基于输电线路杆塔结构优化设计的探讨张喜贺

基于输电线路杆塔结构优化设计的探讨张喜贺

张喜贺

（惠州电力勘察设计院有限公司516023）

摘要：近年来，我国电力网络系统随着社会经济的发展也不断完善。但是在电力传输设备的建设过程中也存在一定的问题。架空高压输电作为电力运输网络的主干，其建设的质量和安全性就十分重要。杆塔结构的建设又是架空高压输电建设中的重中之重。杆塔结构是输电线路的关键部位，其作用是为了确保电网系统的安全、稳定、可靠运行，但是就目前而言，我国输电线路杆塔结构在设计方面还存在一些问题，包括自然因素、人为因素等，均有可能会对我国输电线路产生一定的影响，继而产生经济损失。目前我国输电线路杆塔结构建设存在一定的问题，本文就结合杆塔结构建设的现状，对于输电线路杆塔结构优化设计的方法进行探讨。

关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计

0引言

架空高压输电对于电能的运输具有高效性的优势，这一优势主要来源于杆塔的支撑作用使得高压导线远离地面。在输电线路杆塔使用中，主要作用是支撑架空输电线路的导线以及地线，有效保证输电线路杆塔之间与地面之间的距离，实现电能的稳定传递。因此，在现阶段输电线路杆塔结构设计中，需要施工人员认识到电路设计的稳定性及安全性，通过对架空电线路结构的优化，提高混凝土的支撑技术，提高电能运输的安全性，在输电线路杆塔结构优化设计中，也需要满足因地制宜的项目设计结构，保证杆塔结构质量的可靠性、稳定性及科学性，为电力企业的运行及发展奠定稳定基础。

1输电线路杆塔的概念

在输电线路中，杆塔是用于支撑和架空导线和地线一种装置，其主要是由钢材或钢筋混凝土制造而成。为了电力输送不会受到恶劣天气因素以及人力破坏因素的影响，要始终保持输电线路与地面之间有一定的安全距离，只有这样，才能保证电力用户享受到正常供电，生活也质量会得到保证。所以，必须保证输电线路杆塔运行的稳定性，这对提升整个供电系统的供电质量起着非常重要的作用。在输电线路中，杆塔的型式主要有角钢塔、预制水泥杆、钢管杆等，角钢塔是最常见的形态之一，它具有安全、稳固和使用寿命长的特点，但也具备造价成本高、施工难度大、维护工作量大等劣势。

2输电线路杆塔建设发展的现状

当前，输电线路杆塔无论是它的设计水平还是制造水平都较为低下，不能很好地适应当前社会发展的需要。国内输电线路杆塔生产制造单位主要分为以下两种类型：①手工生产企业。这一类企业主要是由民营、个体或乡镇企业所构成，他们无论是在生产能力方面还是加工能力方面都比较低下，有些放样、加工环节甚至是依靠手工操作来完成。在这种情况下，不能很好的保障杆塔的质量和强度；②大型的国营生产企业。这些企业一般都是由电力部门指定的生产厂家，他们的生产实力要较手工生产企强一些。从国外引进先进的生产技术和生产设备，这样可以快速提高我国的杆塔生产制造水平。在杆塔的设计方面，生产单位与设计单位还处于独立的工作状态，没有形成一个相互联系的整体。在这样的模式下，设计单位在完成了力学计算和结构选材之后，自身的工作任务就已经基本完成了，却没有很好的在计算方法与计算机放样软件之间建立紧密的联系。而杆塔的生产加工环节则由生产企业来完成。这种设计与生产相分离的方式，无论是对杆塔的设计质量还是生产水平都很不利，还使工作效率大幅降低。

3输电线路杆塔结构优化设计

3.1动态规划杆塔设计

在杆塔优化设计中，力求杆塔的重量轻、型式美、运输方便、加工简单。动态规划设计是指在进行杆塔设计中，综合采取多种方法相互结合，以达到优化的目的。在对杆塔进行制作之前，相关设计人员需要根据杆塔安装的现场实际情况、力学原理和相关的计算法则，缩小杆塔的迎风面积。结合架空输电线路设计的相关要求和知识，合理选用制造杆塔的材料。尽量减小杆塔的设计尺寸，减小杆塔的占地面积，同时需要保证杆塔的稳固性和实用性。

3.2优化输电线路杆塔主材布置及杆塔节点

对输电线路杆塔的主材布置以及杆塔节点进行优化。主材有关系到输电线路杆塔的承载力、构件长度和截面积等。输电线路杆塔构建的规格越大、长度就越长，这就需要在其所承受的内力保持不变的情况下，调整输电线路杆塔塔身的斜材。杆塔结构的构造力要求受力明确，各受力构件的形心线应汇交于一点，以减小偏心受力。主材、斜材尽可能使用多排螺栓连接，做到斜材直接与主材连接。主材在节点处要做到双面传力，否则就需要采取加强措施。

3.3输电线路杆塔头结构的优化选择

干字形和羊字形塔头是直线角钢塔最常见的两种塔头型式。其中，羊字形塔头的使用率较高一些，因这种塔头的结构简单，质量较轻，干字形则相对要重一些，而干字形塔头的结构强度较羊字形塔头大。转角塔的计算受力较直线塔大，因此塔头型式一般采用干字形。

3.4输电线路杆塔身结构的优化选择

输电线路杆塔的塔身的断面形式主要有以下两种：①矩形塔，也称扁塔；②正方形塔，也称方塔。其中，正方形塔的重量比矩形塔要大，占地面积也相对大一些，但是正方形塔在使用性和抗横向、纵向承载力等方面都要优于矩形塔。同时，正方形塔的断面塔头在顺线路方向上的结构刚度要强于矩形塔。所以，综合起来考虑，正方形塔身型式是相对实用和合理的选择。

在表1分析中可以发现，在计算出质量的最小直线杆塔头的下口宽度，在输电线塔头高度为28m的状态下，需要计算出转角塔的最优尺寸，相关的工作人员也需要对塔顶中间的变坡、下口处进行跟开处理，保证长度的不变。通过专业的计算可以发现，最佳的塔是尺寸为：上口宽为2200mm，中口宽为2800mm，下口宽度为4200mm。

4未来杆塔结构设计的发展方向

4.1设计理论体系

就我国目前的输电线路杆塔的结构设计理念来看，还是相对传统一些的。为了满足电力系统的发展需要，必须引进更为先进的理论体系。那么，如何将现代结构的分析方法应用到杆塔结构设计中，还在研究与探索的过程当中。而且，应着重在初应力、初位移、加工误差等对杆件承载力的影响这几方面展开深入的探索与研究。

4.2荷载取值

我国目前对于杆塔风荷载的取值和计算，主要为静力风荷载，而对于动力风荷载，还没有形成系统的理论。对于覆冰荷载的研究，则因为地域跨度大、地形条件复杂和气象资料收集不够充分等原因，仅仅是根据运行经验和数据推论来进行经验性的取值。因此，对于杆塔风荷载的研究和取值，尚需更进一步的研究和论证。

4.3节点构造的计算方法

我国目前的输电线路杆塔与国外的相比，除了性能、材料、设计理念等与国外有很大差异之外，在重量和体积方面也都较为偏重和偏大。同时，在节点构造上也存在着不小的差异。目前，在影响杆件承载能力的几项因素当中，对新性能节点、新材料还有节点构造等几方都还需要做出更加细致的研究，使其进一步的完善。

4.4设计软件的应用

我国目前所使用的线路杆塔结构设计软件还存在一些缺陷，致使许多先进的研究成果和优秀的经验无法得到有效运用。未来输电线路杆塔的设计、运行和维护等工作，将朝着“数字电网化”的方向发展。在这方面，我国的电力系统还具有很大的发展空间。

5结语

作为输电线路中的重要组成部分，杆塔的设计、生产与安装这一系列工作的完成质量，将对整个电力系统的健康发展起着相当重要的作用。充分认识到目前建设过程中存在的问题，积极的提出的优化设计的方案，加强杆塔结构优化设计的创新能力。在设计优化的过程中，要注重工程设计人员、杆塔制造方和施工方的配合。根据建设地的实际需要，按照动态设计的原则，从塔身，塔头，主材料布置和节点设置方面对输电线路杆塔进行优化设计。这将提高我国电网建设的质量，建设安全、可靠、高效的电力网路系统。

参考文献：

[1]张春阳，邓薇.输电线路杆塔结构优化设计解析[J].中国新技术新产品，2017（21）：94-95.

[2]刘广登.110kV输电线路直线杆塔结构设计[J].科技与创新，2017（1）：76-77.

[3]刘广登.110kV输电线路直线杆塔结构设计[J].科技与创新，2017，25（1）：76~77.