时间：2022-10-28 08:36:07
摘要：强台风袭击给沿海地区经济带来严重损失，尤其是对高位杆塔的危害较为显著。文章根据相关理论数据及相关设计要求，分析了台风对高位杆塔的影响，针对现有的防台风措施，以旋涡理论为主，假设高位杆塔节点处加装圆环抱箍，达到在比较经济的情况下对现有高位杆塔进行改造，以提升防台风的能力。
关键词：强台风;近海地区;高位杆塔;防风设想;旋涡理论 文献标识码：A
中图分类号：TM75 文章编号：1009-2374（2015）02-0043-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0120
2013年南方都市报《各方支援送光明――广东“天兔”台风受灾地区昨晚供电基本抢通》中报道：“9月22日在汕尾登陆的‘天兔’强台风对我省，特别是粤东地区电网造成严重破坏，全省110kV以上电网线路跳闸354条次，铁塔倒塌8基，10kV及以下电杆倒杆4万多根，2000多千米线路受损坏。”因此，提升高位杆塔防台风能力显得尤为重要。
1 台风简述及相关数据
台风，中心持续风速在12～13级（即32.7～41.4
米/秒）的热带气旋为台风（typhoon），是自然灾害的一种。台风过境常伴随着大风和暴雨或特大暴雨等强对流天气。风向在北半球地区呈逆时针方向旋转，所以我国所说的防台风就是说防最大风速12级以上（32.7米/秒以上）逆时针旋转的台风。据《中国天气台风网》的资料显示：2010年以来，我国沿海登陆的风速达12级的台风：2010年6起台风登陆我国，2011年7起台风，2012年6起，2013年9起，2014年9月止5起。登陆地点多为浙江、福建、广东、海南。
2 防台风的设计要求
根据《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB/T 11022-2011）对户外设备的要求风速不超过34米/秒v相应于圆柱表面上的700Paw，高位电力、通信杆塔的的抗台风设计基本分为如下六个方面：（1）加重;（2）提高防风设计系数;（3）降铁塔高度;（4）固定铁塔上的零部件;（5）防止钢管构件的涡激振动;（6）调整直线杆塔纵向不平衡张力，控制耐张段长度。此几项研究电网及设计单位都进行了相应的研究，但几项都适用于新建杆塔且投资增大较多。从投资及抗台风的综合考虑，对高位杆塔如电杆、避雷针、通信铁塔等，设计的一般要求是防风速35米/秒（12级台风）。2008年前的设备防风基本为此，2008年雪灾后期各地重视自然灾害（风、雪、地震等），在设计上提高了防风参数，对以前的设备进行了相应的加固（如增设挡土墙、加固基础），但据官方的电力倒杆统计，2010年以来沿海地区在高位杆塔设备台风来袭时尚有倒杆或折断的现象。
3 台风对高位杆塔的影响
现有的高位杆塔国内基本上采取的是加挡墙，锚固，对台风被动防御，这造成了现有多节高位杆塔抗风能力差，台风来袭时易出现倾倒或折断的现象（如图1所示，铁路及通信的高位杆塔都存在此现象），给经济造成了巨大的损失。
图1 高位杆塔倾倒
4 防台风的现有措施
根据南方电网《输电线路防风综合措施》的风洞试验专题研究报告的相关结论：铁塔横担较长时，宜在横担中间位置设置竖向隔面以提高横担抗扭刚度（如图2所示）。铁塔扭转频率过低时，在振型上主要表现在塔头的变形，需加强塔头和塔身及连接部位的刚度;试验结果和理论计算均表明加强塔头斜材对减小扭转振动效果较好;加强塔头斜材和主材可以提高塔头的抗扭和抗弯刚度。
图2 竖向隔面
5 综合防风措施的工程实践
5.1 直线塔改造
在2009年9月24日发生风速达15级的超强台风黑格比，超出了线路的最大风速设计能力12级，导线风偏超过了塔身的安全距离，导致台山电厂沿海送出线路：220kV铜唐甲线、220kV铜唐乙线、220kV铜水线、220kV铜能线发生多次跳闸。要求对不满足风偏要求的220kV铜唐甲线#1-#49塔段、220kV铜唐乙线#1-#43塔段、220kV铜水线#1-#12塔段、220kV铜能线#1-#46塔段直线塔进行改造。对原塔窗尺寸进行扩大，同时增大悬垂绝缘子串的摇摆角度，提高设计风速在原来30米/秒的基础上增加5米。
施工注意事项：（1）因为在施工过程中需要更换较多的塔材，在施工前先在Z633、Z634塔型上进行试装，试装没问题后再对其他线路的塔材进行加工，这样就减少了因加工原因而增加施工的困难，也避免了塔材在施工中无法更换的现象;（2）在施工过程中，尤其注意耐张段内的导地线，在塔材更换前应先对其进行松拆。更换的新加工的塔材要看其尺寸是否与原尺寸相符，不相符的塔材要及时请施工单位与设计及制造厂进行联系，确认其尺寸是否正确，绝不能盲目施工，造成塔材变形;（3）在这次施工中只需要更换上曲臂外侧面、边横担及相应的斜材和辅材，与之对应面不需更换，对于需要更换的塔材均按照原来的布置方式进行布置，这就需要我们注意新加工塔材的编号及位置是否与原来相符。
5.2 “干”字型耐张塔中相跳线防风偏改造方案
独立挂点的双绝缘子串加装支撑槽钢可以对“干”字型铁塔中相防风偏装置进行改造，在改造中两绝缘子串中间的距离一定要取好，最好在1.5～1.8米之间。首先两绝缘子产生的不同期摇摆可以减小部分风力，缩小了风偏摇摆的角度的同时增大了引流线与塔身主材的空气间隙;其次在原来的单串玻璃绝缘子的基础上采用双放风偏绝缘子串，比原来的单绝缘子串增加了近一倍的重量，这样在很大程度上缩小了跳线的摆动幅度，减少了刮风时跳线风偏对塔身放电导致线路跳闸的
风险。
5.3 “干”字型耐张塔边相跳线防风偏改造方案
对“干”字型耐张塔边相跳线防风偏装置改造时可以把防风偏合成绝缘子串上端垂直固定在外侧杆塔横担头水平铁上，这样可以缩小外侧跳线的摆动幅度。该防风偏绝缘子端采用金具的“T”形端头与铁塔横担相联接，既保证了连接的稳定性，也增加了两者之间的接触面积，此外还增加了绝缘子的重量，使其防风偏能力更强，降低了风偏放电事故的发生几率，同时绝缘子玻璃引拔棒的柔韧性较好，能有效地应对瞬时风偏产生的大力矩，保证发挥合成绝缘子承受拉伸及弯曲载荷，对预防跳线风偏跳闸事故也起到了有效作用，对线路的安全也提供了保障，较强的柔性和抑制风偏的能力也增强了承受风偏摆动的能力。
6 防台风的假设
6.1 防风设想
在高位杆塔上节点连接处（即主材分段连接处）加装一圆环形的抱箍，如图3所示：即相当于在铁塔的腰部加装皮带。
图3
6.2 受力分析
除掉各种零件，在腰部受力简化如图4所示：
横隔面受力 横隔面单环抱箍 横隔面圆环抱箍
图4
根据旋涡理论，旋涡中心的受力是最小的，基本上对连接点的螺栓受力减少，提高了螺栓的抗剪抗弯能力。以风速V作用于截面简化分析如下：
图5
根据伯努利方程得出WP=V2/1600（风速估算风压的通用公式）。
圆柱受力（以顺时针旋转分析，方向相反，受力一样）。
沿圆柱表面对压力积分得理想流体对旋转圆柱体作用力的合力。
图6
作用在dS上的压力：
作用在整个表面上的压力：
在圆柱表面，法线方向为：
作用在单位长度圆柱体上：
阻力：
升力：
单位长圆柱所受到的升力：
图7
升力的大小：等于密度、流速、环量、柱体长度的乘积。
升力的方向：沿来流逆速度环量旋转90°所对应的方向。
在理想分析状态下，可得出单位圆柱受的力较单位方体受力少。此状态以顺时针台风分析，逆时针分析的结果一样可得出圆形受力比方形受力少。
6.3 经济分析
简单、方便、投资成本少。从投资分析，在横隔面上加装圆形抱箍，成本低，对于已有的高位杆塔可以在较少投资的基础上达到提升抗风能力的目的。
7 结语
综上所述，在高位杆塔的连接节点加装上加装抱箍，达到提升防台风能力。此假设基于理想状态，且防台风的试验尚未进行，需相关人员进行试验，达到经济防台风。
参考文献
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[2] 南方电网.输电线路防风综合措施[S].
[3] 110～750kV架空送电线路设计技术规范（DL/T 5092）[S].北京：中国电力出版社，2010.
[4] 张海兵，黄坤，何发亮，黄梓容.110kV/220kV防风偏硬跳线复合绝缘子[J].广东电力，2010，（2）.
作者简介：张桂棠（1975-），男，广东清远人，供职于广东深茂铁路有限责任公司，研究方向：电气工程。