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Vol.51 No.16Aug. 2021第51卷第16期2021 年 8 月下建 筑 结 构Building StructureDOI ：10. 19701/j.jzjg.2021. 16. 008±800kV 特高压直流重冰区输电铁塔真型试验及螺栓连接滑移影响分析蒋锐，刘翔云，何松洋，杨洋，李张谋，李林(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，成都610021)［摘要］±800kV 特高压直流重冰区输电铁塔作为目前电网系统中最为复杂的结构之一，若采用传统的桁架模型 或梁杆模型进行结构分析,其结果和试验值差异较大。
已知螺栓连接滑移会影响结构的刚度分布和承载力，因此 考虑螺栓连接滑移对特高压直流重冰区输电铁塔内力性能的影响是十分必要的。
以乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程中重冰区铁塔为对象,引入非线性弹簧单元，首次建立了该类铁塔的螺栓连接滑移有限元 模型，结合铁塔足尺试验结果，进行了多种荷载工况作用下的变形和内力综合分析。
结果表明，螺栓连接滑移模型 计算结果与试验结果比较吻合,建议针对变形较大的荷载工况如扭转荷载，采用二阶效应弹性分析或者直接分析法进行结构分析,并通过提高整体或局部刚度等构造措施来减小螺栓连接滑移引起的大变形。
［关键词］特高压直流；重冰区；输电铁塔；螺栓连接滑移；非线性弹簧单元；有限元模型；足尺试验中图分类号:TM753,TM721. 1文献标识码:A 文章编号：1002-848X ( 2021) 16-0051-07［引用本文］蒋锐，刘翔云,何松洋，等.±800kV 特高压直流重冰区输电铁塔真型试验及螺栓连接滑移影响分析［J ］.建 筑结构,2021,51( 16) ：51-57. JIANG Rui, LIU Xiangyun, HE Songyang, et al. Analysis of full-scale test and the influence ofbolt connection slip page of ±800kV UHVDC transmission tower in heavy ice area ［J ］ . Building Structure,2021,51(16) :51-57.Analysis of full-scale test and the influence of bolt connection slippage of ±800kV UHVDCtransmission tower in heavy ice areaJIANG Rui , LIU Xiangyun , HE Songyang , YANG Yang, LI Zhangmou , LI Lin( China Electric Power Engineering Consulting Group Southwest Electric Power Design Institute Co., Ltd., Chengdu610021, China)Abstract : The ±800kV UHVDC transmission tower in heavy ice area is one of the most complex structures in the currentpower grid system. If the traditional truss model or beam pole model was used for structural analysis , the result will be quitedifferent from the test values. It is known that bolt connection slippage will affect the stiffness distribution and bearingcapacity of the structure, so it is necessary to consider the influence of bolt connection slippage on the internal forceperformance of UHVDC transmission tower in heavy ice area. Taking the tower in heavy ice area of Wudongde Hydropower Station transmission to Guangdong and Guangxi multi-terminal UHVDC demonstration project as the object, the non-linearspring element was introduced, and the finite element model of bolt connection slippage of this kind of tower was established for the first time. Combined with the full-scale test results of the tower, the comprehensive analysis of deformation andinternal force under various loads conditions were carried out. The results show that the calculation results of the bolt connection slippage model are in good agreement with the test results. It is suggested that the second-order effect elasticanalysis or direct analysis method should be used for the structural analysis of the load condition with large deformation,such as torsional load, and the structural measures such as improving the overall or local stiffness should be taken to reduce the large deformation caused by the bolt connection slippage.Keywords : UHVDC ； heavy ice area ； transmission tower ； bolt connection slippage ； non-linear spring element ； finiteelement model ； full-scale test0 引言输电铁塔大多采用普通螺栓进行构件之间的连 接,考虑加工和安装误差,螺栓孔径通常比螺栓直径大1.5〜2m m ,输电铁塔为超静定桁架结构，螺栓连接滑移对结构的整体位移和构件内力有一定影响。
基于移动直流融冰技术的500kV导线融冰试验[摘要] 近年来，500kV输电线路覆冰舞动现象频发，给电网安全可靠运行造成了巨大影响。
本文探索了利用大容量应急电源车，经车载三相全控整流装置和直流电缆实现对超特高压导地线移动式直流融冰的可行性，经500kV峡林一回现场试验，证明该直流融冰技术具有良好的适用性。
[关键词] 电网；覆冰舞动；移动式；直流融冰一、引言据统计，我国因恶劣天气造成的电力系统故障达到75%以上[1]，其中导线覆冰舞动是最为严重的自然灾害之一，其不仅容易引起倒塔断线，闪络跳闸，金具、绝缘子等设备损坏，严重时甚至会造成重大电网事故和社会影响[2]。
2018 年1月23日至1月25日，湖北电网共29条超、特高压线路先后发生了大面积覆冰舞动，其中13条线路永久接地故障跳闸，其覆冰舞动范围之广、危害影响之大，为历年罕见。
2019 年2月14日至2月17日，500kV峡林一二三回线覆冰厚度达24mm,相继发生闪落故障，给三峡送电断面造成巨大冲击。
频发的覆冰舞动灾害给输电线路运维提出了更高的要求，迫切需要对线路覆冰进行有效防治。
本文分析湖北地区导线覆冰形成机制，利用移动式直流融冰技术对500kV峡林一回导线进行融冰试验，取得了预期效果。
二、覆冰舞动原因分析导线覆冰是由温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素决定的综合物理现象。
当气温低于0℃时，雾气中的过冷水滴与输电线路表面碰撞并结冻，即形成导线覆冰。
在持续的冰冻雨雪天气的作用下，当导线迎风面逐步形成厚 3~8 mm不易脱落的不规则覆冰层时，即形成一个翼面，遇到强风横向激励时，将诱发导线产生一种低频、大振幅的自激振动，即导线的覆冰舞动[4]。
由于500kV线路通常采用四分裂及以上导线，截面积大，导线扭转刚度较大，子导线在间隔棒的约束下更易产生偏心覆冰，使导线舞动的振幅更大，对设备造成的危害也更严重。
三、移动式直流融冰技术移动式直流融冰技术是通过移动电源和大容量电力电子设备将交流电源转化为直流从而达到对覆冰线路进行加热的目的[3]。
110kV~500kV输电线路杆塔标准设计第一部分总论1目录第一部分总论 (3)1 概述 (3)2 设计范围 (3)3 设计原则 (4)3.1主要技术原则 (4)3.1.1 基本风速 (4)3.1.2 覆冰取值 (4)3.1.3 导线截面 (4)3.1.4 地线 (5)3.1.5 回路数 (5)3.1.6 杆塔型式 (5)3.1.7 地形条件 (6)3.1.8 海拔高度 (6)3.1.9 悬垂串型式 (6)3.2杆塔规划 (6)3.3塔头设计规定 (9)3.3.1 绝缘配合原则 (9)3.3.2 绝缘子片数 (10)3.3.3 空气间隙 (11)3.3.4 间隙圆图 (12)3.3.5 防雷保护 (14)3.3.6 塔头布置 (14)3.4杆塔荷载 (16)3.4.1 气象条件的重现期 (16)3.4.2 基本风速离地高度 (16)3.4.3杆塔荷载计算原则及规定 (16)3.4.4 荷载组合 (20)3.5杆塔设计一般规定 (22)3.6杆塔结构设计方法 (23)3.6.1 承载力极限状态 (23)3.6.2 正常使用极限状态 (24)3.6.3 杆塔材料 (24)3.6.4 铁塔与基础的连接方式 (26)第一部分总论1 概述标准设计V1.0继续采用模块化思路；整体框架分层级，使体系结构更加清晰，应用更为方便。
模块的数量根据已制定的建设规划进行调整，编制深度较2011年版有所突破，其主要特点包括：1) 杆塔模块库进一步完善，达到使标准模块覆盖率逐年提高的应用效果；2) 整体框架设置四层，设计深度逐层加深，不同设计阶段选择应用不同层级或其组合的设计成果；3) 模块深度达到施工图设计，实现杆塔施工图与司令图的一一对应，使标准设计能统一、规范、直接应用于施工图阶段。
110kV～500kV输电线路杆塔标准设计的总体原则为智能、高效、可靠、绿色，其设计思路主要包括：1）严格执行国家和电力行业有关规程、规范及国家有关强制性条文，符合南方电网公司企业标准及反事故措施等要求；2）结合南方电网的实际情况及运行特点，贯彻绿色设计理念，运用先进设计手段，力求安全、经济、智能、高效，体现标准设计的科学性和统一性，并融入企业文化内涵，凸显南方电网公司企业文化特征；3）采用模块化结构进行设计，对影响杆塔设计的因素进行组合，形成不同设计条件的模块。
中重冰区架空输电线路设计技术规定条文讲明目次1 范畴2 引用标准3 总则4 术语和符号5 路径6 覆冰气象条件7 导线、地线8 绝缘子和金具9 绝缘配合和防雷10 导线布置11 杆塔型式12 杆塔荷载13 杆塔定位及交叉跨过1范畴本规定适用于单回110～750kV架空输电重冰区线路设计和单、双回110～750kV架空输电中冰区线路设计，其它电压等级的高压交直流架空输电线路可参照执行。
本规定是作为《110～750kV架空输电线路设计技术规定》的补充而编制的。
也是在原“重冰区架空送电线路设计技术规定”（以下简称：原重冰规定）的基础上扩充而成的。
2005年我国华中地区冰害事故以后，一批按提高抗冰能力改造的各级输电线路的运行体会也为中、重冰区线路的设计提供了宝贵的体会。
3 总则3.1 原重冰规定第1.1条的修改条文。
中、重冰线路是输电线路的一部份，但具有较多的专门性。
一是冰凌荷载大，成为设计中要紧操纵条件。
在大冰凌年，还存在因过载冰荷重而造成断线、倒塔等庞大威逼；二是具有较明显的静、动态运行特性。
如不平均冰荷载、覆冰绝缘子串闪络、脱冰跳跃等；三是运行爱护专门困难，常常需要在冰天雪地中巡查、抢修，劳动强度大且条件恶劣。
因此，世界各国都慎重对待中、重冰线路的设计和建设。
国际间建立了多个研究、交流的机构。
如：建筑物大气覆冰国际研讨会，即：IW AIS。
为促进各国间对冰雪咨询题的研究、总结与交流，从80年代开始，每2～3年召开一次。
研讨建筑物（包括输电线路、电视塔、飞机等）覆冰机理、参数、荷载特性、检测技术、事故情形和防护措施等。
国际电工委员会第11技术委员会（IEC TC11），从70年代开始对冰凌荷载进行国际间广泛研讨，1991年提出了“架空输电线路荷载与强度”标准供试行，2003年在总结实践体会的基础上，进一步修订，提出了“Design criteria of overhead transmission lines”（架空输电线路的设计标准），即IEC 60826，2003－10（以下简称IEC规范），其中的6.3和6.4节专门论述覆冰及冰载取值，供各国参考。
中重冰区架空输电线路设计技术规定条文说明目次1 范围2 引用标准3 总则4 术语和符号5 路径6 覆冰气象条件7 导线、地线8 绝缘子和金具9 绝缘配合和防雷10 导线布置11 杆塔型式12 杆塔荷载13 杆塔定位及交叉跨越1范围本规定适用于单回110～750kV架空输电重冰区线路设计和单、双回110～750kV架空输电中冰区线路设计，其它电压等级的高压交直流架空输电线路可参照执行。
本规定是作为《110～750kV架空输电线路设计技术规定》的补充而编制的。
也是在原“重冰区架空送电线路设计技术规定”（以下简称：原重冰规定）的基础上扩充而成的。
70年代我国设计并建设了第一条刘关330kV重冰线路。
1992年建成了第一条天贵500kV高海拔重冰线路。
而早在1982年，为了二滩电站的安全送出，西南电力设计院在黄茅埂地区建立了大型覆冰观测塔，并架设一段0.574km具有二、三、四分裂导线的试验性线路进行同步观测，连续观测14年，为500kV高海拔、重冰区的二滩送出工程设计提供了可靠基础资料，随着这些线路的设计和运行，较好地丰富了超高压重冰线路建设的实践经验，也为编制本规定创造了条件。
750kV线路，在我国因投运时间不长，尚缺乏运行经验。
然而，重冰线路的力学特性具有普遍性和相似性，一些基本规定，对其它电压等级的高压交直流架空输电线路仍可参照执行。
2005年我国华中地区冰害事故以后，一批按提高抗冰能力改造的各级输电线路的运行经验也为中、重冰区线路的设计提供了宝贵的经验。
3 总则3.1 原重冰规定第1.1条的修改条文。
中、重冰线路是输电线路的一部份，但具有较多的特殊性。
一是冰凌荷载大，成为设计中主要控制条件。
在大冰凌年，还存在因过载冰荷重而造成断线、倒塔等巨大威胁；二是具有较明显的静、动态运行特性。
如不均匀冰荷载、覆冰绝缘子串闪络、脱冰跳跃等；三是运行维护特别困难，常常需要在冰天雪地中巡查、抢修，劳动强度大且条件恶劣。
中重冰区架空输电线路设计技术规定 条文说明目 次
1 范围 2 引用标准 3 总那么 4 术语和符号 5 路径 6 覆冰气象条件 7 导线、地线 8 绝缘子和金具 9 绝缘配合和防雷 10 导线布置 11 杆塔型式 12 杆塔荷载 13 杆塔定位及交叉跨越 1 范围 本规定适用于单回110～750kV架空输电重冰区线路设计和单、双回110～750kV架空输电中冰区线路设计，其它电压等级的高压交直流架空输电线路可参照执行。
本规定是作为«110～750kV架空输电线路设计技术规定»的补充而编制的。也是在原〝重冰区架空送电线路设计技术规定〞〔以下简称：原重冰规定〕的基础上扩充而成的。 70年代我国设计并建设了第一条刘关330kV重冰线路。1992年建成了第一条天贵500kV高海拔重冰线路。而早在1982年，为了二滩电站的安全送出，西南电力设计院在黄茅埂地区建立了大型覆冰观测塔，并架设一段0.574km具有【二】【三】四分裂导线的试验性线路进行同步观测，连续观测14年，为500kV高海拔、重冰区的二滩送出工程设计提供了可靠基础资料，随着这些线路的设计和运行，较好地丰富了超高压重冰线路建设的实践经验，也为编制本规定创造了条件。750kV线路，在我国因投运时间不长，尚缺乏运行经验。然而，重冰线路的力学特性具有普遍性和相似性，一些基本规定，对其它电压等级的高压交直流架空输电线路仍可参照执行。 2005年我国华中地区冰害事故以后，一批按提高抗冰能力改造的各级输电线路的运行经验也为中、重冰区线路的设计提供了宝贵的经验。 3 总那么 3.1 原重冰规定第1.1条的修改条文。 中、重冰线路是输电线路的一部份，但具有较多的特殊性。一是冰凌荷载大，成为设计中主要控制条件。在大冰凌年，还存在因过载冰荷重而造成断线、倒塔等巨大威胁；二是具有较明显的静、动态运行特性。如不均匀冰荷载、覆冰绝缘子串闪络、脱冰跳跃等；三是运行维护特别困难，常常需要在冰天雪地中巡查、抢修，劳动强度大且条件恶劣。所以，世界各国都慎重对待中、重冰线路的设计和建设。国际间建立了多个研究、交流的机构。如： 建筑物大气覆冰国际研讨会，即：IWAIS。为促进各国间对冰雪问题的研究、总结与交流，从80年代开始，每2～3年召开一次。研讨建筑物〔包括输电线路、电视塔、飞机等〕覆冰机理、参数、荷载特性、检测技术、事故情况和防护措施等。 国际电工委员会第11技术委员会〔IEC TC11〕，从70年代开始对冰凌荷载进行国际间广泛研讨，1991年提出了〝架空输电线路荷载与强度〞标准供试行，2003年在总结实践经验的基础上，进一步修订，提出了〝Design criteria of overhead transmission lines〞〔架空输电线路的设计标准〕，即IEC 60826，2003－10〔以下简称IEC规范〕，其中的6.3和6.4节专门论述覆冰及冰载取值，供各国参考。 我国在经历了1954年湖南大冰凌年之后，对冰凌的危害性有了一定的认识。60年代，随着三线建设的发展，云、贵、川三省建设了多条重冰线路，在1968、1971等大冰凌年，出现不少冰害事故。1976年水电部规划设计院组织召开了全国第一次重冰线路设计及运行经验交流会，提出了〝避、抗、融、防、改〞五字建设方针，并着手编制〝重冰区架空送电线路设计技术规定〞，以指导和规范全国220kV及以下重冰线路的设计。 在我国，从东北经中原到西南，线路冰害事故不断，尤以2005年2月华中地区出现罕见的冰凌，造成220～500kV线路大量倒塔和断线引发大面积停电。中国电力工程顾问集团公司要求在认真总结事故经验教训的基础，将重冰规定扩展到500kV和750kV线路，并提高重冰线路的设计水平。 在76年全国重冰会议上，根据重冰线路的特性明确提出：电线设计冰厚20mm及以上的地区，称为重冰区，位于重冰区的线路即为重冰线路。 2018年1～2月我国南方的冰害事故中，按10mm覆冰设计的线路事故〔断线、倒塔〕占90％以上，造成220～500kV交、直流线路大量倒塔和断线引发大面积停电。为提高线路的抗冰能力，减少此类事故，提高各级输电线路的可靠性，特提出：电线设计冰厚大于10mm小于20mm的地区，称为中冰区，位于中冰区的线路即为中冰线路。对于中、重冰区须制定专门的设计技术规定，以规范其设计。 3.2 新增条文。 «110～750kV架空输电线路设计技术规定»是全国输电线路设计的指导性文件，对轻、重冰区线路均能适用。但鉴于中、重冰线路本身所具有的一些特殊性以及一些设计要求，在该规定中却难以一一概括，所以，需要专门编制〝架空输电线路中、重冰区设计技术规定〞予以补充和完善。 本规定是在总结国内外实践经验和科研成果的基础上编制而成的，亦将随着广泛实践、深化认识而不断改进和提高。 3.3 原重冰规定第1.3条的保留条文。 鉴于中、重冰线路运行复杂、事故率高、维护困难，所以通过中、重冰地区的线路应结合工程的具体情况，采取有效的避冰、抗冰、融冰或防冰措施，以保证线路的安全运行。 【一】避冰：即是避开严重冰区或者在严重覆冰区内做到〝避重就轻〞的目的。这是中、重冰线路设计中有效措施之一，很值得在路径大方案选择中和现场确定路经走向时认真执行。 根据经验，线路覆冰与所处地形、高程、周围的地形地物、覆冰时风速风向等因素密切相关。在可能的情况下，线路应尽量避开暴露的山顶、横跨垭口、风道等容易形成严重覆冰的微形地段。 【二】抗冰：对于无法避开的中、重冰地区，那么应根据地区历年覆冰情况，合理地确定冰区，采用相应的设计条件，增强线路抗冰能力，减少冰害事故，提高安全运行水平。 【三】融冰：目前已实施的仅有宝凤Ⅰ、Ⅱ回带自耦变压器不停电融冰方案和湖南在220kV电压及以下实施的停电短路融冰方案两种。 有条件的中、重冰线路也可试用。 【四】防冰：世界各国虽进行了很多研究，如导线外表涂料防冰及热力防冰等技术，但目前取得的新进展很少，难以保证重冰线路安全运行。 根据以上情况认为，在目前的条件下，中、重冰线路设计宜首先考虑采用避冰和抗冰措施，只有在条件合适时，才可考虑融冰、或防冰措施。 3.4 原重冰规定第1.4条的修改条文。 鉴于目前对中、重冰线路有关规律尚认识不足，亟需积极开展设计、运行经验总结和科学试验工作。这里，着重提出以下三方面工作： 1、冰凌资料的积累：切实掌握本地区冰凌的大小、特性和出现的规律是合理确定设计条件、减少冰害事故、提高线路运行可靠性的重要前提。60年代以来，随着线路建设的需要，有些单位搞过一些冰凌观测工作。比较长期的计有：330工程的关山观测站，陕西省的820观测站、湖南郴州地区的欧盐线观冰站，宝鸡局的秦岭观冰站，云南省内的东川海子头、昆明太华山和昭通大山包观冰站，四川雷波黄茅埂观冰站。近年建设的有三峡中低海拔〔1100～1800〕地区站，二郎山〔2987m〕、蓑衣岭〔2760m〕、拖乌山〔2600m〕、雪峰山〔1443m〕、娄山关〔1780m〕观冰站等，都取得很好的资料。其中黄茅埂观冰站比较正规，除架设观测线和观测塔外，还架设一段具有【二】【三】四分裂导线的试验线路，两档三塔共584m，同时在沿线附近增设了许多临时观冰点配合进行同步观测，从82年至96年连续观测了14年，为二滩～自贡500kV重冰线路建设提供了宝贵冰凌资料。但从全国范围来看，这项工作尚不能满足电网建设日益发展的要求，今后还需要进一步普及和加强。 2、设计运行经验总结：运行是检验设计和施工质量的唯一标准，也是衡量抗冰措施选择是否恰当，分析事故原因的重要实践场所。因此，应特别重视中、重冰线路的回访、调查和总结，不断加深对冰凌情况和冰害事故的认识。 3、开展科学试验研究工作，主要方面有： 〔1〕建立有效的线路覆冰计算模型，逐步做到应用气象参数、线路特性和地形因素等推断线路的覆冰情况； 〔2〕研究绝缘子串覆冰闪络的有效防护措施； 〔3〕探讨新的防冰、除冰和融冰方法。 3.5 新增条文 根据〝110～750kV架空输电线路设计技术规定〞的规定，110～750kV线路按设计荷载区分为两类等级，即330kV及以下等级线路设计冰厚按10m高30年一遇标准冰厚选取，750kV和500kV按10m高50年一遇选取。考虑到中、重冰线路事故率高，如果为提高其可靠性，加大设计荷载，那么又会使线路的投资和材料消耗显著增大。兹将西南地区部份重冰线路各冰区耗钢指标〔t/km〕对比列出如下： 表3－1
ｌ，ｈ＿＝几＝ Ｌ 电网设汁 重霞冰区５００ ｋｖ酒杯型钢管塔设计及试验研究 叨咖哪嘞嘞哑国： 盖
重覆冰区５００ ｋＶ酒杯型 钢管塔设计及试验研究
徐明鸣，何洪波 （ ｆ－同能源建设集 湖南省电力没计院有限公司，湖南长沙４１０００７）
摘要：５ＪＴ４３ｌ重覆冰区酒杯型单回路耐张塔，全高３９ ｍ，单基重量５７．１４ ｔ。整体采用钢管构件，除地线支架及 横担平面交叉斜材采用角钢构件，钢管材质为Ｑ３４５及Ｑ２３５。真型试验成功通过了大风、安装、断线及覆冰工 况等９个试验工况，未有构件明显损坏，表明该塔设计正确，节点型式合理，整体安全可靠。 关键词：输电线路：重覆冰区；酒杯型钢管塔：真型试验。 中图分类号：ＴＭ７５文献标志码：Ａ文章编号：ｌ６７ｌ－９９１３（２０１７）０５—００４５－０５
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ｃｕｐ—ｔｙｐｅ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｕｌａｒ Ｔｏｗｅｒ ｆｏｒ ５００ ｋＶ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ ｉｎ Ｈｅａｖｙ Ｉｃｉｎｇ Ａｒｅａ
ＸＹＵ Ｍｉｎｇ—ｍｉｎｇ，ＨＥ Ｈｏｎｇ－ｂｏ （Ｈｕｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４ １ ０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ５ＪＴ４３ １ ｃｕｐ—ｔｙｐｅ ａｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ｈｅｉｇｈｔ ３９ｍ ａｎｄ ｗｅｉｇｈｔ ５７．１ ４ｔ，ｉｓ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ・ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｗｅｒ ｆｏｒ ５００ ｋＶ ｈｅａｖｙ ｉｃｅ ｒｅｇｉｏｎｓ．Ｅｘｃｅｐｔ ｔｈｅ ｂｒａｃｅｄ ｐａｎｅｌ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｐｐｏ￣ｓ ａｎｄ ｃｒｏｓｓ ａｒｍ，ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ａｒｅ ａｐｐｌ ｉｅｄ ｉｎ ｗｈｏｌｅ ｔｏｗｅｒ． Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｔｅｅｌ ｉｓ Ｑ３４５．Ｔｈｅ Ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｔｅｓｔ ｈａｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｐａｓｓｅｄ ｎｉｎｅ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｎｅ ｂｒｏｋｅｎ ａｎｄ ｉｃｅ ｏｖｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｃｃｕｒａｔｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｔｏｗｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ；ｈｅａｖｙ ｉｃｉｎｇ ａｒｅａ；ｃｕｐ—ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｔｏｗｅｒ；ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｔｅｓｔ．
１概述 近年来，覆冰荷载对电力设备的影响受到 越来越Ｊ ‘泛的关注，覆冰灾害成为影响电网安 全的重要【天Ｊ素。输电线路不可避免穿越山区、 峡谷以及微地形区域等重覆冰地区，如何以较 小投资保证重覆冰地区输电线路安全是目前摆 在电网建设者面前的难题。重覆冰区铁塔的特 点是：需抵御覆冰情况卜各种不利冰风荷载组 合，在严重覆冰情况下不但覆冰荷载大，传统 的角钢结构，铁塔自身受到的风荷载也较大。 ５００ ｋＶ交流线路耐张塔在３０ ｍｍ及以上重覆 冰区主材需要采用组合角钢构件，铁塔构造特
别是节点构造复杂化，不同荷载组合卜传力路 线复杂，难以准确计算，给设计、加Ｉ：、安装 带来难度。如果采用钢管结构，一方面可以简 化铁塔结构型式，减小塔身覆冰荷载及塔身风 荷载，降低基础荷载；另一方面钢管构件管径、 厚度种类多，单构件承载能力大，能充分发挥 钢材强度，降低钢材指标。 目前，钢管塔在输电线路 ｌ：程中的应用越 来越广泛，国内针对ｌ０ ｍｍ及以下轻冰区线路 钢管塔设计关键技术、设计加啊Ｌ标准等研究取 得了较全面成果，而重覆冰区钢管塔应用在国 内尚未开展工作。本文对５００ ｋＶ耐张塔５ＪＴ４３ｌ 的关键设计及试验进行介绍和分析。
收稿日期：２０１６—０８－０３ 作者简介：徐明呜（１９８１。）， ，浙江富 人，研究 ，高级ｌ 帅，从事输电线路结构设计１ 作。
２０１７年１ｏ月第５期 ４５ 甘 骊ｌ＝凸－＿ ２酒杯型钢管塔设计 ２．１设计基本参数 ５ＪＴ４３ｌ酒杯 钢管耐张塔ｕ乎称高２７．０ ｍ， 铁塔根丌ｌ３．２ ｍ，塔 高度２８．５ ｍ，横于ｆ｝总宽 度３１．１ ｍ， 高３９．０ ｍ，单基 量５７．１４ ｔ。导 线 水平排列采用４×儿ＨＡ１／ＧｌＡ一４６５／６０， 地线采用ＸＧＪ—ｌ８０，设计水平梢距３００／１ ５０ ｍ， 难直１：、Ｊｊ距６４０／１６０ ｍ，５ＪＴ４３ｌ设计使用条件见 农１。
表１ ５ＪＴ４３１设计使用条件
２７ ３０ 兰 ｘ ｃ，０￣３（１ 、 ｊ ０ ＿： －！ 、 、 消杯掣耐张塔能彳丁效缓解采用“千”字型 耐张塔难以满４＋－足导地线脱冰跳跃要求的缺陷， 日．对ｒ ３０ ｍｍ～５０ ｍｍ重冰区， ‘般处于海 拔高、高差人的山地，耐张绝缘子串容易出现 拔 Ｉ ｉ．－压的情况，采用“＝Ｆ”字型耐张塔容 易 致耐张线央出口处导线对塔身和横担电气 ３真型试验 ３．１试验概况 ５ＪＴ４３Ｉ试验塔在－ＩＪ国电力科学研究院北京 良乡杆塔基地进行真型试验验证，加荷点通过 连仃测力传感器的钢丝绳 加荷用液压缸相连， ４６ ２ｏ１７年１０月第５期 距离不满足规程要求，对塔放电ｒＪ１起跳闸的啦 故。所以３０ ｍｍ及以上霞冰 的 ． 路耐张塔 推荐采用洒杯型塔。 本塔采用钢管及角铡组合结构，土材均采 用钢管构什，地线支架斜材及横 上卜 交 义斜材采川角钢构件，其余斜材均采用俐管构 件，钢管材质为Ｑ３４５及Ｑ２３５。塔身法 除变 坡处均采用Ｑ３４５锻造法兰，插板主要采用Ｃ 型及十字插板。 经过计算，Ｋ 点 采川插极连接型ｊ＝ ， ！Ｊ！ｆＪ在连接板与 管焊接端部 力集ｌ１１现象较为 严重，节点刚度较小，１ 点本身的位移较人。 敝重冰区酒杯型钢管塔Ｋ节 ｒ 推荐采刚十口贯焊 连接型式，适 １采用加劲肋以减少 力集 ｛】刈‘ ｌ＿１ 管局部承载力的影响，同时在支管 ｊｔ管火 角小于３０。，节点支管承载力计算可继续使用 现行规范汁算，并考虑 点次弯矩『天］素，建议 留１０％～ｌ５％以上的安全裕度。Ｋ ＾ 式见 图１、图２。
ｌ冬Ｉ２插板Ｋ 点喂式 加荷系统为液压闭环自动测控系统。位移测 采用令站仪，应变测量采用应变数 采集仪。 根据设计，选择了控制朴件较多和具有代 表性的 况进行试验。加荷级别按ｊ｛｛｛相天规定， 般］ 况加载川贝序为０—５０％一７５％一９０％一 ９５％一１ｏ０％一０，超载Ｉ：况加载顺序为０一 －：ｍ魁：几＝ ．Ｌ 电 设计 ， ．．ｊ。、 一 － －０ ． ／－ｂ 叨聊哪嘞唧嘧
５０％一７５ 一９０％一９５％一ｌ００％一１０５％一 １ｌ０ 一ｌ】５％一１２０％。本次试验分别进行了 安装（紧线、挂线）、断线、正常运行、不均匀 冰等Ｊ：况荷载试验，最 选取验算覆冰工况进 行超载试验，测试其抗冰能力。试验塔顺利通 过全部９项ｌ 况试验，未有构什明显损坏，试 验＿Ｊ：况及』Ｊｌ】载情况见表２。 表２试验工况及加载情况
１ 地线挂线（小转ｍ） １００％ 通过 ２ 线紧线（大转ｆｆＪ） ｌ００％ 通过 ３ 断 地、 线（小转ｆｆＪ） １００％ 通过 ４ 惭 、－ｔ，甘线（转ｆ『】 １００％ 通过 ５ ９０。人ｊｘＬ（人转加） １００％ 通过 ６ 改汁攫冰（人转珀） １００％ 通过 ７ 小均匀冰最人弯（小转ｆｎ） １００％ 通过 ８ 小均匀冰域人扭（小转舶） ｌ ００％ 通过 ９ 验算褴冰Ｉ夫转】．ｆｊ） ｌ２Ｏ％ 通过
３．２应变数据分析 试验应变测量数据量大，而３０ ｍｍ重冰区 耐张塔大多数构件均由验算覆冰工况控制，本 文选取了典型构件在验算覆冰工况下的应力数 据进行分析比较。图３为５ＴＪ４３ｌ单线图，图４ 为５ＴＪ４３ｌ应变片位置图。
图３ ５ＴＪ４３Ｉ单线图
图４ ５ＴＪ４３ １应变片位置图 由表３数据可知：（１）加载１００％设计荷载 时，构件理论与实测应力基本吻合，塔身及塔 腿结构布置简洁，传力清晰，相比于塔头，吻 合程度更好：（２）曲臂主材及塔腿主材的实测值 大于理论值，这主要是由于构件端部及Ｋ节点 的次弯矩引起的，其中Ｋ节点实测值较理论值 增加约９％，设计时必须考虑该因素：（３）各构 件实测应力均未超过材料的设计强度，表明设 计是合理而安全的。 由表４数据可知：（１）试验超载荷载到 ｌ２０％时，塔腿主材和塔腿辅助材已经超过了 材料的屈服强度，而构件并没有明显变形及破 坏，表明钢管构件具有较好的延性和承载能力； （２）从各加载跳级和应力增加的关系看，进入超 载条件Ｆ，杆塔变形大部分处于弹性状态，部 分构件渐入塑形状态，铁塔整体处于弹塑性变 形。主要表现为，随着超载级别的提高，各构 件实测应力增加的速率降低，已到达或接近材 料屈服强度的构件尤为明显。 由表５数据可知：（１）各挂点位移的理论 计算值普遍大于试验值，主要数值的偏差约为 ｌ５％：（２）因为钢管塔构件节点主要采用法兰和 插板，刚度较强，对构件端约束较大，而理论 计算无法考虑到这点，因此位移理论计算值大 于试验值是合理的。
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