崔 军
钢管杆是220 kV及220 kV以下架空输配电线路新型的非标杆塔类型。它具有结构简单,挺拔美观;强度高,耐外力冲击;分段设计,运输和安装方便;热镀锌防腐,经久耐用;占地面积小等优点。为适应现代电力电网建设对钢管杆的使用需求,满足对钢管杆的设计要求,北京道亨公司设计开发了《NSA钢管杆设计系统》。本文将以一种钢管杆的设计过程,简单介绍一下《NSA钢管杆设计系统》在实际工程中的应用。
1 工程应用
《NSA钢管杆设计系统》设计软件根据钢管杆基础数据的输入方法不同,分为手工输入分段数据法和快速输入钢管杆数据法。本文根据软件在多个工程中的应用经验,介绍一下较为简单、便于操作的快速输入钢管杆数据法,供输配电设计人员参考。
快速输入钢管杆数据法为用户提供了简便的数据输入方法,用户可以通过本方法快速输入节点、杆件及相应的杆件连接数据。用户输入主杆和横担等数据后,系统自动填写杆件力学参数及连接数据。
为了具体说明软件在输配电工程设计上的应用方法及产生的经济效益,将以一条35 kV供电线路中一种钢管杆的设计为例,具体说明软件在钢管杆的设计上的应用。
雁60～雁63断块为采油一厂的一个较大产能断块。整个断块主供电电源为附近变电站引来的35 kV架空线路供电。线路的转角、耐张及部分直线跨越杆塔均采用钢管杆。
以本工程带地线直线钢管杆ZXB(17)(呼称高17 m)为例,具体说明利用软件进行钢管杆设计过程。
1.1 钢管杆设计
钢管杆设计过程分为钢管杆杆型简图设计及杆塔详设两部分内容。
1.1.1 钢管杆杆型简图设计
工程设计人员根据现场实际及计算结论,确定钢管杆的呼称高及杆头尺寸,初步确定钢管杆的梢径及根径,并绘制出钢管杆简图。这部分内容为设计人员的基础设计,在这里就不再详细说明。
1.1.2 杆塔详设
根据钢管杆杆型简图,利用《NSA钢管杆设计系统》设计软件对钢管杆进行详设及校核。具体步骤如下:
1)运行程序。打开【NSA钢管杆设计系统】组中的“NSA钢管杆设计系统”即可运行程序。
2)建立新文件。执行【文件(F)】下的【新建】命令,进入新建文件界面,新建一个“ZXB(17)”的工程文件,将其保存到用户的文件夹下。
3)输入钢管杆数据。进入主菜单后,单击【文件(F)】下的【快速输入界面】按钮,进入快速输入界面。根据软件窗口提示信息,依照钢管杆杆型图,依次填写【输入主杆】及【直线型横担】等窗口信息。本设计ZXB(17)主杆梢径设计为300 mm,根径设计为600 mm;主杆连接选择法兰连接。
选择横担类型:横担类型分三种,包括管状横担、直线型横担及雁翅型横担。选中横担后,会在【输入主杆】按钮右边出现相对应的按钮。
【直线型横担】。ZXB(17)为直线型横担。单击【直线型横担】按钮,按顺序进行填写。ZXB(17)直线型横担选择箱形。点击【展开数据】按钮,生成钢管杆ZXB(17)的单线图。
4)各种集中载荷计算。单击【1.计算荷载【小院版】】按钮进入钢管杆荷载计算程序。根据软件窗口的提示,选择地形类别、杆型类型、电压等级及直线塔导线挂线方式,并依次进行气象条件、荷载工况、档距及导地线参数等内容的输入,完成钢管杆外部环境设定。单击【选择需要计算的工况】,对钢管杆的计算工况重新选择。点击【开始计算】按钮完成钢管杆外部荷载的受力计算。点击【退出】,返回软件主页面。返回主页面后,单击【导入荷载】按钮,将钢管杆的外部荷载导入杆塔设计主程序。
5)有限元计算。单击【有限元计算】按钮进入有限元计算界面。根据软件窗口的信息提示,对钢管杆的其他限制条件进行填写。填写完毕后,单击【开始计算】按钮,进行钢管杆各个部件的强度校核。
6)有限元计算结果。钢管杆有限元计算完成后,程序自动进入【有限元计算结果】,这时软件窗口显示出钢管杆主杆及横担的设计结果。
当计算出不合理的主杆及横担结果时,屏幕会提示出错,相应出错内容会显示红色。这时需重新回到钢管杆快速输入界面,并对应出错内容,修改相应主杆或横担的技术参数。接着重新点击【有限元计算】,进行钢管杆的有限元计算,然后根据【有限元计算结果】,查看主杆或横担设计结果是否正确。否则重新进行以上操作,直到结果显示正确为止。
7)连接计算。有限元计算结果合理后,单击【连接计算】按钮,进入钢管杆主杆连接设计和横担连接设计界面。
本工程ZXB(17)钢管杆杆体采用法兰连接,点击【主杆法兰设计】,进入主杆法兰连接计算。
横担连接设计。本工程ZXB(17)钢管杆横担为槽型横担,点击【横担根部槽型/加强型支座设计】,进入槽型横担连接计算。计算完毕后,退出相应界面。
8)施工图输出。选择【输出】菜单中的【钢管杆绘图】项,进入钢管杆绘图程序。
在【选择图式】的下拉框中选择【钢管杆组装图】选项,单击绿色图标或直接按【F5】,进入钢管杆组装图绘图界面。
9)基础设计。设计完成后,可以进入【基础设计】。根据荷载的标准值和设计值的基础作用力,进而对基础进行设计。本部分设计由土建结构专业完成,本设计不再详述。
1.2 钢管杆统计
雁60～雁63断块 35 kV供电线路设计13种钢管杆,共18基。生产厂家根据设计院提供钢管杆杆型简图,也提供了相应的设计,每基杆塔重量均大于设计院设计的1.5倍～2.0倍。经与厂家多次反复核减,每基钢管杆的重量均大幅度减少,绝大多数杆塔重量最终与设计相吻合,少数杆塔由于杆塔主杆分段不同而略有不同。
1.3 经济效益分析
根据雁60～雁63断块35 kV供电线路钢管杆重量的统计,共核减钢材重量26 227.8 kg。按钢管杆的价格8 500元/t计算,共节约投资222 936.3元。对于钢管杆在运输及安装等情况下所节约的工程费用,本文就不再进行统计。
2 结语
输配电线路设计人员学习并掌握NSA钢管杆设计软件后,可根据不同电压等级的输配电线路,选择设计合适的钢管杆,极大地丰富了设计人员杆塔设计的方案,对优化架空线路设计,提高设计人员设计水平,具有重要意义。同时,还可以对厂家提供的钢管杆设计方案进行工程验证,配合甲方、业主选择合适厂家,避免不合理的工程投资。
[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国电力出版社,2003.
[2]GB 50061-97,66 kV及以下架空电力线路设计规范[S].
