ZS型单杆可活动式加高顶架的研制

 1  线路中存在的问题 
　　在地形和环境的局限性较大时，存在以下2种情况：①农村部分杆塔的对地距离不能满足运行规程中的要求，但因空间局限无法加高铁塔，只能使用顶架。②农村部分杆塔的跨越弱电线路中存在安全隐患，无法满足运行规程中的要求，但加高铁塔的费用较高，可在杆塔基础上加高顶架解决此问题（线地矛盾存在临界点，比如线下建筑物距线4 m时，只需提高1 m顶架即可满足运行要求）。 
　　2  加高组立铁塔 
　　加高时所用杆塔的型号和费用如表1所示。 
　　表1  加高时所用杆塔的型号和费用 
　　电压等级/kV 
　　线路名称 
　　杆塔型号 
　　费用/元 
　　更换杆 
　　塔型号 
　　加高费用/元 
　　停电时间/h 
　　35 
　　永寨 
　　ZS 
　　2 500 
　　ZM 
　　15 000 
　　48 
　　ZS 
　　2 500 
　　Z4 
　　5 000 
　　18 
　　ZS 
　　2 500 
　　ZM-21 
　　15 000 
　　45 
　　ZS 
　　2 500 
　　7725 
　　1 000 
　　45 
　　从表1中可以看出，更换杆塔的成本较高，需要耗费大量的人力和财力。 
　　3  重新设计线路走经 
　　原线路走经与变更后的线路走经对照图如图1所示。 
　　从图1中可以看出，变更后的线路走经与原线路走经差别较大。因此，需要重新设计定位并全面改造线路。此外，线路的张力等问题也需要重新计算、核对。 
　　架空导线长期处于应力的作用下，加之受到各种环境、导线质量、大负荷和导线初伸长等因素的影响，导致线长增加、导线弧垂增大。同时，随着线路周围环境的变化，也应全面加高对地不足的临界点。具体如图2所示。 
　　图1  原线路走经与变更后的线路走经对照图 
　　图2  线路对地临界点示意图 
　　4  具体的加高过程 
　　4.1  加高目标 
　　从整体的角度考虑后得出，杆塔在原有高度上加高1.5 m即可满足运行的要求。 
　　4.2  加高顶架的材料选取 
　　加高顶架材料应能适应牢固连接，且据有较高的可塑性，强度和拉力必须满足使用要求。小组成员走访了周边市场，从强度高、可塑性强、加工便捷等方面入手选择材料。经统计、计算各种材料的数据后表明，角钢的密度仅为工业纯铁的60%，但其强度高于钢，比强度（强度/密度）是现代工程金属结构材 
　　料中较好的。 
　　在详细分析了各国现有试验资料的基础上，提出了用于平面桁架设计的等效长细比计算公式，其主要特点是可以直接计算不同强度等级角钢压杆的长细比，并提出了连接肢宽厚比限值的计算公式。分析结果表明，对于设计单边连接的单角钢压杆，除应正确计算外，还应考虑构造措施的影响，且腹杆应配置在弦杆一侧;也需要考虑节点连接板的厚度、连接肢的宽厚比等。单边连接单角钢压杆的设计图如图3所示。 
　　图3  单边连接单角钢压杆的设计图 
　　经过综合对比分析，小组决定采用角钢为加高顶架的材料。 
　　4.3  加高顶架的稳定性分析 
　　角钢失稳时，截面弯曲轴不是弱主轴z，而是平行于连接肢的z轴（以下简称平行轴），偏离较小的斜轴试件处于受力偏心方向，即在垂直于连接板平面存在弯曲变形和失稳破坏。这是因为端部约束使角钢在桁架平面内的弯曲受到了很大的限制。具体如图4所示。 
　　图4  失稳时的弯曲轴 
　　当以短肢连接长肢外伸时，承载能力高于长肢连接，这是因为长肢外伸时的出平面弯曲刚度较大、稳定性较好。 
　　4.4  加高顶架角钢端部连接分析 　　当单角钢端部用焊缝连接时，仍按通常做法将角焊缝分配在连接肢的肢尖和肢背，具体如图5所示。 
　　图5  单角钢端部用焊缝连接时的具体分配 
　　单角钢腹杆的承载力会受到构造措施的直接影响。为了保证适用性，腹杆应配置在弦杆一侧，且节点连接板件必须达到一定的厚度。此外，连接肢的宽厚比也是设计时需要关注的问题，较短、细比较大的腹杆通常都能满足要求。 
　　单角钢腹杆设计的主视图和左视图如图6所示。 
　　图6  单角钢腹杆设计的主视图和左视图 
　　单角钢腹杆设计的抱箍分解图、下端顶架分解图和侧视图如图7所示。 
　　图7  单角钢腹杆设计的抱箍分解图、下端顶架分解图和侧视图 
　　单角钢腹杆设计的整体模具CAD制图和整体实物如图8所示。 
　　图8  单角钢腹杆设计的整体模具CAD制图和整体实物 
　　原有顶架和ZS单杆可活动式加高顶架如图9所示。 
　　图9  原有顶架和ZS单杆可活动式加高顶架 
　　5  结束语 
　　加高顶架满足了部分地形限制较大区域的安全需求，提高了线路的可靠性。采用该方法不仅缩短了工时和线路的停电时间，还大大降低了工作人员的劳动强度，从而提高了电网运行的可靠性，得到了良好的安全效益。 
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