一種新型直線轉角桿塔的規劃設計
隨著國民經濟的發展，土地資源日益緊張，制約線路走徑的因素日益增加，線路走廊越來越難以獲得，路徑更加曲折，轉角塔用量和比例也逐漸上升。統計資料表明：近年新建線路平均耐張段長度不足3km。而常規轉角塔幾乎全部按耐張方案設計，耐張塔因承受導地線張力和角度荷載，其塔材、基礎及附屬的絕緣子、金具、跳線等材料的數量和規格都遠高於同樣的直線塔，這就直接增加了工程本體費用，對工程造價的影響越來越顯著。線路設計中若能有效降低耐張塔的用量，將能顯著降低線路的造價水平。
為此，根據線路轉角度數的差異，規劃設計兩種直線轉角塔，以替代常規耐張轉角塔。
設計理念
在國內外超高壓線路和特高壓線路中，為節約投資，降低工程造價，當線路轉角度數較小時，常使用直線轉角塔代替耐張塔。文章規劃設計採用懸垂串代替耐張串，這樣在轉角度數較大時，鐵塔前後兩側導線張力沿轉角內角方向的合力可將導線絕緣子串拉到足夠大的偏角，使其滿足電氣間隙要求。據此設計思路，根據轉角度數的差異，文章設計出了兩種不同形式的直線轉角塔。
當線路轉角度數小於20°時，擬採用常規的直線轉角塔設計方案，但為充分最佳化絕緣子串受力條件，設計出了L型絕緣子串；當線路轉角度數大於20°時，絕緣子串採用雙聯I型串，轉角內側直接將導線絕緣子串掛在塔身上，轉角外側採用在橫擔下方加裝掛線架以懸掛導線絕緣子串，構思方案圖如圖1所示：
圖1與常規直線轉角塔和耐張塔對比，上述構思方案具有如下優勢：（1）L型布置的絕緣子串，可最佳化鐵塔和絕緣子受力，限制導線搖擺角，縮小塔頭尺寸。（2）大轉角布置方案，轉角內側利用導線張力拉起導線絕緣子串，取消了導線橫擔，改善了鐵塔受力，減小了導、地線縱向荷載對塔身的扭矩；轉角外側採用在橫擔下方加裝掛線架手段，解決了帶電體對橫擔下平面的電氣間隙問題。（3）與常規耐張塔相比，直線轉角塔使用懸垂串代替耐張串，取消了跳線串，減少了絕緣子數量，簡化了塔頭間隙設計，具有顯著的經濟效益。
塔頭規劃設計
直線轉角塔塔頭間隙規劃與直線轉角塔塔頭間隙規劃方法一致，即在考慮導線張力的影響下計算出導線絕緣子串在各種工況下的風偏角，並計及鐵塔出口處導線弧垂和跳線小弧垂的影響，確定出滿足電氣間隙的最小塔頭尺寸（以220kV電壓等級計算分析）。
公式1根據式（1）計算出不同工況下導線絕緣子串風偏角，如表1所示：
表1根據表1的計算結果，規劃設計出適用於不同轉角度數的直線轉角塔間隙園和單線圖。
直線轉角塔的絕緣子串、金具規劃設計
1.小轉角時絕緣子串規劃設計
L型懸垂串由V型懸垂串演變而來。V型懸垂串適用於不兼角或兼角度數較小的直線塔。正常運行時其兩肢荷載基本一致，受力處於平衡狀態，當線路兼角時，其兩肢受力不再平衡，嚴重時可能出現一肢受拉而另一肢受壓的情況，極端情況時可能因受力不均勻而導致碗頭脫落而調串。L型懸垂串正是基於這種情況而提出的。
與V型串夾角取值原理一致，L型串單肢夾角過大，會造成絕緣子串負荷及塔窗相應增大，夾角過小，單支絕緣子串受壓嚴重，會造成絕緣子串斷聯。L型串夾角應根據鐵塔兼角大小，並計算I型懸垂串搖擺角波動範圍而確定。
綜上分析，推薦本工程L型串卸載角按10°控制，兩肢夾角取100°，規劃設計的串型結構如圖2所示：
圖22.大轉角時絕緣子串規劃設計
直線轉角塔同時具有直線塔和轉角塔的特點，導線絕緣子串與鐵塔的連線方式與直線轉角塔相似，塔頭尺寸由絕緣子串搖擺角決定，導線和絕緣子串的連線方式可根據導線開斷與否分為懸垂和耐張兩種導線連結方式，其分別採用懸垂線夾和耐張線夾。
直線轉角塔採用懸垂連線方式時，絕緣子串連線順直，結構簡單，受力清晰，安裝施工便捷；採用耐張連線方式時，線路前後側導線均通過液壓方式與金具相連，絕緣子串可以承受導線全張力，但絕緣子串結構相對複雜，安裝施工難度較高，造價也比懸垂連線方式高，故推薦直線轉角塔大轉角時絕緣子串採用懸垂連線方式。
直線轉角塔隔離事故功能分析
直線轉角塔前後兩個耐張段的張力是聯動的，在放線施工過程中，前後兩個耐張段代表檔距應取同一數值。線路運行過程中，當電線斷線或氣象條件發生改變時，由於檔距、高差和荷載的不同，會產生不平衡張力。尤其當線路一側斷線時，絕緣子串將完全偏向未斷線的一側，使相鄰直線塔兩側出現較大的張力差。直線轉角塔能否起到隔離事故的作用，關鍵在於一側斷線後，能否保證另一側（未斷線側）直線塔不發生傾覆線路導線斷線情況。
公式（2）-（6）
公式（7）（8）根據相關數據可知：當線路相導線斷一根時，直線塔兩側張力差很小，遠小於其設計允許的不平衡張力，不會造成直線塔因斷線而倒塔的情況。我國220kV以上線路相導線大都採用分裂導線。運行經驗表明：一相導線全斷的可能性非常小，即使在2008年因百年不遇的雪災導致全國範圍內大面積倒塔的情況下，也沒有發生一相導線全斷的情況。考慮到規程規定耐張塔斷線工況時張力差取一相導線最大使用張力的70%，而非100%，故當發生一相導線全斷故障時，常規耐張塔也不能起到隔離事故的作用。綜上可知，直線轉角塔在隔離事故的性能上，與常規耐張塔是一致的。
（1）直線轉角塔技術上安全可靠，可有效代替常規耐張塔。（2）轉角度數小於20°時，推薦直線轉角塔採用L型絕緣子串；轉角度數大於20°時，推薦直線轉角塔採用雙聯I型絕緣子串，懸垂聯接方式。（3）直線轉角塔在隔離事故的性能上，與常規耐張塔是一致的。（4）與鼓型轉角塔相比，同呼稱高下的直線轉角塔單基塔重降低約25%左右，造價降低約27%～30%，走廊寬度縮小約4～5m，具有良好的經濟和社會效益。（5）考慮到直線轉角塔不能完全取代耐張塔的功能，建議實際工程中直線轉角塔與常規耐張塔交叉使用，以達到延長耐張段長度、降低工程造價的目的，並為未來推廣套用積累經驗。
