输电线路杆塔结构优化设计解析陈传振

输电线路杆塔结构优化设计解析陈传振

陈传振

（中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司黑龙江哈尔滨15000）

摘要：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。

关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计；方案解析

引言

输电线路中的杆塔主要起到支撑架空输电线路与地线作用，通过它可以使输电线路与地面之间保持一定的距离，以免受到恶劣天气影响或人为外力破坏而出现供电故障，确保了输电线路的正常运行。因为海拔高度会影响杆塔电气间隙，决定着杆塔结构耗钢量，所以在进行输电线路杆的结构设计时，要针对不同的地势环境制定不同的设计方案，这也是优化杆塔结构设计的技术要点。

1架空输电线路铁塔塔型设计

在对架空输电线路铁塔进行内力分析时，可以将铁塔杆系节点看作成铰接点，进而进行有效的内力分析。由于架空输电线路铁塔的工作环境一般较为复杂，为了确保铁塔能够顺利的进行有效的工作，要对铁塔的塔型进行技术经济分析，优选最适宜的塔型。架空输电线路铁塔塔型的选择要充分考虑输电线的导线型号、铁塔的工作环境以及线路的敷设路径等因素，根据铁塔所承受的机械外负荷条件进行塔型的计算和设计工作，进而确保铁塔结构的刚度、强度、稳定性等满足实际工作的要求。此外，铁塔塔型的选择还要对铁塔的施工条件、施工技术以及维修的便捷性等影响因素进行充分的考虑。

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。即使这样，也仅仅是达到80年代的生产技术水平而已。因此，就现阶段而言，我们还是应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架空输电线路铁塔结构设计

3.1杆塔发展的新型式

近年来城市人均用电量不断增加，110～220kV变电站开始进入市区。受到城市地形和环境的制约，线路走廊的空间被进一步压缩，常规的角钢塔已不适用于城市架空输电线路，于是人们研制出了占地面积小的钢管杆。钢管杆加工工艺相对复杂，投资较大，但是结构简单，受力明确，能较好的与城市景观相互融合，美观大方，在城市架空输电线路中发展迅速。钢管杆的型式主要有单杆和双杆两种，其中单杆使用较多。钢管杆的优化设计可总结为以下几点：①前期要对线路走廊做详细的勘察，充分了解走廊的周围环境、气候条件；②合理的选择杆身、横担的连接方式，杆身的连接方式分为插接与法兰连接两种，法兰连接对于杆的重量和强度控制，要优于插接；③在符合规范对杆身挠度和强度要求的前提下，合理的选择钢板厚度和杆身的锥度以及分段长度，以达到优化钢管杆尺寸和重量的目的。

3.2铁塔的根开和塔身口宽的设计

塔身口宽和铁塔根开取值与塔身坡度的变化相互关联，对铁塔的整体刚度和塔重的变化影响巨大，所以选择最佳的塔身口宽和根开尺寸是优化铁塔设计关键环节之一。此外，塔身坡度的大小关系到基础作用力以及铁塔建成后的占地范围，塔身坡度越小，占地范围越小，但基础作用力越大；塔身坡度越大，基础作用力就越小，但占地范围变大。因此，在确定的一个使用条件下，存在一个合适的塔身上下口尺寸和坡度范围，在这一范围内，铁塔的材料耗量最低，由于上口受电气间隙的限制，可调整的范围不大，在满足电气间隙的条件下，小范围调整上口尺寸，较大范围的调整下口尺寸，对塔身坡度和根开进行多方案组合优化，在保证铁塔整体强度和刚度的条件下，计算出最合理的坡度和根开。以某工程的转角塔J30102B2为例，从表1可知，该塔最佳的塔身上口宽4.5m，对应其口宽下的铁塔双面坡度取值应为0.13左右时，耗钢指标较优。铁塔塔身主材的坡度一般控制在0.1～0.16范围内，当铁塔的高度超过一定高度时，采用一个坡度会引起铁塔的身部变宽，增加铁塔耗材，此时可以在塔身部份进行适当分段，改变身段的坡度，但要求下段塔身坡度应比上段的坡度缓，塔腿段坡度应最缓，如此调整既有利于增加整个铁塔的刚度和强度，又不增加铁塔的基础作用力，甚至可以减小基础作用力。

3.3强化架空输电线路铁塔基础

根据架空输电线路杆塔基础材质的不同，可以将杆塔基础分为：钢管杆、水泥杆以及直立式铁塔三种不同的类型。一半分为原状土基础和非原状土基础。具体根据现场地质情况、环保要求、综合造价等因素基于使用全寿命周期综合考虑设计。在进行铁塔基础的设计工作时，最重要的就是要确保铁塔的整体安全，这就需要对铁塔基础的整体受力性能进行全面的分析。对于新设立的铁塔基础，其受力计算的基本前提是铁塔基础位置处地基基础的承载力符合设计的要求。若对于淤泥质土和淤泥的铁塔地基基础，要结合地基的实际情况，重新进行铁塔基础的设计工作。要想做好架空输电线路铁塔基础的优化设计工作，要将铁塔实际施工的条件、杆塔形式以及线路沿线的地质条件对铁塔稳定性所造成的影响进行充分的分析研究，对于不符合基础要求的因素，要采取有效的改进措施，进而最大程度的减小不利因素所造成的影响，在最大程度上确保架空输电线路铁塔结构的基础稳定性和位移允许性。

4输电线路杆塔结构的发展方向

在电力企业运行及发展的过程中，我国输电线路的杆塔结构设计仍然存在着一定的限制因素，所以在设计中也需要逐步深入，满足项目设计的整体需求。因此，在未来电力系统发展中需要有效优化输电线路杆塔结构优化设计的整体结构，并在设计方案优化中，需要做到以下几点内容：第一，在设计理论方法优化及完善中，需要引进先进的经验，通过对经验的总结，设计结合我国的杆塔结构设计方案，满足杆塔、塔基以及路线设计的一体化发展。第二，在荷载取值分析中，需要相关设计人员合理分析重动力分荷载取值的相关内容，将地形区域的复杂因素作为重点，选择创新性的项目整合资源，强化输电线路杆塔结构的优势性，从而为输电线路杆塔结构的优化提供支持，明确杆塔结构发展的基本方案。

结束语

总而言之，在现阶段架空高压电输电线路工程项目优化中，需要架空输电线路的杆塔结构，架空输电线路结构设计的整体质量，保证电网线路设计的经济性、可靠性及安全性，为电网的安全结构优化整合提供支持。同时，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，满足电力系统运行的安全性及稳定性，提高输电系统运行的整体质量。

参考文献：

[1]兰长俊.架空输电线路铁塔结构与基础设计要点研究[J].低碳世界，2014（07）：56-57.