CN206636300U - 一种干字型复合横担耐张塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干字型复合横担耐张塔，包括两套边相复合材料横担、上相钢结构挂架、两套钢结构地线支架和钢结构塔身；两套边相复合材料横担设置于钢结构塔身中部两侧；上相钢结构挂架设置于钢结构塔身中上部一侧；两套钢结构地线支架设置于钢结构塔头顶部两侧；将钢结构塔头、钢结构塔身和钢结构塔腿，复合材料管型主材、复合绝缘子以及复合材料斜撑和水平支撑连接成整体，通过结构刚度弥补了材料刚度的不足，增加了复合材料塔的刚度和承载力，便于在特高压以及超高压输电线路工程中推广应用。

Description

一种干字型复合横担耐张塔

【技术领域】

本实用新型属于电力设备领域，涉及一种输电杆塔结构，尤其是涉及一种干字型复合横担耐张塔。

【背景技术】

目前的输电杆塔结构主要采用全钢制结构，耗费大量钢材，消耗了大量的矿产能源，造成生态环境的严重污染。并且线路杆塔绝大多数采用全钢制结构，存在质量重、施工运输和运行维护困难等问题，因此采用新型塔材成为输电杆塔领域的一种新趋势。

复合材料(FRP)由于具有高强、轻质、耐腐蚀、加工容易、可设计性和绝缘性能良好等优点，越来越为工程界所重视，特别是为输变电行业工程应用所青睐，是取代钢材建造输电杆塔结构的理想材料之一。近年来，随着复合材料成本的进一步降低和工艺的不断进步，国内复合材料杆塔的研究日益增多，并逐渐成熟。

对于复合材料杆塔，以往国内外的研究主要集中在“单杆式”上，近年来，对格构式的研究也逐渐增多，这主要是因为复合材料的弹性模量和抗压强度均较低，单杆结构的承载力难以满足高电压大负荷杆塔的强度和刚度要求，因此高压、超高压输电线路复合材料塔应采用“格构式”的结构型式。

对于格构式复合材料杆塔，仅仅在悬垂塔上得到了应用，还从未在耐张塔上试点应用，通过解决耐张塔的核心问题即铁塔构件长期承受纵向不平衡张力的问题来设计出复合横担耐张塔，以便在工程中试点应用具有重要的意义。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种干字型复合横担耐张塔，满足高电压大负荷杆塔的强度和刚度要求。

为达到上述目的，本实用新型是采取如下技术方案予以实现的：

一种干字型复合横担耐张塔，包括钢结构塔头、钢结构塔身和钢结构塔腿；两套边相复合材料横担设置于钢结构塔身中部两侧；上相钢结构挂架设置于钢结构塔身中上部一侧；两套钢结构地线支架设置于钢结构塔头顶部两侧；

边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材、两根复合材料绝缘子串、两根复合材料斜撑杆、一根复合材料水平支撑杆以及钢挂点装置；一侧的复合材料绝缘子串的一端与所述钢结构塔身连接，另一端与所述复合材料管型主材的一端连接，所述复合材料管型主材的另一端与所述钢结构塔身连接，复合材料斜撑杆一端与钢结构塔身连接、另一端与复合材料管型主材中部连接，钢挂点装置连接在复合材料管型主材与复合材料绝缘子串连接的一端；复合材料斜撑杆和复合材料绝缘子串均设置于复合材料管型主材上方，对应位于同一侧的复合材料斜撑杆、复合材料绝缘子串和复合材料管型主材在竖直方向上的投影重合；复合材料水平支撑杆连接在两根平行的复合材料管型主材之间；

钢挂点装置、两根复合材料管型主材和复合材料水平支撑杆之间固定连接后呈梯形。

进一步，复合材料斜撑杆的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆一端的U型插板连接件与复合材料管型主材中部固定连接，另一端与钢结构塔身固定连接；复合材料绝缘子串的两端通过U型环连接件分别与钢挂点装置和钢结构塔身固定连接。

进一步，所述复合材料管型主材包括第一复合材料管型主材和第二复合材料管型主材，第一复合材料管型主材包括第一复合材料构件，第一复合材料构件两端分别设有第一钢套管和第二钢套管；第二复合材料管型主材包括第二复合材料构件，第二复合材料构件一端设有钢套管节点，另一端设有钢套管和十字插板节点；第一复合材料管型主材的第二钢套管和第二复合材料管型主材的钢套管节点通过法兰或插板由螺栓连接；两根复合材料管型主材的第一钢套管均与钢挂点装置固定连接，两根复合材料管型主材的钢套管和十字插板节点与钢结构塔身通过螺栓固定连接；两根复合材料管型主材的两个钢套管节点之间固定有复合材料水平支撑杆，复合材料斜撑杆的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆一端的U型插板连接件与对应的钢套管节点固定连接。

进一步，所述复合材料管型主材、复合材料绝缘子串、复合材料斜撑杆和复合材料水平支撑杆上均带有伞裙；复合材料管型主材和复合材料绝缘子串的端部均设有均压环。

进一步，钢结构地线支架与地线相接，钢结构地线支架与钢结构塔身相连，钢结构地线支架、钢结构塔身电性连接。

进一步，上相钢结构挂架与钢结构塔身中上部一侧用钢板相连。

进一步，边相复合材料横担在受电气间隙和绝缘距离影响范围内的构件均采用复合材料构件，所述复合材料构件的材质为玻璃钢。

进一步，边相复合材料横担和钢结构塔身的连接处均为钢构件，钢结构地线支架直接与钢结构塔身角钢连接。

本实用新型的干字型复合横担耐张塔，包括钢结构塔头、钢结构塔身和钢结构塔腿；两套边相复合材料横担设置于钢结构塔身中部两侧；上相钢结构挂架设置于钢结构塔身中上部一侧；两套钢结构地线支架设置于钢结构塔头顶部两侧；将钢结构塔头、钢结构塔身和钢结构塔腿，复合材料管型主材、复合绝缘子以及复合材料斜撑和水平支撑连接成整体，通过结构刚度弥补了材料刚度的不足，增加了复合材料塔的刚度和承载力，便于在特高压以及超高压输电线路工程中推广应用。

进一步，地线支架与地线相接，地线支架与钢结构塔身钢结构相连，实现接地引下，达到防雷目的；通过保证导线挂点到任何金属件的距离来满足绝缘距离来达到钢结构塔头绝缘的目的；通过各构件组成空间桁架体系传递荷载；

进一步，通过复合材料构件表面的伞裙，增加横担的爬电比距；通过均压环改善电场分布。

相对于现有技术，本实用新型还具有以下优点：

1、受力合理：边横担左右对称，受力平衡；

2、型式美观：采用了干字型复合横担方案，型式优美，构造简单。

3、造价低：与常规角钢干字塔相比，铁塔重量降低约16％，基础混凝土方量降低6％，同时节省四个耐张绝缘子和跳线***，综合造价降低约35％；

4、走廊宽度省:与常规角钢干字塔相比,走廊宽度节省2.2m，达10％，有利用减少房屋拆迁量和节省土地资源；

5、降低风偏闪络事故机率：复合耐张塔利用复合横担自身来绝缘，不再加装耐张绝缘子，大大减少耐张串长度，从而耐张塔跳线可以采用软跳线，每相导线耐张串费用可节省9.4万元，单回路耐张塔仅绝缘子和跳线费用每基就可节省18.8万元，经济效益显著；

6、接地方便：通过合理的布置，使得钢结构部分连续，实现了接地防雷的目的。

7、运行维护成本低：由于复合材料具有耐腐蚀、耐高低温、被盗可能性小的特点，降低了线路的维护成本。

【附图说明】

图1为本实用新型干字型复合横担耐张塔单线图；

图2为本实用新型干字型复合横担耐张塔电气工作原理图；

图3为本实用新型干字型复合横担耐张塔边相横担主视图；

图4为本实用新型干字型复合横担耐张塔边相横担仰视图；

图中：复合材料管型主材1、复合材料绝缘子串2、复合材料斜撑杆3、钢结构地线支架4、钢结构塔头5、上相钢结构挂架6、第一钢套管61、第二钢套管62、钢结构塔身7、钢结构塔腿8、均压环9、钢挂点装置10、钢套管节点12、十字插板节点13、U型环连接件14、复合材料水平支撑杆15、空气间隙圆16。

【具体实施方式】

以下结合附图对本实用新型专利作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型的干字型复合横担耐张塔，包括两套边相复合材料横担、两套钢结构地线支架4、上相钢结构挂架6、钢结构塔头5、钢结构塔身7和钢结构塔腿8。

两套边相复合材料横担设置于钢结构塔身中部7两侧，两套钢结构地线支架4设置于钢结构塔头5顶部两侧。边相复合材料横担和钢结构塔身7的连接处均为角钢，钢结构地线支架4直接与钢结构塔头5的钢结构连接。中相横担6设置于钢结构头部的中上部。

边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材1、两根复合材料绝缘子串2、两根复合材料斜撑杆3、一根复合材料水平支撑杆15以及一套钢挂点装置10。

一侧的复合材料绝缘子串2的一端与所述钢结构塔身7连接，另一端与所述复合材料管型主材1的一端连接，所述复合材料管型主材1的另一端与所述钢结构塔身7连接，复合材料斜撑杆3一端与钢结构塔身7连接、另一端与复合材料管型主材1中部连接，钢挂点装置10连接在复合材料管型主材1与复合材料绝缘子串2连接的一端；复合材料斜撑杆3和复合材料绝缘子串2均设置于复合材料管型主材1上方，对应位于同一侧的复合材料斜撑杆3、复合材料绝缘子串2和复合材料管型主材1在竖直方向上的投影重合；复合材料水平支撑杆15连接在两根平行的复合材料管型主材1之间；钢挂点装置10、两根复合材料管型主材1和复合材料水平支撑杆15之间固定连接后呈梯形。

请参阅图3和图4所示，复合材料管型主材1包括第一复合材料管型主材和第二复合材料管型主材两种；第一复合材料管型主材包括第一复合材料构件，第一复合材料构件两端分别设有第一钢套管61和第二钢套管62；第二复合材料管型主材包括第二复合材料构件，第二复合材料构件一端设有钢套管节点12，另一端设有钢套管和十字插板节点13。第一复合材料管型主材的第二钢套管62和第二复合材料管型主材的钢套管节点12通过螺栓固定连接形成一根复合材料管型主材1。

边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材1，两根复合材料管型主材1的第一钢套管61均通过法兰与钢挂点装置10对接，并通过螺栓固定；第一钢套管61上固定有均压环9。两根复合材料管型主材1的钢套管和十字插板节点13与钢结构塔身7固定连接。两根复合材料管型主材1的两个钢套管节点12之间固定有复合材料水平支撑杆15。钢挂点装置、两根复合材料管型主材1和复合材料水平支撑杆15之间固定连接后呈“A”形状。

复合材料斜撑杆3的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆3一端的U型插板连接件与对应的钢套管节点12固定连接，另一端与钢结构塔身7固定连接。复合材料绝缘子串2的两端通过U型环连接件14分别与钢挂点装置和钢结构塔身7固定连接，复合材料绝缘子串2与复合材料斜撑杆3连接于钢结构塔身7同一位置。

所述复合材料管型主材1、复合材料绝缘子串2、复合材料斜撑杆3和复合材料水平支撑杆15上均带有伞裙；复合材料管型主材1和复合材料绝缘子串2的端部均设有均压环。

钢结构地线支架4与地线相接，钢结构地线支架4与钢结构塔身相连，钢结构地线支架4、钢结构塔身7电性连接；上相钢结构挂架6与钢结构塔身中上部一侧用钢板相连。

边相复合材料横担在受电气间隙和绝缘距离影响范围内的构件均采用复合材料构件，所述复合材料构件的材质为玻璃钢，边相复合材料横担和钢结构塔身7的连接处均为钢构件，钢结构地线支架4直接与钢结构塔身角钢连接。

复合材料管型主材1、复合材料绝缘子串2、复合材料斜撑杆3、复合材料水平支撑杆15的材质均为玻璃钢。

上相钢结构挂架6包括两块挂线板和加劲板。

钢结构地线支架4、上相钢结构挂架6和钢结构塔头5均由若干钢构件组成。

按照上述技术方案实现的干字型复合横担耐张材料塔，通过焊接将钢套管式节点、端头法兰、U型环连接件以及十字插板连接件分别固化连接在复合材料管型主材、复合绝缘子、复合材料斜撑和水平支撑杆端头，并用螺栓将复合材料管型主材、复合绝缘子以及复合材料斜撑和水平支撑连接成整体，构成格构式干字型耐张塔钢结构塔头。通过结构刚度弥补了材料刚度的不足，增加了复合材料塔的刚度和承载力，便于在特高压以及超高压输电线路工程中推广应用。

(1)复合材料构件端部连接件

复合材料构件端部连接件为全钢制结构，通过焊接将钢制连接件—钢套管式节点、端头法兰、U型环连接件以及U型插板连接件分别固化连接在复合材料管型主材、复合绝缘子串吊材以及复合材料水平和斜撑构件端头。

(2)格构式复合材料绝缘横担

通过螺栓将复合材料构件端部连接件将两根复合材料管型主材、两根复合材料绝缘子串、两根复合材料斜撑杆、一根复合材料水平支撑杆和一套导线挂点装置连接成整体，构成格构式复合材料塔。

(3)干字型复合横担材料耐张塔的受力原理

干字型复合横担材料耐张塔为一个空间桁架体***，它是利用复合材料本身的绝缘特性，实现绝缘的目的，同时通过表面的伞裙，增加横担的爬电比距；通过均压环改善电场分布。同时将导线荷载以及横担风荷载转换成干字型复合横担材料耐张塔构件的轴向荷载，将荷载传递至钢结构塔身。横担和钢结构塔头中压力由两根复合材料管型主材传递至钢结构塔身；而拉力通过两根复合材料绝缘子串传递到钢结构塔身；水平支撑杆和斜撑杆可有效降低两根复合材料管型构件的长度，提高其承载能力，实现复合材料绝缘横担大负荷的目的。

(4)干字型复合横担材料耐张塔的防雷和接地

干字型复合横担材料耐张塔的接地是通过外部钢结构构件实现的，由钢结构地线支架4与地线相接，沿着钢结构塔头与钢结构塔头5相连，达到接地防雷的目的。

(5)干字型复合横担材料耐张塔的绝缘配置

干字型复合横担材料耐张塔通过保证导线挂点到任何金属件的距离均满足绝缘距离来达到钢结构塔头绝缘的目的。绝缘距离主要是通过对不同电压、海拔高度和污秽等级进行绝缘配置而确定。同时，对于操作过电压和空气间隙影响的空气间隙圆16的范围内，均采用复合材料构件，实现绝缘的目的，如图2所示。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种干字型复合横担耐张塔，其特征在于，包括钢结构塔头(5)、钢结构塔身(7)和钢结构塔腿(8)；

两套边相复合材料横担设置于钢结构塔身(7)中部两侧；上相钢结构挂架(6)设置于钢结构塔身(7)中上部一侧；两套钢结构地线支架(4)设置于钢结构塔头(5)顶部两侧；

边相复合材料横担包括两根复合材料管型主材(1)、两根复合材料绝缘子串(2)、两根复合材料斜撑杆(3)、一根复合材料水平支撑杆(15)以及钢挂点装置(10)；

一侧的复合材料绝缘子串(2)的一端与所述钢结构塔身(7)连接，另一端与所述复合材料管型主材(1)的一端连接，所述复合材料管型主材(1)的另一端与所述钢结构塔身(7)连接，复合材料斜撑杆(3)一端与钢结构塔身(7)连接、另一端与复合材料管型主材(1)中部连接，钢挂点装置(10)连接在复合材料管型主材(1)与复合材料绝缘子串(2)连接的一端；复合材料斜撑杆(3)和复合材料绝缘子串(2)均设置于复合材料管型主材(1)上方，对应位于同一侧的复合材料斜撑杆(3)、复合材料绝缘子串(2)和复合材料管型主材(1)在竖直方向上的投影重合；复合材料水平支撑杆(15)连接在两根平行的复合材料管型主材(1)之间；

钢挂点装置(10)、两根复合材料管型主材(1)和复合材料水平支撑杆(15)之间固定连接后呈梯形。

2.根据权利要求1所述的一种干字型复合横担耐张塔，其特征在于，复合材料斜撑杆(3)的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆(3)一端的U型插板连接件与复合材料管型主材(1)中部固定连接，另一端与钢结构塔身固定连接；复合材料绝缘子串(2)的两端通过U型环连接件(14)分别与钢挂点装置(10)和钢结构塔身固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种干字型复合横担耐张塔，其特征在于，所述复合材料管型主材(1)包括第一复合材料管型主材和第二复合材料管型主材，第一复合材料管型主材包括第一复合材料构件，第一复合材料构件两端分别设有第一钢套管和第二钢套管；第二复合材料管型主材包括第二复合材料构件，第二复合材料构件一端设有钢套管节点，另一端设有钢套管和十字插板节点(13)；第一复合材料管型主材的第二钢套管和第二复合材料管型主材的钢套管节点通过法兰或插板由螺栓连接；两根复合材料管型主材的第一钢套管均与钢挂点装置(10)固定连接，两根复合材料管型主材的钢套管和十字插板节点(13)与钢结构塔身通过螺栓固定连接；两根复合材料管型主材的两个钢套管节点之间固定有复合材料水平支撑杆(15)，复合材料斜撑杆(3)的两端均设有U型插板连接件，复合材料斜撑杆(3)一端的U型插板连接件与对应的钢套管节点固定连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的干字型复合横担耐张塔，其特征在于，所述复合材料管型主材(1)、复合材料绝缘子串(2)、复合材料斜撑杆(3)和复合材料水平支撑杆(15)上均带有伞裙；复合材料管型主材(1)和复合材料绝缘子串(2)的端部均设有均压环。

5.根据权利要求1、2或3所述的干字型复合横担耐张塔，其特征在于，钢结构地线支架(4)与地线相接，钢结构地线支架(4)与钢结构塔身相连，钢结构地线支架(4)、钢结构塔身(7)电性连接。

6.根据权利要求1、2或3所述的干字型复合横担耐张塔，其特征在于，上相钢结构挂架(6)与钢结构塔身中上部一侧用钢板相连。

7.根据权利要求1、2或3所述的干字型复合横担耐张塔，其特征在于，边相复合材料横担在受电气间隙和绝缘距离影响范围内的构件均采用复合材料构件，所述复合材料构件的材质为玻璃钢。

8.根据权利要求1、2或3所述的干字型复合横担耐张塔，其特征在于，边相复合材料横担和钢结构塔身(7)的连接处均为钢构件，钢结构地线支架(4)直接与钢结构塔身角钢连接。