一種750kV酒杯複合橫擔塔的製作方法

2023-10-19 22:13:12

本實用新型屬於電力設備領域，涉及一種輸電桿塔結構，尤其是涉及一種750kV酒杯複合橫擔塔。

背景技術：

請參閱圖1所示，目前輸電桿塔結構主要採用全鋼製結構，耗費大量鋼材，消耗了大量的礦產能源，造成生態環境的嚴重汙染。並且線路杆塔採用全鋼製結構，存在質量重、施工運輸和運行維護困難等問題，因此採用新型塔材成為輸電桿塔領域的一種新趨勢。

複合材料(FRP)由於具有高強、輕質、耐腐蝕、加工容易、可設計性和絕緣性能良好等優點，越來越為工程界所重視，特別是為輸變電行業工程應用所親睞，是取代鋼材建造輸電桿塔結構的理想材料之一。近年來，隨著複合材料成本的進一步降低和工藝的不斷進步，國內複合材料杆塔的研究日益增多，並逐漸成熟。

對於複合材料杆塔，以往國內外的研究主要集中在「單杆式」上，近年來，對格構式的研究也逐漸增多，這主要是因為複合材料的彈性模量和抗壓強度均較低，單杆結構的承載力難以滿足高電壓大負荷杆塔的強度和剛度要求，因此高壓、超高壓輸電線路複合材料塔應採用「構構式」的結構型式。

對于格構式複合材料杆塔，已在寧東-山東±660kV直流輸電示範工程和750kV新疆與西北聯網第二通道工程中進行了試點應用，取得了較大的經濟效益，但採用了幹字型的結構型式，型式不美觀，同時由於橫擔不對稱，受力相對不合理，造價相對較高。

技術實現要素：

本實用新型目的在於克服現有技術方案的不足，提供了一種受力平衡、構造簡單、造價較低的750kV酒杯複合橫擔塔。

為達到上述目的，本實用新型專利是採取如下技術方案予以實現的：

一種750kV酒杯複合橫擔塔，包括兩套邊相複合材料橫擔、一套中相複合材料橫擔、一套鋼結構塔窗、兩套鋼結構地線支架和一套鋼結構塔身；塔窗的底部固定於鋼結構塔身的頂部上，兩套邊相複合材料橫擔設置於塔窗中部兩側，兩套鋼結構地線支架設置於塔窗頂部兩側；中相複合材料橫擔設置於塔窗內部；邊相複合材料橫擔包括兩根複合材料管型主材、兩根複合材料絕緣子串以及邊相鋼掛點裝置；複合材料管型主材包括複合材料構件、複合材料構件兩端的鋼套管和C型插板連接件；兩根複合材料管型主材的端部鋼套管均與邊相鋼掛點裝置連接，兩根複合材料管型主材的根部鋼套管和C型插板連接件與塔身連接；複合材料絕緣子串的兩端通過U型環連接件分別與邊相鋼掛點裝置和塔窗連接；中相複合材料橫擔包括四根複合材料管型構件、四根複合材料絕緣子串吊材以及中相鋼掛點裝置；複合材料管型構件包括複合材料構件、複合材料構件兩端的鋼套管和C型插板連接件；四根複合材料管型構件的端部鋼套管均與中相鋼掛點裝置連接，四根複合材料管型構件的根部鋼套管和C型插板連接件與塔身連接；複合材料絕緣子串吊材的兩端通過U型環連接件分別與中相鋼掛點裝置和塔窗連接。

進一步，複合材料絕緣子串設置於複合材料管型主材上方，對應位於同一側的複合材料絕緣子串和複合材料管型主材沿塔窗坡度方向上的投影重合；邊相鋼掛點裝置和兩根複合材料管型主材之間連接後呈「V」形。

進一步，所述複合材料管型主材、複合材料絕緣子串上均帶有傘裙；複合材料管型主材和複合材料絕緣子串的端部均設有均壓屏蔽環。

進一步，邊相複合材料橫擔和中相複合材料橫擔的材質為玻璃鋼。

進一步，塔窗與鋼結構地線支架和鋼結構塔身的連接處均為角鋼，邊相複合材料橫擔和中相複合材料橫擔一端直接與塔窗的角鋼構建連接，另一端直接與邊相鋼掛點裝置和中相鋼掛點裝置連接。

進一步，複合材料構件端部連接件為全鋼製結構，通過樹脂將鋼製連接件—鋼套管式節點、U型環連接件以及C型插板連接件分別固化連接在複合絕緣子串吊材、複合材料管型主材端頭。

進一步，邊相鋼掛點裝置包括一個鋼管、圍繞鋼管連接的一塊連接板和兩塊掛線板，連接板和兩塊掛線板與鋼管之間連接有加勁板。

本實用新型的750kV酒杯複合橫擔塔，相對於現有技術，本實用新型的優點是：

1、受力合理：橫擔左右對稱，受力平衡；

2、型式美觀：採用了改進型的酒杯方案，型式優美，構造簡單。

3、造價低：與常規角鋼酒杯塔相比，鐵塔重量降低約11.9％，基礎混凝土方量降低27.8％，綜合造價降低約5.9％；

4、走廊寬度省:與常規角鋼酒杯塔相比,走廊寬度節省4.0m，達11％，有利用減少房屋拆遷量和節省土地資源；

5、降低風偏閃絡事故機率：由於利用了複合材料的絕緣特性，取消了輸電桿塔結構的懸垂絕緣子串吊材，降低了輸電線路風偏汙閃事故機率，提高線路安全運行水平；

6、接地方便：通過合理的布置，使得鋼結構部分連續，實現了接地防雷的目的。

本實用新型通過鋼結構剛度彌補了材料剛度的不足，增加了複合材料塔的剛度和承載力，便於在高壓、超高壓以及特高壓輸電線路工程中推廣應用。同時該實用新型專利公開的750kV酒杯複合橫擔塔的地線支架與地線相接，地線支架與塔窗的角鋼相連，塔窗與塔身鋼結構相連，實現接地引下，達到防雷的目；通過保證導線掛點到任何金屬件的距離均滿足絕緣距離來達到塔頭絕緣的目的；通過各構件組成空間空間桁架體系傳遞荷載；通過複合材料構件表面的傘裙，增加橫擔的爬電比距；通過均壓環改善電場分布。

運行維護成本低：由於複合材料具有耐腐蝕、耐高低溫、被盜可能性小的特點，降低了線路的維護成本。

【附圖說明】

圖1為傳統全鋼製酒杯型輸電桿塔的結構示意圖；

圖2為本實用新型750kV酒杯複合橫擔塔單線圖；

圖3為本實用新型750kV酒杯複合橫擔塔電氣工作原理圖；

圖4a為本實用新型750kV酒杯複合橫擔塔邊相橫擔側視圖；

圖4b為本實用新型750kV酒杯複合橫擔塔邊相橫擔仰視圖；

圖5a為本實用新型750kV酒杯複合橫擔塔中相橫擔側視圖；

圖5b為本實用新型750kV酒杯複合橫擔塔中相橫擔仰視圖；

圖中：複合材料管型主材1、複合材料絕緣子串2、複合材料絕緣子串吊材3、複合材料管型構件4、鋼結構地線支架5、塔窗6、鋼結構塔身7、邊相鋼掛點裝置10、第一鋼套管11、第二鋼套管12、C型插板連接件13、均壓環14、U型環連接件15、中相鋼掛點裝置16。

【具體實施方式】

以下結合附圖及實例對本實用新型作進一步的詳細說明。

如圖2所示，本實用新型一種750kV酒杯複合橫擔塔，包括兩套邊相複合材料橫擔、一套中相複合材料橫擔、塔窗6、兩套鋼結構地線支架5和鋼結構塔身7。

塔窗6的底部固定於鋼結構塔身7的頂部上，兩套邊相複合材料橫擔設置於塔窗6上部兩側，兩套鋼結構地線支架5設置於置於塔窗6頂部兩側。塔窗6與鋼結構地線支架5和鋼結構塔身7的連接處均為角鋼。中相複合材料橫擔設置於塔窗6內部。

邊相複合材料橫擔包括兩根複合材料管型主材1、兩根複合材料絕緣子串2以及一套邊相鋼掛點裝置10，一根材料管型主材1和一根複合材料絕緣子串2連接形成一個面，兩根複合材料管型主材1和兩根複合材料絕緣子串2一端均相連後連接邊相鋼掛點裝置10，兩根複合材料管型主材1和兩根複合材料絕緣子串2另一端均與塔窗6連接。

請參閱圖4a和圖4b所示，複合材料管型主材1包括複合材料構件，複合材料構件兩端分別設有第一鋼套管11和第二鋼套管12和C型插板連接件13。

邊相複合材料橫擔包括兩根複合材料管型主材1，兩根複合材料管型主材1的第一鋼套管12和C型插板連接件13通過螺栓與邊相鋼掛點裝置10連接固定；第一鋼套管12上固定有均壓環14。兩根複合材料管型主材1的鋼套管11和C型插板連接件13與塔窗6定連接。邊相鋼掛點裝置10、兩根複合材料管型主材1之間連接後近似呈「V」形狀。

複合材料絕緣子串2的兩端通過U型環連接件15分別與邊相鋼掛點裝置10和塔窗6固定連接。

複合材料管型主材1、複合材料絕緣子串2的材質均為玻璃鋼。

邊相鋼掛點裝置10包括一個鋼管、一塊連接板、兩塊掛線板和加勁板。

中相複合材料橫擔包括四根複合材料絕緣子串吊材3、四根複合材料管型構件4以及一套中相鋼掛點裝置16。

請參閱圖5a和圖5b所示，中相複合材料橫擔包括四根複合材料絕緣子串吊材3和四根複合材料管型構件4，每根複合材料絕緣子串吊材3對應一根複合材料管型構件4形成一個面，四根複合材料絕緣子串吊材3和四根複合材料管型構件4一端均連接後連接中相鋼掛點裝置16，四根複合材料絕緣子串吊材3和四根複合材料管型構件4另一端均與塔窗6連接。複合材料管型構件4包括複合材料管和設置於複合材料管兩端的連接件；複合材料絕緣子串吊材3和複合材料管型構件4通過其兩端的連接件連接塔窗6和中相鋼掛點裝置16；複合材料管的材質均為玻璃鋼。

鋼結構地線支架5和鋼結構塔身7均由若干角鋼構件組成。

按照上述技術方案實現的750kV酒杯複合橫擔塔，通過樹脂將鋼套管式節點、U型環連接件以及C型插板連接件分別固化連接在複合材料管型主材、複合絕緣子端頭，並用螺栓將複合材料管型主材、複合絕緣子連接成整體，構成格構式複合材料酒杯塔頭。通過結構剛度彌補了材料剛度的不足，增加了複合材料塔的剛度和承載力，便於在高壓、超高壓以及特高壓輸電線路工程中推廣應用。

(1)複合材料構件端部連接件

複合材料構件端部連接件為全鋼製結構，通過樹脂將鋼製連接件—鋼套管式節點、U型環連接件以及C型插板連接件分別固化連接在複合材料管型主材、複合絕緣子串吊材端頭。

(2)格構式複合材料絕緣橫擔

通過螺栓將複合材料構件端部連接件將兩根複合材料管型主材、兩根複合材料絕緣子串吊材和一套導線掛點裝置連接成整體，構成格構式複合材料塔。

(3)750kV酒杯複合橫擔塔的受力原理

750kV酒杯複合橫擔塔為一個空間桁架體系統，它是利用複合材料本身的絕緣特性，實現絕緣的目的，同時通過表面的傘裙，增加橫擔的爬電比距；通過均壓環改善電場分布。同時將導線荷載以及橫擔風荷載轉換成750kV酒杯複合橫擔塔構件的軸向荷載，將荷載傳遞至鋼結構塔身。橫擔和塔頭其中壓力由兩根複合材料管型主材傳遞至塔身；而拉力通過兩根複合材料絕緣子串吊材傳遞到塔身。

(4)750kV酒杯複合橫擔塔的防雷和接地

750kV酒杯複合橫擔塔的接地是通過外部鋼結構構件實現的，由鋼結構地線支架5與地線相接，沿著塔窗6和鋼結構塔身7相連，達到接地防雷的目的。

(5)750kV酒杯複合橫擔塔的絕緣配置

750kV酒杯複合橫擔塔通過保證導線掛點到任何金屬件的距離均滿足絕緣距離來達到塔頭絕緣的目的。絕緣距離主要是通過對不同電壓、海拔高度和汙穢等級進行絕緣配置而確定。同時，對於操作過電壓和空氣間隙影響的空氣間隙圓的範圍內，均採用複合材料構件，實現絕緣的目的，如圖3所示。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施方式僅限於此，對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本實用新型由所提交的權利要求書確定專利保護範圍。