段辉顺 刘生奎 王公阳

(中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 730050)

特高压输电线路重冰区荷载及荷载组合研究

王公阳(1988- )，男，硕士，工程师

段辉顺 刘生奎 王公阳

(中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 730050)

分析研究了±800 kV线路输电杆塔的荷载作用特点，总结了特高压输电铁塔的荷载计算方法和荷载组合。在保证输电线路工程安全运行的前提下，经济合理的解决了重冰线路设计难题。

输电线路，重冰区，荷载，荷载组合

重覆冰区的线路由于覆冰厚度都在20 mm及以上，其静态和动态的覆冰荷载较大，对杆塔的强度、刚度和抗扭性提出较高的要求。因此，世界各国对重冰线路都是按特殊情况处理的。IEC标准中运用概率论和数理统计法对冰荷载和冰风组合荷载提出了较合理的处理方法[1,2]，并对重冰区线路提出了两项特殊要求：1)在计算导、地线事故工况下的张力必须考虑覆冰；2)重冰区的重要线路应每隔若干基增加一基抗串倒型终端塔。国际上如加拿大、法国、英国等对重冰线路的处理也基本上参照IEC标准的做法。结合世界各国对重冰线路的处理措施，重冰区线路的设计宜首先采用避冰和抗冰措施，这就需要重冰区铁塔具有足够的抗冰能力。

在2008年南方冰灾以后，修订的《重覆冰架空输电线路设计技术规程》[3](以下简称重覆冰规程)已经给出各种冰区铁塔所受的荷载，然而并没有给出750 kV以上电压等级荷载组合的详细说明。

某±800 kV特高压直流线路通过的冰区范围从5 mm轻冰区至40 mm重冰区，基本涵盖了规范中所列的冰区。该工程规划的塔型多达80种，铁塔的投资在本体造价中占据的比重较大，保证其安全而又经济合理是铁塔设计的关键。

1 ±800 kV重冰区荷载

重冰线路与轻冰区线路相比，除常规的运行、安装情况外，主要还应考虑覆冰运行、覆冰断线和不均匀覆冰、脱冰及过载覆冰情况。

1.1导地线覆冰荷载

考虑到线路覆冰后，引起导地线直径增加，与实际导地线的受风面积出入较大，为考虑覆冰厚度对风荷载的影响，提出风荷载增大系数，根据重覆冰规程及IEC相关规定，覆冰后导线的风荷载应考虑有效阻力系数和等值受风面积。鉴于我国的重覆冰规程在计算覆冰风压时已计入风荷载体型系数，相当于有效阻力系数，因此，仅需考虑覆冰后等值受风面积的影响[4]。

为此，根据冰凌性质和覆冰厚度取不同的增大系数，建议20 mm冰区风荷载增大取值不小于1.2，30 mm冰区风荷载增大取值不小于1.5。

1.2杆塔覆冰风荷载

同理，覆冰后的铁塔构件的受风面积较无冰时有所增大。因此提出杆塔覆冰风荷载增大系数，建议重冰区杆塔风荷载增大系数的取值不小于2.0。

1.3覆冰断线荷载

重覆冰线路的断线情况应考虑在设计冰厚下的覆冰断线。

1)直线塔断线荷载。

为了合理增加杆塔的抗扭强度，断线覆冰率随设计冰厚增加而增加，且线路等级越高断线覆冰率越大。结合500 kV重冰线路的成功运行经验，±800 kV直流重冰区直线杆塔断线覆冰率取值不应低于500 kV标准，因此，推荐±800 kV直流重冰区直线杆塔断线覆冰率见表1。

表1 ±800 kV直线塔断线覆冰率取值

2)耐张塔断线荷载。

现有的重覆冰线路的耐张型杆塔，基本上都能起到抑制冰害杆塔导致串倒事故的发生。国内500 kV及以下耐张杆塔断线覆冰率见表2。

表2 500 kV及以下耐张杆塔断线覆冰率

根据重冰导则，并参照IEC标准，±800 kV直流重冰区耐张塔断线覆冰率取值不应低于500 kV标准。因此，推荐±800 kV直流重冰区耐张塔断线覆冰率取值仍然按照500 kV断线覆冰率的取值，重冰区耐张塔断线覆冰率均取100%。

1.4不均匀覆冰荷载

不均匀冰荷载分为覆冰不均匀冰荷载和脱冰不均匀冰荷载两种情况。前者使杆塔受到很大的纵向弯矩；后者使杆塔上不同相存在不同的不均匀冰荷载，从而使杆塔受到很大的扭矩。

结合国内重冰规程的规定以及现有重冰线路的运行经验，推荐±800 kV直流重冰线路不均匀冰载覆冰率见表3。

表3 ±800 kV直流重冰线路不均匀冰载覆冰率 %

根据重覆冰规程：垂直档距系数小于0.8的直线杆塔应进行导线、地线脱冰跳跃和不均匀覆冰时产生的上拔力校验导线横担和地线支架，导线上拔力取最大使用张力的5%～10%，大牌号的导线可取偏小数值，中、小牌号导线取偏大数值。地线取最大使用应力的5%。对于±800 kV特高压直流重冰直线塔，由于其间距大，此时应考虑一侧导地线脱冰跳跃，另一侧导地线覆冰情况下的局部最大弯距情况的荷载组合。

1.5验算覆冰荷载

验算覆冰荷载情况主要是考虑局部微气象和微地形引起的稀有覆冰情况，也就是说在某些情况下会出现比设计覆冰厚度要大的覆冰条件，目的是为了提高线路在稀有覆冰情况下的抗冰能力。因此只需在正常计算工况下增加一个验冰工况。

在重冰区线路设计中，必须考虑验算覆冰荷载工况。因此，各冰区应根据具体的气象和地形条件来进行验算冰的设计组合。建议设计冰厚20 mm冰区应考虑按30 mm冰验算，设计冰厚30 mm冰区应考虑按45 mm冰验算。

2 ±800 kV重冰区荷载组合

2.1断线情况荷载组合

断线情况计算条件为-5 ℃、有冰、无风。直线型杆塔荷载组合：断一根地线，导线未断；断一极导线、地线未断。耐张型杆塔：在同一档内断任意一极导线、地线未断；断一根地线，导线未断。

2.2不均匀冰情况荷载组合

不均匀冰荷载情况计算条件为未断线、-5 ℃、无风。直线型和耐张型杆塔不均匀冰荷载组合：1)两根导线和两根地线同时有不均匀冰荷载，组合使杆塔产生最大的弯矩；此时应考虑导地线同期和不同期有不均匀冰情况。2)一根导线和一根地线同时有不均匀冰荷载，组合使杆塔产生最大弯矩和扭矩。3)直线塔的脱冰跳跃。

3 重冰区荷载组合对±800 kV塔重的影响

以该工程30 mm冰区直线Ⅰ型和耐张Ⅰ型塔为例来分析各种荷载组合对塔重的影响。计算结果分别见表4,表5。

表4 直线塔塔重

表5 耐张塔塔重

从表4,表5看出，对于重冰区直线塔，大风及安装情况对塔重的影响幅度很小，基本上不控制铁塔构件，影响塔重的主要因素在于覆冰断线及不均匀冰的荷载组合，覆冰断线主要控制横担材及头部部分交叉斜材，而不均匀冰主要控制塔身主斜材。对于耐张塔，影响塔重的主要因素在于覆冰断线及不均匀冰和验算冰的荷载组合，大风及安装情况基本不控制铁塔构件。

4 结语

本文通过研究重覆冰的作用机理，给出了覆冰风荷载增大系数、断线覆冰率、不均匀覆冰率、验冰厚度的取值、脱冰跳跃荷载计算及相应的荷载组合。同时分析了重覆冰对塔重的影响。根据重冰在各组合情况下的塔重比值关系，进一步说明了±800 kV直流重冰荷载取值和组合的特点。

[1] 陈 斌,盖永志.输电线路杆塔荷载设计计算[J].山东电力技术,2011(6):18-22.

[2] 王永华，朱 江.中美输电线路铁塔设计标准比较[J].电力勘测设计,2014(4):75-80.

[3] DL/T 5440—2009,重覆冰架空输电线路设计技术规程[S].

[4] 钟寅亥.冰区输电铁塔设计的荷载组合[J].广东输电与变电技术,2010,12(1):65-66.

[5] 张海平,张 驰.20 mm重冰区500 kV同塔双回输电线路设计[J].电网技术,2015,39(1):123-129.

StudyofheavyicingarealoadandloadcombinationresearchinUHVtransmissionline

DuanHuishunLiuShengkuiWangGongyang

(ChinaEngineeringGroupGansuElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd,Lanzhou730050,China)

In this paper, load characteristics of ±800 kV DC transmission line tower is studied, and load calculation methods and load combinations of UHV transmission towers are summarized. In the premise of ensuring the safe operation of transmission line, we solve the heavy ice line design problem economically and reasonably.

transmission line, heavy icing area, load, load combination

TU312.1

A

1009-6825(2017)26-0044-03

2017-07-09

段辉顺(1972- )，男，高级工程师；刘生奎(1973- )，男，工程硕士，教授级高级工程师；

3)合肥市计算方法(合建设[2013]15号)。