直線轉(zhuǎn)角桿塔

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)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(zhuǎn)角塔用量和比例也逐漸上升。統(tǒng)計資料表明：近年新建線路平均耐張段長度不足3km。而常規(guī)轉(zhuǎn)角塔幾乎全部按耐張方案設(shè)計，耐張塔因承受導(dǎo)地線張力和角度荷載，其塔材、基礎(chǔ)及附屬的絕緣子、金具、跳線等材料的數(shù)量和規(guī)格都遠(yuǎn)高于同樣的直線塔，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(shè)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(jù)線路轉(zhuǎn)角度數(shù)的差異，規(guī)劃設(shè)計兩種直線轉(zhuǎn)角塔，以替代常規(guī)耐張轉(zhuǎn)角塔。

直線轉(zhuǎn)角桿塔設(shè)計理念

在國內(nèi)外超高壓線路和特高壓線路中，為節(jié)約投資，降低工程造價，當(dāng)線路轉(zhuǎn)角度數(shù)較小時，常使用直線轉(zhuǎn)角塔代替耐張塔。文章規(guī)劃設(shè)計采用懸垂串代替耐張串，這樣在轉(zhuǎn)角度數(shù)較大時，鐵塔前后兩側(cè)導(dǎo)線張力沿轉(zhuǎn)角內(nèi)角方向的合力可將導(dǎo)線絕緣子串拉到足夠大的偏角，使其滿足電氣間隙要求。據(jù)此設(shè)計思路，根據(jù)轉(zhuǎn)角度數(shù)的差異，文章設(shè)計出了兩種不同形式的直線轉(zhuǎn)角塔。

當(dāng)線路轉(zhuǎn)角度數(shù)小于20°時，擬采用常規(guī)的直線轉(zhuǎn)角塔設(shè)計方案，但為充分優(yōu)化絕緣子串受力條件，設(shè)計出了L型絕緣子串；當(dāng)線路轉(zhuǎn)角度數(shù)大于20°時，絕緣子串采用雙聯(lián)I型串，轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)直接將導(dǎo)線絕緣子串掛在塔身上，轉(zhuǎn)角外側(cè)采用在橫擔(dān)下方加裝掛線架以懸掛導(dǎo)線絕緣子串，構(gòu)思方案圖如圖1所示：

與常規(guī)直線轉(zhuǎn)角塔和耐張塔對比，上述構(gòu)思方案具有如下優(yōu)勢：（1）L型布置的絕緣子串，可優(yōu)化鐵塔和絕緣子受力，限制導(dǎo)線搖擺角，縮小塔頭尺寸。（2）大轉(zhuǎn)角布置方案，轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)利用導(dǎo)線張力拉起導(dǎo)線絕緣子串，取消了導(dǎo)線橫擔(dān)，改善了鐵塔受力，減小了導(dǎo)、地線縱向荷載對塔身的扭矩；轉(zhuǎn)角外側(cè)采用在橫擔(dān)下方加裝掛線架手段，解決了帶電體對橫擔(dān)下平面的電氣間隙問題。（3）與常規(guī)耐張塔相比，直線轉(zhuǎn)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(shù)量，簡化了塔頭間隙設(shè)計，具有顯著的經(jīng)濟效益。

與常規(guī)直線轉(zhuǎn)角塔和耐張塔對比，上述構(gòu)思方案具有如下優(yōu)勢：（1）L型布置的絕緣子串，可優(yōu)化鐵塔和絕緣子受力，限制導(dǎo)線搖擺角，縮小塔頭尺寸。（2）大轉(zhuǎn)角布置方案，轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)利用導(dǎo)線張力拉起導(dǎo)線絕緣子串，取消了導(dǎo)線橫擔(dān)，改善了鐵塔受力，減小了導(dǎo)、地線縱向荷載對塔身的扭矩；轉(zhuǎn)角外側(cè)采用在橫擔(dān)下方加裝掛線架手段，解決了帶電體對橫擔(dān)下平面的電氣間隙問題。（3）與常規(guī)耐張塔相比，直線轉(zhuǎn)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(shù)量，簡化了塔頭間隙設(shè)計，具有顯著的經(jīng)濟效益。

直線轉(zhuǎn)角桿塔塔頭規(guī)劃設(shè)計

直線轉(zhuǎn)角塔塔頭間隙規(guī)劃與直線轉(zhuǎn)角塔塔頭間隙規(guī)劃方法一致，即在考慮導(dǎo)線張力的影響下計算出導(dǎo)線絕緣子串在各種工況下的風(fēng)偏角，并計及鐵塔出口處導(dǎo)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）。

根據(jù)式（1）計算出不同工況下導(dǎo)線絕緣子串風(fēng)偏角，如表1所示：

根據(jù)表1的計算結(jié)果，規(guī)劃設(shè)計出適用于不同轉(zhuǎn)角度數(shù)的直線轉(zhuǎn)角塔間隙園和單線圖。

直線轉(zhuǎn)角桿塔直線轉(zhuǎn)角塔的絕緣子串、金具規(guī)劃設(shè)計

1.小轉(zhuǎn)角時絕緣子串規(guī)劃設(shè)計

L型懸垂串由V型懸垂串演變而來。V型懸垂串適用于不兼角或兼角度數(shù)較小的直線塔。正常運行時其兩肢荷載基本一致，受力處于平衡狀態(tài)，當(dāng)線路兼角時，其兩肢受力不再平衡，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)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(dǎo)致碗頭脫落而調(diào)串。L型懸垂串正是基于這種情況而提出的。

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(fù)荷及塔窗相應(yīng)增大，夾角過小，單支絕緣子串受壓嚴(yán)重，會造成絕緣子串?dāng)嗦?lián)。L型串夾角應(yīng)根據(jù)鐵塔兼角大小，并計算I型懸垂串搖擺角波動范圍而確定。

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(guī)劃設(shè)計的串型結(jié)構(gòu)如圖2所示：

2.大轉(zhuǎn)角時絕緣子串規(guī)劃設(shè)計

直線轉(zhuǎn)角塔同時具有直線塔和轉(zhuǎn)角塔的特點，導(dǎo)線絕緣子串與鐵塔的連接方式與直線轉(zhuǎn)角塔相似，塔頭尺寸由絕緣子串搖擺角決定，導(dǎo)線和絕緣子串的連接方式可根據(jù)導(dǎo)線開斷與否分為懸垂和耐張兩種導(dǎo)線鏈接方式，其分別采用懸垂線夾和耐張線夾。

直線轉(zhuǎn)角塔采用懸垂連接方式時，絕緣子串連接順直，結(jié)構(gòu)簡單，受力清晰，安裝施工便捷；采用耐張連接方式時，線路前后側(cè)導(dǎo)線均通過液壓方式與金具相連，絕緣子串可以承受導(dǎo)線全張力，但絕緣子串結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，安裝施工難度較高，造價也比懸垂連接方式高，故推薦直線轉(zhuǎn)角塔大轉(zhuǎn)角時絕緣子串采用懸垂連接方式。

直線轉(zhuǎn)角桿塔直線轉(zhuǎn)角塔隔離事故功能分析

直線轉(zhuǎn)角塔前后兩個耐張段的張力是聯(lián)動的，在放線施工過程中，前后兩個耐張段代表檔距應(yīng)取同一數(shù)值。線路運行過程中，當(dāng)電線斷線或氣象條件發(fā)生改變時，由于檔距、高差和荷載的不同，會產(chǎn)生不平衡張力。尤其當(dāng)線路一側(cè)斷線時，絕緣子串將完全偏向未斷線的一側(cè)，使相鄰直線塔兩側(cè)出現(xiàn)較大的張力差。直線轉(zhuǎn)角塔能否起到隔離事故的作用，關(guān)鍵在于一側(cè)斷線后，能否保證另一側(cè)（未斷線側(cè)）直線塔不發(fā)生傾覆線路導(dǎo)線斷線情況。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可知：當(dāng)線路相導(dǎo)線斷一根時，直線塔兩側(cè)張力差很小，遠(yuǎn)小于其設(shè)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(dǎo)線大都采用分裂導(dǎo)線。運行經(jīng)驗表明：一相導(dǎo)線全斷的可能性非常小，即使在2008年因百年不遇的雪災(zāi)導(dǎo)致全國范圍內(nèi)大面積倒塔的情況下，也沒有發(fā)生一相導(dǎo)線全斷的情況。考慮到規(guī)程規(guī)定耐張塔斷線工況時張力差取一相導(dǎo)線最大使用張力的70%，而非100%，故當(dāng)發(fā)生一相導(dǎo)線全斷故障時，常規(guī)耐張塔也不能起到隔離事故的作用。綜上可知，直線轉(zhuǎn)角塔在隔離事故的性能上，與常規(guī)耐張塔是一致的。

（1）直線轉(zhuǎn)角塔技術(shù)上安全可靠，可有效代替常規(guī)耐張塔。（2）轉(zhuǎn)角度數(shù)小于20°時，推薦直線轉(zhuǎn)角塔采用L型絕緣子串；轉(zhuǎn)角度數(shù)大于20°時，推薦直線轉(zhuǎn)角塔采用雙聯(lián)I型絕緣子串，懸垂聯(lián)接方式。（3）直線轉(zhuǎn)角塔在隔離事故的性能上，與常規(guī)耐張塔是一致的。（4）與鼓型轉(zhuǎn)角塔相比，同呼稱高下的直線轉(zhuǎn)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(jīng)濟和社會效益。（5）考慮到直線轉(zhuǎn)角塔不能完全取代耐張塔的功能，建議實際工程中直線轉(zhuǎn)角塔與常規(guī)耐張塔交叉使用，以達(dá)到延長耐張段長度、降低工程造價的目的，并為未來推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗。

（1）直線轉(zhuǎn)角塔技術(shù)上安全可靠，可有效代替常規(guī)耐張塔。（2）轉(zhuǎn)角度數(shù)小于20°時，推薦直線轉(zhuǎn)角塔采用L型絕緣子串；轉(zhuǎn)角度數(shù)大于20°時，推薦直線轉(zhuǎn)角塔采用雙聯(lián)I型絕緣子串，懸垂聯(lián)接方式。（3）直線轉(zhuǎn)角塔在隔離事故的性能上，與常規(guī)耐張塔是一致的。（4）與鼓型轉(zhuǎn)角塔相比，同呼稱高下的直線轉(zhuǎn)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(jīng)濟和社會效益。（5）考慮到直線轉(zhuǎn)角塔不能完全取代耐張塔的功能，建議實際工程中直線轉(zhuǎn)角塔與常規(guī)耐張塔交叉使用，以達(dá)到延長耐張段長度、降低工程造價的目的，并為未來推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗。

利用鋼絲和激光束等測量直線度。利用鋼絲測量車床導(dǎo)軌的直線度誤差時，移動溜板，可從安裝在溜板上的讀數(shù)顯微鏡中讀出導(dǎo)軌各點偏離鋼絲的數(shù)值。利用激光束測量直線度誤差時，激光束相當(dāng)于鋼絲，四象限光電傳感器和指示表相當(dāng)于讀數(shù)顯微鏡，沿被測導(dǎo)軌移動滑塊，若四象限光電傳感器中的 4個光電池所接收的光強信號相等，表示導(dǎo)軌直線度好；否則表示存在誤差。誤差大小可以直接從指示表中讀出。利用激光束測量直線度誤差的測量工具稱為激光準(zhǔn)直儀。

直線與方程直線的傾斜角和斜率

教學(xué)目標(biāo):

知識與技能

(1) 正確理解直線的傾斜角和斜率的概念．

(2) 理解直線的傾斜角的唯一性.

(3) 理解直線的斜率的存在性.

(4) 斜率公式的推導(dǎo)過程，(5) 掌握過兩點的直線的斜率公式．

情感態(tài)度與價值觀

(1) 通過直線的傾斜角概念的引入學(xué)習(xí)和直線傾斜角與斜率關(guān)系的揭示，培養(yǎng)學(xué)生觀察、探索能力，運用數(shù)學(xué)語言表達(dá)能力，數(shù)學(xué)交流與評價能力．

(2) 通過斜率概念的建立和斜率公式的推導(dǎo)，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解數(shù)形結(jié)合思想，培養(yǎng)學(xué)生樹立辯證統(tǒng)一的觀點，培養(yǎng)學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和求簡的數(shù)學(xué)精神．

重點與難點: 直線的傾斜角、斜率的概念和公式.

教學(xué)用具：計算機

教學(xué)方法：啟發(fā)、引導(dǎo)、討論.

教學(xué)過程：

直線與方程直線的傾斜角的概念

（一） 直線的傾斜角的概念

我們知道, 經(jīng)過兩點有且只有(確定)一條直線. 那么, 經(jīng)過一點P的直線l的位置能確定嗎"para" label-module="para">

(1)它們都經(jīng)過點P. (2)它們的‘傾斜程度’不同. 怎樣描述這種‘傾斜程度’的不同"para" label-module="para">

引入直線的傾斜角的概念:

當(dāng)直線l與x軸相交時, 取x軸作為基準(zhǔn), x軸正向與直線l向上方向之間所成的角α叫做直線l的傾斜角.特別地,當(dāng)直線l與x軸平行或重合時, 規(guī)定α= 0°.

問: 傾斜角α的取值范圍是什么"para" label-module="para">

當(dāng)直線l與x軸垂直時, α= 90°.

因為平面直角坐標(biāo)系內(nèi)的每一條直線都有確定的傾斜程度, 引入直線的傾斜角之后, 我們就可以用傾斜角α來表示平面直角坐標(biāo)系內(nèi)的每一條直線的傾斜程度.

直線a∥b∥c, 那么它們的傾斜角α相等嗎"para" label-module="para">

確定平面直角坐標(biāo)系內(nèi)的一條直線位置的幾何要素: 一個點P和一個傾斜角α.

(二)直線的斜率:

一條直線的傾斜角α(α≠90°)的正切值叫做這條直線的斜率,斜率常用小寫字母k表示,也就是 k = tanα

⑴當(dāng)直線l與x軸平行或重合時, α=0°, k = tan0°=0;

⑵當(dāng)直線l與x軸垂直時, α= 90°, k 不存在.

由此可知, 一條直線l的傾斜角α一定存在,但是斜率k不一定存在.

例如, α=45°時, k = tan45°= 1;

α=135°時, k = tan135°= tan(180°－ 45°) = - tan45°= - 1.

學(xué)習(xí)了斜率之后, 我們又可以用斜率來表示直線的傾斜程度.

(三) 直線的斜率公式:

給定兩點P1(x1,y1),P2(x2,y2),x1≠x2,如何用兩點的坐標(biāo)來表示直線P-1P2的斜率"para" label-module="para">

共同完成斜率公式的推導(dǎo).(略)

斜率公式: k=y2-y1/x2-x1

對于上面的斜率公式要注意下面四點：

(1) 當(dāng)x1=x2時，分母為零，公式無意義；傾斜角α= 90°, 直線與x軸垂直，直線的斜率不存在；

(2) k與P1、P2的順序無關(guān), 即y1,y2和x1,x2在公式中的前后次序可以同時交換,（y2-y1/x2-x1=y1-y2/x1-x2） 但分子與分母不能交換;

(3) 斜率k可以不通過傾斜角而直接由直線上兩點的坐標(biāo)求得;

(4) 當(dāng) y1=y2時, 斜率k = 0, 直線的傾斜角α=0°，直線與x軸平行或重合.

(5) 求直線的傾斜角可以由直線上兩點的坐標(biāo)先求斜率而得到．

(四）直線方程的五種形式

(五)例題:

例1 、已知A(3, 2), B(-4, 1), C(0, -1), 求直線AB, BC, CA的斜率, 并判斷它們的傾斜角是鈍角還是銳角.(用計算機作直線)

分析: 已知兩點坐標(biāo), 而且x1≠x2, 由斜率公式代入即可求得k的值;

而當(dāng)k <0時, 傾斜角α是鈍角;

而當(dāng)k >0時, 傾斜角α是銳角;

而當(dāng)k =0時, 傾斜角α是0°.

略解: 直線AB的斜率k1=1/7>0, 所以它的傾斜角α是銳角;

直線BC的斜率k2=-0.5<0, 所以它的傾斜角α是鈍角;

直線CA的斜率k3=1>0, 所以它的傾斜角α是銳角.

例2 在平面直角坐標(biāo)系中, 畫出經(jīng)過原點且斜率分別為1, -1, 2, 及-3的直線a, b, c, l.

分析:要畫出經(jīng)過原點的直線a, 只要再找出a上的另外一點M. 而M的坐標(biāo)可以根據(jù)直線a的斜率確定; 或者k=tanα=1是特殊值,所以也可以以原點為角的頂點,x 軸的正半軸為角的一邊, 在x 軸的上方作45°的角, 再把所作的這一邊反向延長成直線即可.

略解: 設(shè)直線a上的另外一點M的坐標(biāo)為(x,y),根據(jù)斜率公式有

1=(y－0)/(x－0)　 所以 x = y

可令x = 1, 則y = 1, 于是點M的坐標(biāo)為(1,1).此時過原點和點 M(1,1), 可作直線a.

同理, 可作直線b, c, l.(用計算機作動畫演示畫直線過程)