[科普中国]-直线杆塔

直线杆塔是指用于架空线路直线段的杆塔。其导线用悬垂线夹、针型或支柱型绝缘子悬挂。交流特高压输电线路直线杆塔的设计形式主要采用猫头型塔。导线呈中相“V”串边相“I”串排列，中相导线与下相导线最小垂直距离为16m左右，两边相导线间最小水平距离为30m左右，因此可以将线路走廊减小到最窄，为节省线路走廊，减少拆迁费用，因此一般采用此种猫头型系列直线塔。

特高压交流直线杆塔的情况交流特高压输电线路直线杆塔的设计形式主要采用猫头型塔。导线呈中相“V”串边相“I”串排列，中相导线与下相导线最小垂直距离为16m左右，两边相导线间最小水平距离为30m左右，因此可以将线路走廊减小到最窄，为节省线路走廊，减少拆迁费用，因此一般采用此种猫头型系列直线塔。

直线杆塔的主要形式为猫头塔，除靠近特高压荆门变电站附近及汉江大跨越杆塔有部分杆塔形式为酒杯塔结构外，省内的诸多平原及丘陵地段皆为猫头塔。现将猫头型直线杆塔进行分析。

根据500kV输电线路上的运行经验，风偏问题除了要考虑设计风速、档内垂直荷载、杆塔电气间隙等问题以外，还应把重点放在绝缘子串的风偏角计算上，在500kV线路实际运行中发生过因风偏角过大而导致导线对塔身放电的现象。而风偏角的计算关键在于风压系数的取值，对此将参照超高压输电线路的运行维护经验为基础进行讨论1。

湖北省境内的气象环境情况通常情况下，500kV线路最大设计风速换算至离地10m基准高时的风速为26.85m/s，从已建成投产的500kV 线路运行情况来看，大风导致倒杆的情况极少出现，所采用的设计风速能满足该地区线路安全运行的要求，因此，1000kV 线路在湖北平原地区最大设计风速值取为27m/s。

采用以上的气象资料最大风速为27.51m/s（百年一遇，10m高处），根据山区线路风速与气象台站统计风速考虑1.1倍的系数，则风速为30.26m/s。为了便于比较风速值均折算到距地20m高的水平。

特高压交流输电线路的最大设计风速在平地和山区均已经超过了220kV、500kV和甘肃750kV的线路设计标准，即随着电压等级的提高，风速起算值也相应提高，杆塔荷载和风偏安全系数更大。500kV线路最大设计风速已经满足IEC的2类标准（150年一遇），而对1000kV线路推荐的最大设计风速接近于IEC的3类标准（500年一遇）。折算到距地10m高的水平标准可以得出如下的最大风速的推荐值：平地27m/s；山地30m/s。

风偏校核现状导线舞动对线路风偏的影响导线振动波沿导线呈“驻波”分布，波形为正弦波。而导线舞动实际上是一种复杂的垂直、水平和扭转的三维运动，因此导线舞动的出现带有明显的随机性，既有在覆冰和覆雪的导线上发生的，也有大跨越线段上发生的，也可在一般的线档内发生。导线舞动机理研究认为：当导线受到横向速度的风力作用时，导线将产生一个向上（下）加速度运动，即除了垂直运动外，还使导线受到一个空气动力力矩的作用而产生扭转和摆动，当扭转运动的频率与其垂直运动的频率同步时，就会产生导线舞动和摆动。

一般振幅加大0.3～3m ，最大者超过10m，表现在杆塔固定点上就会是顺线路方向的舞动和垂直线路的扭转摆动，这是极易引起线路风偏的一个重要原因。根据以往经验，在襄阳和荆门的部分地区存在有导线舞动区，在设计该线路走向时则避开了这些舞动区。

风速对导线风偏的影响风速是导线风偏的必备条件，不同风速有不同的影响，风速在5～25m/s（4～8级）时易发生导线跳跃，但在二级气象区内一般不会导致故障发生；大风易使导线发生不同期摆动，可能发生对附近物体或塔身的放电。特别是在微气象微地区，当风向垂直导线轴向夹角>45°时，易形成摆动发生风偏。

在引起导线风偏的主要因素中，故障点高差、应力、线路的档距、弧垂点与杆塔距离、悬垂串重量等均有着密切的关系。以重量最轻的21t双联合成绝缘子悬垂串为例，串长9750mm，整串结构高度11860mm，总重量为944kg。按照特高压设计风速为27m/s估算，可以满足运行要求。

在特高压杆塔中因其线路绝缘子串更长，故相同风偏角情况下带来的空气间隙减幅更大。值得注意的是，在计算校验风偏中，由于使用了合成绝缘子，其重量的减小和串长的增加对垂直档距丘陵地区均是不利的，在计算允许摇摆角满足要求的情况下，大风也容易发生风偏。在风比载计算时，多档使用相同参数而忽略了风的不均匀性的事实，各种风荷载计算的准确性值得商榷，大多基于静态力平衡原理而忽略了瞬态风的特性，对于风压不均匀的影响因素考虑的不够周全等。对于龙卷风或者飚线风的认识的气候气象资料的收集和区域划分有待进一步加强，根据实际条件合理提高局部风偏设计标准2。

总结由于交流特高压线路杆塔较高，档距和垂直档距、水平档距也较大，线路不经过微气象区。总体而言，交流特高压线路发生风偏的可能性较小。经过在500kV线路长期运行的实践中采用加装重锤等辅助措施，对抑制风偏有一定的效果。另一方面，在设计时，对沿线气象区的划分及分段，可针对每一小段、甚至每一档的具体情况采取相应的技术措施，同时适当加大线路部件的安全系数和设计裕度，并增加对导线风偏计算方法的研究。

由于风偏故障的发生常常带有明显的随机性，应进一步深入开展对有关微地形对风速的影响、局部地区大风等灾害性天气规律的研究，从而提高线路设计水平和减少输电线路风偏等故障的损失。由于国内专家曾提出过一些对策，但还未达到像防雷防污那样成熟的程度，总的来说，不论从理论还是具体的实施上均在进一步深入研究当中3。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学