本實用新型提供的一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，包括塔身、下曲臂和上 曲臂，所述下曲臂連接于所述塔身，所述上曲臂連接于所述下曲臂的上方，所述上曲臂上方 連接有導線橫擔，地線橫擔連接于所述導線橫擔的上方并與所述導線橫擔存在夾角，所述 上曲臂的四根主材與所述下曲臂的四根主材一一對應連接，且所述上曲臂與所述下曲臂的 四個連接點分別位于四邊形的四個頂點，四個所述連接點之間連接有支撐桁架。本方案中 的上曲臂的四根主材與下曲臂的四根主材一一對應連接，且四個連接點之間連接有四邊形 桁架，即采用開口式連接，而不是采用鉸接的方式連接在一點，因此，增加了上曲臂與下曲 臂的連接面積，提高了上曲臂與下曲臂連接點的機械強度。當重覆冰狀態的導線連同絕緣 子串對導線橫擔施加的作用力傳遞至上曲臂與下曲臂的連接處時，由于本方案加大了上曲 臂與下曲臂連接處的受力面積，機械強度得以提高，所以，該布置形式可有效抵抗在施工和 覆冰狀態下節點的變形，有利于不均勻冰情況下鐵塔的整體穩定，從而提高了塔身的抗扭 能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為現有輕冰區常用的酒杯型直線塔結構與布置形式示意圖；
[0022] 圖2為本實用新型具體實施例方案提供的一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔 的結構不意圖；
[0023] 圖 1 中：
[0024] 塔身-01、下曲臂-02、上曲臂-03、絕緣子串-04、地線橫擔-05、導線橫擔-06 ;
[0025] 圖 2 中：
[0026] 塔身-1、下曲臂-2、曲臂連接處-3、上曲臂-4、絕緣子串-5、地線橫擔-6、導線橫 擔-7、第二絕緣子串掛點-8、第一絕緣子掛點-9。
【具體實施方式】
[0027] 本實用新型的核心是提供一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，用于解決重冰區 特高壓直線塔抗扭能力差的問題。
[0028] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0029] 請參照圖2,圖2為本實用新型具體實施例方案提供的一種重冰區特高壓交流酒 杯型直線塔的結構示意圖。
[0030] 在一種具體實施例中，本方案提供了一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，包括 塔身1、下曲臂2和上曲臂4,鐵塔采用酒杯式，可降低整塔的全高，節約鋼材。下曲臂2連 接于塔身1，上曲臂4連接于下曲臂2的上方，上曲臂4上方連接有導線橫擔7。地線橫擔6 連接于導線橫擔7的上方并與導線橫擔7存在夾角，即采用仰角式連接，用于懸掛地線。導 線橫擔7與地線橫擔6的端部均設置有用于連接絕緣子串5的矩形掛架，矩形掛架設置有 用于連接絕緣子串5的金具的V形桁架掛點，即橫擔的端部采用鴨嘴式結構，如此可以使傳 力路徑清晰，有效控制橫擔的變形。
[0031] 其中，上曲臂4的四根主材與下曲臂2的四根主材一一對應連接，且上曲臂4與下 曲臂2的四個連接點分別位于四邊形的四個頂點，即曲臂連接處3的四個連接點的順次連 線為一個四邊形，四個連接點之間還連接有支撐桁架，用于提高各主材之間的連接強度。三 相導線均通過絕緣子串5掛于導線橫擔7及塔頭的橫梁上，且采用雙掛點。
[0032] 本方案中的上曲臂4的四根主材與下曲臂2的四根主材一一對應連接，且四個連 接點之間連接有四邊形桁架，即采用開口式連接，而不是采用鉸接的方式連接在一點，因 此，增加了上曲臂4與下曲臂2的連接面積，提高了上曲臂4與下曲臂2連接點的機械強度。 當重覆冰狀態的導線連同絕緣子串5對導線橫擔7施加的作用力傳遞至曲臂連接處3時， 由于本方案加大了曲臂連接處3的受力面積，機械強度得以提高，所以，該布置形式可有效 抵抗在施工和覆冰狀態下節點的變形，有利于不均勻冰情況下鐵塔的整體穩定，從而提高 了塔身的抗扭能力，保證了輸電線路的安全運行。
[0033] 優選地，導線橫擔7連接于上曲臂4的一端設置有第一絕緣子串掛點9,即第一絕 緣子串掛點9設置于導線橫擔7靠近上曲臂4的一端，也可以將第一絕緣子串掛點9直接 設置于上曲臂4的主材上；導線橫擔7的另一端設置有第二絕緣子串掛點8,且第一絕緣子 串掛點9和第二絕緣子串掛點8均連接有絕緣子串5,兩個絕緣子串5的另一端連接有導 線，且兩個絕緣子串5與導線橫擔7呈三角形布置，即在沿導線走線方向觀察時，兩個絕緣 子串5呈V形布置。其余一相導線懸掛于塔頭的橫梁上，也采用V形布置的絕緣子串5,即 三相導線均采用V形布置的絕緣子串5進行懸掛，如此設置，導線在強風下不易發生擺動， 使導線與塔身1之間保持一定的安全距離，從而滿足了直線塔對空氣間隙、電磁環境、脫冰 跳躍、導線水平偏移、防雷等電氣要求。
[0034] 輸電線路的塔身斷面形狀一般有正方形和矩形兩種。矩形布置時，塔身斷面的側 面尺寸較正面尺寸小；正方形布置時則側面尺寸與正面尺寸相等。當桿塔前后或左右兩側 的導線覆冰情況不同時，塔身1側面受力較大。當塔身1采用正方形斷面時，較采用矩形斷 面能夠獲得更大的側面空間尺寸，從而降低塔身1側面構件的受力及材料規格。優選地，本 實施例方案的塔身1的橫截面為正方形祐 1架，有利于抵抗側向張力及扭矩。另外，導線上的 不均勻覆冰往往使桿塔承受扭矩的作用，桿塔承受扭矩的能力一般與塔身1斷面幾何尺寸 呈正相關，即斷面幾何尺寸越大則桿塔抵抗扭矩的能力愈強。塔身1采用方形斷面并放大 塔頭開口尺寸，能使塔身斷面獲得更大的幾何尺寸，從而提高桿塔抵抗扭矩的能力，本方案 中對塔頭開口的具體尺寸不做限定，只要其能夠抵抗重覆冰荷載情況下的扭矩即可。優選 地，上曲臂4的橫截面和下曲臂2的橫截面也均為矩形桁架，曲臂連接處3之間連接的支撐 桁架也就為矩形桁架。
[0035] 優選地，本方案中的導線橫擔7與地線橫擔6均為三角形桁架，有利于抵抗重覆冰 下橫擔的變形，同時傳力路徑更清晰。
[0036] 優選地，塔身1、上曲臂4、下曲臂2、導線橫擔7和地線橫擔6的組成構件均采用多 個角鋼，且多個角鋼之間通過螺栓連接，連接節點構造簡單且可靠。角鋼材質采用Q235B、 Q345B、Q420B等屈服強度大于或等于235MPa的碳素結構鋼，角鋼的最大規格為L250X32。 優選地，螺栓采用6. 8級和8. 8級普通粗制螺栓。角鋼構件采用螺栓連接可以允許所有角 鋼構件在工廠制作，構件分體運至現場后通過螺栓拼接，沒有現場焊接，安裝效率高、施工 方便。
[0037] 本方案提供的直線塔的具體尺寸可以根據其具體應用的環境來確定，其尺寸需滿 足空氣間隙、電磁環境、脫冰跳躍、導線水平偏移和地線保護角等電氣要求，并同時確保桿 塔具有足夠的結構剛度以減小受力后的位移，故本方案對其尺寸不做具體限定。本方案設 計的直線塔的結構布置形式，可以使外荷載在結構范圍內沿橫擔至主材的路徑簡潔、清晰 地傳導至下部結構（即基礎)。
[0038] 本方案解決了在30mm重冰區，1000kV特高壓交流單回路輸電線路架設時，其直線 塔在重覆冰情況下結構的構造方式以及材料選擇問題，提高了鐵塔的抗扭能力，保證了重 覆冰情況下鐵塔的安全性、可靠性和經濟性。
[0039] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1. 一種重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，包括塔身（1)、下曲臂（2)和上曲臂（4)，所述 下曲臂（2)連接于所述塔身（1)，所述上曲臂（4)連接于所述下曲臂（2)的上方，所述上曲臂 (4)上方連接有導線橫擔（7)，地線橫擔（6)連接于所述導線橫擔（7)的上方并與所述導線 橫擔（7)存在夾角，其特征在于，所述上曲臂（4)的四根主材與所述下曲臂（2)的四根主材 一一對應連接，且所述上曲臂（4)與所述下曲臂（2)的四個連接點分別位于四邊形的四個 頂點，四個所述連接點之間連接有支撐桁架。
2. 根據權利要求1所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所述導線橫 擔（7)連接于所述上曲臂（4)的一端設置有第一絕緣子串掛點（9)，所述導線橫擔（7)的另 一端設置有第二絕緣子串掛點（8)，且所述第一絕緣子串掛點（9)和所述第二絕緣子串掛 點（8 )均連接有絕緣子串（5 )，兩個所述絕緣子串（5 )的另一端連接有導線，且兩個所述絕 緣子串（5)與所述導線橫擔（7)呈三角形布置。
3. 根據權利要求1所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所述塔身（1) 的橫截面為正方形桁架。
4. 根據權利要求1所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所述上曲臂 (4)的橫截面和所述下曲臂（2)的橫截面均為矩形桁架。
5. 根據權利要求1所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所述導線橫 擔（7 )與所述地線橫擔（6 )均為三角形桁架。
6. 根據權利要求1至5任一項所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所 述塔身（1)、所述上曲臂（4)、所述下曲臂（2)、所述導線橫擔（7)和所述地線橫擔（6)的組成 構件均采用多個角鋼，且多個所述角鋼之間通過螺栓連接。
7. 根據權利要求6所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所述角鋼的 材質為屈服強度大于或等于235MPa的碳素結構鋼。
8. 根據權利要求6所述的重冰區特高壓交流酒杯型直線塔，其特征在于，所述螺栓為 6. 8級或8. 8級螺栓。
【文檔編號】H02G7/20GK203905588SQ201320766183
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】徐靜, 李喜來, 陳海波, 張紅志, 張華 , 趙崢, 何江, 葛保斌, 左元龍, 傅鵬程, 傅華風, 潘祖杰, 王詠, 袁志磊, 周建明, 白禹, 肇鴻儒, 高培國, 馮衡, 吳海洋, 張軼, 管順清, 呂寶華, 楊磊, 董碧霞, 李澄宇, 劉洋, 毛彤宇, 程鵬, 張宏志 申請人:國家電網公司, 中國電力工程顧問集團公司, 電力規劃設計總院, 中國電力工程顧問集團華東電力設計院, 中國電力工程顧問集團東北電力設計院, 中國電力工程顧問集團中南電力設計院, 中國電力工程顧問集團西北電力設計院, 中國電力工程顧問集團西南電力設計院, 中國電力工程顧問集團華北電力設計院工程有限公司