一种重冰区特高压交流酒杯型直线塔

本实用新型涉及高压输电线路技术领域，尤其涉及一种重冰区特高压 交流酒杯型直线塔。

输电线路铁塔是支持高压、超高压或特高压架空送电线路的导线和 避雷线的构筑物。铁塔的结构主要包括塔身和横担两部分。横担是杆塔 中重要的组成部分，它的作用是用来安装绝缘子及金具，以支承导线、 避雷线，并使之按规定保持一定的安全距离。铁塔的塔身是纵截面为锥 形的立体桁架，桁架的横断面多呈正方形或矩形。立体桁架的每一侧面 均为平面桁架，每一侧面桁架简称为一个塔片。立体桁架的四根主要杆 成为主材。相邻两主材之间用斜材及水平材连接。各主材、斜材或塔片 等统称为构件。

根据铁塔在输电线路中的用途和功能一般可分为直线、耐张、转角、 终端、换位、跨越等六种类别的杆塔。其中，直线杆塔是支承导线、架 空地线的重力以及作用于它们上面的风力，而在施工和正常运行时不承 受线条张力的杆塔。另外，根据覆冰厚度的不同，线路可分为轻冰区、 中冰区、重冰区等。其中，重冰区指可能发生线路覆冰厚度在20mm及 以上的地区。

随着我国首条特高压输电线路试验示范工程的成功运行，更多跨区 域特高压输电线路建设已经启动。由于输送距离长,线路设计气象条件往 往比较复杂，当线路经过覆冰严重、资料缺乏的部分区域时，输电线路 冰害事故频发，特高压线路的覆冰环境参数及其防冰措施的设计面临极 大的困难与风险。如何根据重冰区的覆冰情况，合理地分析铁塔的受力 情况，从而设计出一个经济、可靠的铁塔，是特高压线路设计的一项极 为重要的工作。

现有的重冰区交流输电线路中，直线塔仅在500kV和220kV线路中 有应用经验，对于1000kV特高压交流直线塔仅在轻、中冰区有应用，在 重冰区尚无应用经验。目前，各电压等级单回路直线塔通常采用酒杯或 猫头形，其铁塔通常采用单角钢或组合角钢结构，具有结构简单的优点。

图1为现有轻冰区常用的酒杯型直线塔结构与布置形式示意图，该 直线塔包括导线横担06、地线横担05、上曲臂03、下曲臂02和塔身01。 其中，地线横担05连接在导线横担06上，采用仰角式连接，用于悬挂 地线。导线横担06的两端连接垂直悬挂的直线型绝缘子串04，用于悬挂 两侧的输电导线（此处称为下导线），横梁上连接有倾斜布置的两个绝缘 子串04，这两个绝缘子串04的另一端用于悬挂第三条输电导线（此处称 为上导线），这两个绝缘子串04与横梁呈三角形布置，图1中导线横担 06的右端示出了绝缘子串04发生摆动时的处于多个位置的情况。上曲臂 03与下曲臂02交于一点，并采用铰接的连接方式。

在重冰区，导线和绝缘子串04的覆冰厚度经常会达到20mm以上， 甚至大于30mm，导线和绝缘子串04在重覆冰情况下的重力增加，因此 会对导线横担06以及横梁施加很大的作用力，该作用力通过上曲臂03 和下曲臂02传递至塔身01的主材。当其中一侧的导线或绝缘子串04的 覆冰融化，或者两侧覆冰重量不同时，导线连同绝缘子串04对导线横担 06施加的作用力的大小也就不同，所以就会对导线横担06施加一个扭矩。 由于重覆冰的导线及绝缘子串04的重量往往很大，而上曲臂03与下曲 臂02交于一点且连接处为铰接结构，连接强度较低，因此，当覆冰载荷 传递至上、下曲臂的交点时，很容易发生节点位移、变形或弯曲，从而 导致输电线路安全事故的发生。可见，现有直线塔的结构布置不合理， 抗扭能力差。

另外，由于1000kV特高压输电线路需要采用大截面导线，在重冰区， 覆冰严重的导线会对横担产生很大的拉力，塔身前后两侧导线的覆冰情 况也经常会不同，进而对横担以及塔身施加扭矩，因此，要求用于特高 压的直线塔能够承受的外力比较大，同时要求直线塔的外形及结构的覆 冰抗扭能力也较大。导线横担的两端采用垂直悬挂的直线型绝缘子串， 导线在强风下容易发生摆动，同时由于电压等级和覆冰厚度的增加，其对 空气间隙、电磁环境、脱冰跳跃、导线水平偏移、防雷等电气要求均有所提 高，现有直线塔尺寸及布置方式均不能满足。

因此，如何解决重冰区特高压直线塔抗扭能力差的问题，是本领域 技术人员目前需要解决的技术问题。

有鉴于此，本实用新型提供一种重冰区特高压交流酒杯型直线塔，用 于解决重冰区特高压直线塔抗扭能力差的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种重冰区特高压交流酒杯型 直线塔，包括塔身、下曲臂和上曲臂，所述下曲臂连接于所述塔身，所述 上曲臂连接于所述下曲臂的上方，所述上曲臂上方连接有导线横担，地 线横担连接于所述导线横担的上方并与所述导线横担存在夹角，所述上 曲臂的四根主材与所述下曲臂的四根主材一一对应连接，且所述上曲臂 与所述下曲臂的四个连接点分别位于四边形的四个顶点，四个所述连接 点之间连接有支撑桁架。

优选地，所述导线横担连接于所述上曲臂的一端设置有第一绝缘子 串挂点，所述导线横担的另一端设置有第二绝缘子串挂点，且所述第一 绝缘子串挂点和所述第二绝缘子串挂点均连接有绝缘子串，两个所述绝 缘子串的另一端连接有导线，且两个所述绝缘子串与所述导线横担呈三 角形布置。

优选地，所述塔身的横截面为正方形桁架。

优选地，所述上曲臂的横截面和所述下曲臂的横截面均为矩形桁架。

优选地，所述导线横担与所述地线横担均为三角形桁架。

优选地，所述塔身、所述上曲臂、所述下曲臂、所述导线横担和所 述地线横担的组成构件均采用多个角钢，且多个所述角钢之间通过螺栓 连接。

优选地，所述角钢的材质为屈服强度大于或等于235MPa的碳素结构 钢。

优选地，所述螺栓为6.8级或8.8级螺栓。

本实用新型提供的一种重冰区特高压交流酒杯型直线塔，包括塔身、 下曲臂和上曲臂，所述下曲臂连接于所述塔身，所述上曲臂连接于所述 下曲臂的上方，所述上曲臂上方连接有导线横担，地线横担连接于所述 导线横担的上方并与所述导线横担存在夹角，所述上曲臂的四根主材与 所述下曲臂的四根主材一一对应连接，且所述上曲臂与所述下曲臂的四 个连接点分别位于四边形的四个顶点，四个所述连接点之间连接有支撑 桁架。本方案中的上曲臂的四根主材与下曲臂的四根主材一一对应连接， 且四个连接点之间连接有四边形桁架，即采用开口式连接，而不是采用 铰接的方式连接在一点，因此，增加了上曲臂与下曲臂的连接面积，提 高了上曲臂与下曲臂连接点的机械强度。当重覆冰状态的导线连同绝缘 子串对导线横担施加的作用力传递至上曲臂与下曲臂的连接处时，由于 本方案加大了上曲臂与下曲臂连接处的受力面积，机械强度得以提高， 所以，该布置形式可有效抵抗在施工和覆冰状态下节点的变形，有利于 不均匀冰情况下铁塔的整体稳定，从而提高了塔身的抗扭能力。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下 面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。

图1为现有轻冰区常用的酒杯型直线塔结构与布置形式示意图；

图2为本实用新型具体实施例方案提供的一种重冰区特高压交流酒 杯型直线塔的结构示意图；

图1中：

塔身-01、下曲臂-02、上曲臂-03、绝缘子串-04、地线横担-05、导线 横担-06；

图2中：

塔身-1、下曲臂-2、曲臂连接处-3、上曲臂-4、绝缘子串-5、地线横 担-6、导线横担-7、第二绝缘子串挂点-8、第一绝缘子挂点-9。

本实用新型的核心是提供一种重冰区特高压交流酒杯型直线塔，用于 解决重冰区特高压直线塔抗扭能力差的问题。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的 技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用 新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图2，图2为本实用新型具体实施例方案提供的一种重冰区特 高压交流酒杯型直线塔的结构示意图。

在一种具体实施例中，本方案提供了一种重冰区特高压交流酒杯型 直线塔，包括塔身1、下曲臂2和上曲臂4，铁塔采用酒杯式，可降低整 塔的全高，节约钢材。下曲臂2连接于塔身1，上曲臂4连接于下曲臂2 的上方，上曲臂4上方连接有导线横担7。地线横担6连接于导线横担7 的上方并与导线横担7存在夹角，即采用仰角式连接，用于悬挂地线。 导线横担7与地线横担6的端部均设置有用于连接绝缘子串5的矩形挂 架，矩形挂架设置有用于连接绝缘子串5的金具的V形桁架挂点，即横 担的端部采用鸭嘴式结构，如此可以使传力路径清晰，有效控制横担的 变形。

其中，上曲臂4的四根主材与下曲臂2的四根主材一一对应连接， 且上曲臂4与下曲臂2的四个连接点分别位于四边形的四个顶点，即曲 臂连接处3的四个连接点的顺次连线为一个四边形，四个连接点之间还 连接有支撑桁架，用于提高各主材之间的连接强度。三相导线均通过绝 缘子串5挂于导线横担7及塔头的横梁上，且采用双挂点。

本方案中的上曲臂4的四根主材与下曲臂2的四根主材一一对应连 接，且四个连接点之间连接有四边形桁架，即采用开口式连接，而不是 采用铰接的方式连接在一点，因此，增加了上曲臂4与下曲臂2的连接 面积，提高了上曲臂4与下曲臂2连接点的机械强度。当重覆冰状态的 导线连同绝缘子串5对导线横担7施加的作用力传递至曲臂连接处3时， 由于本方案加大了曲臂连接处3的受力面积，机械强度得以提高，所以， 该布置形式可有效抵抗在施工和覆冰状态下节点的变形，有利于不均匀 冰情况下铁塔的整体稳定，从而提高了塔身的抗扭能力，保证了输电线 路的安全运行。

优选地，导线横担7连接于上曲臂4的一端设置有第一绝缘子串挂 点9，即第一绝缘子串挂点9设置于导线横担7靠近上曲臂4的一端，也 可以将第一绝缘子串挂点9直接设置于上曲臂4的主材上；导线横担7 的另一端设置有第二绝缘子串挂点8，且第一绝缘子串挂点9和第二绝缘 子串挂点8均连接有绝缘子串5，两个绝缘子串5的另一端连接有导线， 且两个绝缘子串5与导线横担7呈三角形布置，即在沿导线走线方向观 察时，两个绝缘子串5呈V形布置。其余一相导线悬挂于塔头的横梁上， 也采用V形布置的绝缘子串5，即三相导线均采用V形布置的绝缘子串5 进行悬挂，如此设置，导线在强风下不易发生摆动，使导线与塔身1之 间保持一定的安全距离，从而满足了直线塔对空气间隙、电磁环境、脱 冰跳跃、导线水平偏移、防雷等电气要求。

输电线路的塔身断面形状一般有正方形和矩形两种。矩形布置时， 塔身断面的侧面尺寸较正面尺寸小；正方形布置时则侧面尺寸与正面尺 寸相等。当杆塔前后或左右两侧的导线覆冰情况不同时，塔身1侧面受 力较大。当塔身1采用正方形断面时，较采用矩形断面能够获得更大的 侧面空间尺寸，从而降低塔身1侧面构件的受力及材料规格。优选地， 本实施例方案的塔身1的横截面为正方形桁架，有利于抵抗侧向张力及 扭矩。另外，导线上的不均匀覆冰往往使杆塔承受扭矩的作用，杆塔承 受扭矩的能力一般与塔身1断面几何尺寸呈正相关，即断面几何尺寸越 大则杆塔抵抗扭矩的能力愈强。塔身1采用方形断面并放大塔头开口尺 寸，能使塔身断面获得更大的几何尺寸，从而提高杆塔抵抗扭矩的能力， 本方案中对塔头开口的具体尺寸不做限定，只要其能够抵抗重覆冰荷载 情况下的扭矩即可。优选地，上曲臂4的横截面和下曲臂2的横截面也 均为矩形桁架，曲臂连接处3之间连接的支撑桁架也就为矩形桁架。

优选地，本方案中的导线横担7与地线横担6均为三角形桁架，有 利于抵抗重覆冰下横担的变形，同时传力路径更清晰。

优选地，塔身1、上曲臂4、下曲臂2、导线横担7和地线横担6的 组成构件均采用多个角钢，且多个角钢之间通过螺栓连接，连接节点构 造简单且可靠。角钢材质采用Q235B、Q345B、Q420B等屈服强度大于 或等于235MPa的碳素结构钢，角钢的最大规格为L250×32。优选地， 螺栓采用6.8级和8.8级普通粗制螺栓。角钢构件采用螺栓连接可以允许 所有角钢构件在工厂制作，构件分体运至现场后通过螺栓拼接，没有现 场焊接，安装效率高、施工方便。

本方案提供的直线塔的具体尺寸可以根据其具体应用的环境来确 定，其尺寸需满足空气间隙、电磁环境、脱冰跳跃、导线水平偏移和地 线保护角等电气要求，并同时确保杆塔具有足够的结构刚度以减小受力 后的位移，故本方案对其尺寸不做具体限定。本方案设计的直线塔的结 构布置形式，可以使外荷载在结构范围内沿横担至主材的路径简洁、清 晰地传导至下部结构（即基础）。

本方案解决了在30mm重冰区，1000kV特高压交流单回路输电线路 架设时，其直线塔在重覆冰情况下结构的构造方式以及材料选择问题， 提高了铁塔的抗扭能力，保证了重覆冰情况下铁塔的安全性、可靠性和 经济性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或 使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型 的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不 会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和 新颖特点相一致的最宽的范围。