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杆塔倾斜计算及测量

 暴风雨911 2016-11-24

1.  概念

1.1 基础预偏值

针对基础而言,也就是我们常说的受压腿的基础顶面抬高值;即让转角塔的内侧(受压侧)基础柱面比转角外侧(受拉侧)抬高出一个值,使铁塔在受力前先向反受力方向倾斜,保证它们受力后不向其受力的方向倾斜的目的。

预偏率,设计常用术语,预偏率=预偏值/基础根开。

1.2 杆塔倾斜

由于基础立柱顶面高低不平引起杆塔中心偏离铅垂位置的现象。

1.3 杆塔倾斜率

杆塔倾斜率就是杆塔倾斜值S杆塔地面上部高度H之比的百分数;既倾斜率=倾斜值/塔全高;在设计值上,倾斜率=预偏率。

1.4 倾斜值

受压腿抬高后,铁塔顶部中心偏移值。测量时,将仪器架在铁塔的正面中心线上,距离铁塔约为塔全高的1.2倍处。镜头看铁塔顶部中心,锁定水平度盘,旋转目镜看底段水平铁处联板,十字丝位置与联板中心位置之间的距离,就作为该基铁塔的倾斜值。实际上这个时候的倾斜值,不是真正意义的倾斜值,正常应看到地面,但是地面缺乏参照物,习惯上还是将底段水平铁联板上的偏移=倾斜值/(塔全高-水平铁高度)。


2.  杆塔倾斜测量意义

运行中的线路杆塔因局部环境或外力破坏引起的顺线路或横线路方向的倾斜,是引起倒杆断线的重要因素,确定倾斜的数据,对维护线路安全稳定具有重要的意义。


3.  杆塔倾斜测量方法

 3.1 用铅锤测量杆塔倾斜

 用铅锤测量杆塔倾斜时可在杆塔顶部中心用一绝缘细绳(线)吊一铅锤至地面,在地面量出锤尖触地点到杆塔中心的距离s,即为该杆塔地面以上的倾斜值,如下图3-1 所示。杆塔的倾斜度可通过杆塔的倾斜公式计算。


图3-1

图中:

1-杆塔中心;

2-铅锤触点;

倾斜值;

H-杆塔顶或测量点至地面的高度。

若需知顺线路或横线路方向的倾斜值时,可近似的在地面划出顺线路或横线路的中心线,量出线路倾斜值s1和s2,如图3-2所示,这种方法一般用在杆塔不高,又缺少仪器的情况下。


图3-2

图中:

3-线路中心;

4-线路方向;

s1 –顺线路方向倾斜值;

s2-横线路方向倾斜值s1

3.2 用经纬仪测量杆塔倾斜

经纬仪测量时,应先利用铁塔底脚或电杆拉线等找出杆塔中心O点,然后将经纬仪在顺线路方向距杆塔中心为杆塔高1.5-2倍的线路中心线位置上架好,调整好仪器,把镜筒内的准线交点对准杆塔顶部的中心位置,固定仪器的水平制动螺旋。将镜筒向下转动使镜筒内准线和地面横线路中心线相交,在交点处做一标记O1点,然后在其延长线上再估一标记O'1。将经纬仪移位架设在横线路方向的中心线上,用同样的方法对准杆塔顶部中心位置后,将镜筒向下转动使镜筒内准线交于O1O'1线段上的O'点上,以O'点为中心,分别量出杆塔顺线路倾斜值S2和横线路倾斜值S1,如图3-3所示。


图3-3

图中:

1-顺线路方向

2-仪器向

3.3 平面镜法测量杆塔倾斜度

平面镜法是针对受观测点的条件限制,常规经纬仪法失效,通过工程实践逐渐形成的。平面镜法测量杆塔倾斜率是通过适当地设置平面镜,合理地设计光路,以观测特定目标在平面中的成像代替观测特定目标本身,从而解决特殊地形测量条件受限时目标物的观测问题,具体步骤如下。

(1) 确定方向桩和中心桩:用线将杆塔4条腿交叉盘绕成X型,其交点为基础中心点O。将经纬仪置于0点,在横、顺线路方向各引2根方向桩于塔身内部,并用细线沿横、顺线路方向将方向桩连接。测量过程中,经纬仪、方向桩、中心桩等的平面布置方式见图3-4。


图3-4 平面镜法测量杆塔倾斜率的平面布置

(2) 平面镜设置:将平面镜置于塔身内部的方向桩附近,利用三角板配合,使平面镜镜面垂直于方向桩的连线,并将水平尺平放在平面镜底座上,调整平面镜使得底座水平。

(3) 平面镜微调矫正:调节平面镜的位置,使其与测量中心线保持严格垂直,然后固定平面镜和经纬仪位置,避免后续操作中平面镜和仪器位置发生变化对测量精度造成影响。

(4) 平面镜成像:旋转镜面俯仰角,测量人员站立在经纬仪附近(中心桩)处观察,直到可观察到杆塔顶中心螺栓在平面镜上成像,此时停止旋转平面镜,并调节经纬仪使望远镜内十字线中心对准中心镜螺栓成像A2

(5) 画印:观测到塔顶中心螺栓在平面镜中所成虚像后固定水平制动锁继续向下旋转经纬仪望远使望远镜十字线瞄准平面镜底座上并做标记A3图3-5)。

图3-5平面镜法测量杆塔倾斜度示意图

(6) 量取距离:用钢卷尺量取A3点与方向桩之间连线的水平距离倾斜值),用同样的方法即可得顺线路上偏移值

(7) 杆塔倾斜率的计算:准确测量Xm、Ym

照下式计算杆塔倾斜度。

式中:

d-观察点(经纬仪)距离平面镜的距离。

除上面三种方法外还有地面三维激光测量法,虽有非接触远距离测量的优点但操作相对较复杂,具体方法不在这里阐述,感兴趣的可以查阅相关资料了解。


4.  杆塔倾斜观测步骤


说明:A、B两点应在铁塔的正或者侧面中心线上,以此两点作为观测铁塔的倾斜率。

 1、为了测量精确,首先将仪器置于铁塔中心线延长线上(可稍微偏移,但不可偏移过多), 距离为铁塔全高等长以上。 

2、测量A点,得一竖直角∠1,在此将仪器水平制零: 

3、在步骤2的基础上(此时水平角度为0°),测量B点(水平线轴),测得竖直角∠2; 

4、在步骤3的基础上,观测铁塔B点为左或者右偏移,如图测得为右偏移,转动水平制动微调,测得水平角∠3。 

铁塔的倾斜率为 tan∠3/(tan(∠2-∠1)×cos∠2 )


5.  横担测量方法

图中:

Δx-横线路偏移值; 

Δy-顺线路偏移值。


6. 杆塔倾斜度计算

杆塔倾斜度的计算公式 ,可按下式计算

式中:

q-倾斜度; 

S-倾斜值,mm; 

H-杆塔顶面或测量点至地面的高度,mm;

杆塔总倾斜值为

式中:

S1-杆塔横线路倾斜值;

S2-杆塔顺线路倾斜值。


图5-1

也可以用下式计算杆塔倾斜度

Gx=tanx

Gy=tany 


式中:

x-杆塔在顺线路方向的倾斜角;

 y-杆塔在横线路方向的倾斜角;

 Gx-杆塔在顺线路方向的倾斜度;

 Gy-杆塔在横线路方向的倾斜度;

 Gs-杆塔综合倾斜度。 


7. 杆塔倾斜、横担歪斜的最大允许范围

不同高度的铁塔,不同长度的横担的最大允许倾斜按下式计算 :

杆塔最大允许倾斜范围△L=杆塔高度(H)×杆塔允许倾斜度 ;

横担最大允许歪斜范围=横担固定间长度(L)×横担允许歪斜度。

架空输电线路施工时,按《110~750KV架空输电线路施工及验收规范》(GB50233-2014 )第7.1.8条 杆塔组立及架线后,其结构允许偏差应符合下表的规定(悬垂杆塔结构倾斜不含套接式钢管电杆)。

以上适用于35kV750kV电压等级线路,其他等级线路参考《 电气装置安装工程 66kV及以下架空电力线路施工及验收规范》(GB 50173-2014)、《±800kV及以下直流架空输电线路工程施工及验收规程》(DL/T_5235-2010)、《1000kV 架空输电线路工程施工质量检验及评定规程》(DL/T 5300-2013)等规范。

架空输电线路运行时,按《架空输电线路运行规程》(DL/T 741-2010 )第57.1.2条 杆塔的倾斜、杆(塔)顶的扰度、横担的歪斜程度不应超过下表的规定。


8. 杆塔倾斜步骤

8.1 图例计算方法


图8-1 直线杆塔倾斜测量示意图


图8-2 耐张杆塔倾斜测量示意图

由于经纬仪只能测量到裤裆铁联板的位置,所以O点到最低腿高度的倾斜值需按比例计算:

以视点1为例

∵MO倾斜值÷MO视点高= MD倾斜值÷MD视点高

∴MD倾斜值= MO倾斜值÷MO视点高× MD视点高

视点1倾斜值=MD倾斜值

视点2计算方法同视点1

 正面视点1和侧面视点1的倾斜率计算:

正面视点1倾斜率=视点1倾斜值÷视点1高度×1000‰

侧面视点1倾斜值=视点1倾斜值÷视点1高度×1000‰

视点1高度为视点1位置到最低腿之间的高度。

正面视点2和侧面视点2的倾斜率计算:

正面视点2倾斜率=视点2倾斜值÷视点2高度×1000‰

侧面视点2倾斜值=视点2倾斜值÷视点2高度×1000‰

视点2高度为视点2位置到最低腿之间的高度。


8.2 杆塔正面倾斜测量步骤

1.1将经纬仪架设在杆塔正面结构中心线上,距离杆塔为1.5倍塔高及以上。

1.2经纬仪十字丝的竖丝对准视点1高度M点的中心位置,锁紧水平度盘。

1.3扳动望远镜至O点位置高度,塔上人员配合用卷尺量取出十字丝竖丝与O点间的水平距离。

1.4由于杆塔倾斜测量高度是视点1(视点2)测量到杆塔最低腿,所以O点到最低腿高度的倾斜值需要按比例计算。

1.5十字丝竖丝与O点间的水平距离加上按比例计算的O点到最低腿高度的倾斜值即为杆塔正面视点1的倾斜值。

1.6视点1的倾斜值除以视点1的高度,得视点1的倾斜率。

1.7杆塔正面视点2的测量方法与视点1相同。


8.3 杆塔侧面倾斜测量步骤

杆塔侧面视点1、视点2的测量方法与正面相同。

测量过程中的注意事项:

1.视点1中心位置一定要在杆塔主体结构上,不能图方便选择导、地线支架,因为导、地线支架往往受力后偏移较大。

2.当耐张塔视点1中心位置被跳线绝缘子串遮挡时,可选择较靠近的中心位置作为测量点,两点之间高度的倾斜值按比例计算。

3.当怀疑测量误差大时,可使用正倒镜分中法测量,一般不需要使用此方法。


9. 输电线路杆塔倾斜在线监测系统 

输电线路杆塔倾斜在线监测系统,通过两点的二维角度同时进行监测杆塔倾斜度,并借助GSM/GPRS通信网络进行实时数据传输,结合计算理论模型给出杆塔倾斜情况,及时给出抢修信息,有效预防杆塔倾斜引起的各种事故。

输电线路杆塔倾斜在线监测系统其本身集成了气象条件监测(如:温湿度、风速、风向等),利用计算理论模型给出杆塔倾斜情况,并借助现有移动或联通强大的通信网络进行实时数据传输,结合专家知识库和各种理论模型给杆塔倾斜情况,及时给出抢修信息,有效预防杆塔倾斜引起的各种事故。安装杆塔倾斜监测装置, 可以发现因采空区的塌陷等原因和变形特点, 找出其发生、发展的规律, 及时掌握早期预见发生变化的杆塔, 在地面塌陷、地面沉降早期就处于严密监控下,及时采取应对措施,确保线路的安全运行。


以上引用于《架空线路杆塔倾斜的正确测量》、《几种输电线路杆塔倾斜度测量方法的比较》、《110~750KV架空输电线路施工及验收规范》(GB50233-2014 )、《架空送电线路运行规程》(DL/T 741-2010)等(GB50233-2014文,由于知识有限,不足之处请指正。





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