输电线路铁塔选型设计与基础优化研究智生龙

输电线路铁塔选型设计与基础优化研究智生龙

智生龙晋宏飞

（国网山西省电力公司经济技术研究院山西太原030002）

摘要：随着经济建设的不断发展，用电需求也越来越高，2020年我国输电线路总长或超159万千米。加之输电线路电压等级的日益提高，我国的输电线路铁塔正朝着多回路、高电压等级的方向发展。传统的老塔型越来越无法适应发展需求，输电线路铁塔的合理选型与有效优化已经成为电网建设过程中必不可少的重要环节，本文便对输电线路铁塔的选型设计与基础优化进行研究。

关键词：输电线路铁塔；选型设计；基础优化

引言

当前我国电网建设由于受经济发展与地理环境的影响，呈现出长距离、大规模、高电压等级等主要特点。目前我国的特高压工程与日俱增，在技术方面取得的成果也非常喜人，但与发达国家相比，我国输电线路铁塔在设计过程中的理念与技术还存在一些问题。因此，需要研究其选型设计与基础优化，以节约输电成本、提升输电质量。

1输电线路杆塔的分类及概述

输电线路杆塔是输电线路建设过程中必不可少的重要结构组件，其主要的功能就是把导线、避雷线和附属设备进行支撑，从而保证所有相关的导线之间，导线与地面和一些交叉跨越物之间保持安全的距离。在电力系统中主要应用的电力线杆塔主要分为：直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、换位杆塔、跨越杆塔、终端杆塔这五大类。而电力杆塔建设主要采用两种材料型式：铁塔和钢筋混凝土塔。一般在输电线路的电压等级大于110kV时都采用铁塔型式，而电压等级小于66kV时会多采用钢筋混凝土塔。在输电距离较远，线路电压等级高，施工环境复杂的环境一般采用铁塔。由于铁塔结构的可变性，铁塔结构的安全性方面有着相当的优势。但是铁塔的使用对材料的需求量也大，结构设计不合理也会导致杆塔本身的抗弯矩和承载力的不足，并造成材料浪费。因此电力线路杆塔必须要根据线路的电压等级、回路数、环境情况等进行考虑，从而选择合适的杆塔型式后在针对实际情况进行优化选择，从而选择最为合适的杆塔结构，从技术性、经济性方面综合对杆塔的选择进行评判。

2铁塔设计的原则

电网能够有效的发挥其作用，主要是输电线路中的各个组件要能够承受运行过程中的各种外来因素影响，尤其是输电线路的杆塔部分，必须要能够承受一些外在环境的影响，必须要能够稳定的矗立在地面上，保证线路的正常可靠运行使用。所以说杆塔设计中，需要注意以下的设计原则问题：①杆塔的设计必须要保证杆塔的强度，要保证杆塔能够在一些极端条件下稳定，要能够有效的抗震，有效的抵抗一些断裂，环境污染导致的线路绝缘破坏，以及雷击破坏等；②杆塔的美观经济性也必须要考虑，杆塔的设计中对于杆塔各个部分都必须要进行考虑，只有这样才能够有效的保证杆塔的美观，同时需要考虑各个部件的价格要合理；③杆塔材料施工质量，杆塔使用的所有材料的质量必须要达到使用的要求标准，同时，杆塔的底座钢筋混凝土施工的质量也是必须要做好设计和准备。

3输电线路铁塔塔型的选型研究

3.1单回路铁塔结构选型

一般在单回路的线路中，主要有三角形排列方式，水平排列方式的塔架型式。三角形排列方式的铁塔一般比较适合在覆冰厚度较高的中、重冰区线路，且其自身由于两侧垂直作用力弯曲变形较小，但是如果当导线发生不均匀覆冰的情况时有发生，这也增加了线间闪络事故的风险。而采用水平排列的塔架型式时，由于均采用双地线的设置，就能够确保电力线路的防雷性能，所以一般在多雷地区架设线路时应多考虑采用水平排列型式的铁塔，但是水平排列的塔架型式一般来说占用的线路走廊相对更宽，如果小截面导线采用水平排列型式塔架实际上会导致钢材消耗的浪费。所以一般特高压、多雷地区才建议采用水平排列的型式，而一般输电线路铁塔采用三角排列能够更好地提升工程的经济性。两种型式都有着维修便捷和维护工作投入小的优势。

3.2双回路铁塔结构选型

在双回路线路施工中常采用鼓型、倒伞形和蝴蝶型这三种不同的排列型式，而每种排列型式的铁塔有着不同的优势和劣势。通常情况下鼓型塔架因为上横担短，能够有足够空间来把避雷线架设的稍低，从而有效节省铁塔的用钢量，但其在施工中由于中横担长的影响增加了施工架线的难度。倒伞形的塔架对于中横担导线有着十分良好的防雷保护效能，并且对于架线施工而言，比鼓型塔架更加便捷，但是由于上导线横担较长并且要确保防雷保护的效能，因此在设计时一般防雷线的支架相对高大，也就增加了铁塔的钢材耗量。蝴蝶型塔架在其它条件相同的情况下由于塔高低、耗材低，所以经济性良好，一般也在线路跨越大的情况下选用；但是该种塔架型式由于架设导线的施工较为复杂且占用走廊宽度，选用也有局限性。

4电力铁塔基础优化研究

4.1强化输电线路铁塔基础

输电线路杆塔基础常见类型包括钢管杆、水泥杆和直立式铁塔系列基础三类。其中，钢管杆基础可见非原状混凝土、非原状土台阶式和非原状土直柱式柔性这三类；水泥杆基础则可见非原状土无拉线盘和非原状土有拉线盘这两类；直立式铁塔系列基础在基础类型方面划分更细，共有16种类型。在杆塔基础的选型中，如果混凝土浇筑难度较大，则可以优先选择金属式基础或预制装配式基础。如果涉及到电杆及拉线，则建议选择预制装配式基础。在基础设计过程中，以安全为前提，对输电线路铁塔基础受力性能进行分析。新基础计算的前提是铁塔基础所处区域地基基础承载力符合设计要求。但是，如果地基基础为淤泥质土或淤泥，则应当重新设计。在对输电线路铁塔基础进行优化设计的过程中，必须充分评价工程实践中的施工条件、杆塔型式以及沿线地质条件对铁塔结构稳定性的影响，在最大程度上确保输电线路铁塔结构的基础稳定性和位移允许性。

4.2适当降低输电线路铁塔接地电阻

高压输电线路接地电阻的大小与线路耐雷水平呈反相关，因此，为有效提高高压输电线路整体耐雷水平，应在基础设计环节中结合各基杆塔土壤电阻率取值情况，有效控制杆塔接地电阻的大小。在基础设计的优化中，可采取的措施包括以下几种：①若输电线路铁塔杆塔所处区域周边允许水平放设，则应当采取水平外延接地的处理措施。这样，一方面能够使冲击接地电阻得到控制，另一方面能够有效降低工频接地电阻。②可结合输电线路铁塔结构的基本情况，适当增加接地极埋设深度，遵循就地原则增加垂直接地极。③可合理敷设降阻剂，以起到合理控制杆塔接地电阻大小的效果。

4.3优化输电线路路径和塔型搭配

城市紧凑型多回路钢管杆走廊或钢管塔走廊在技术上能满足输电线路的实际要求，且钢管杆造型美观，安装快捷，占地面积小，还与城市地势较为平坦、走廊宽度小、线路施工方便等特点相适应，因此得以迅速发展。对于输电线路而言，线路走廊宽度主要会受到风偏、安全距离和塔头尺寸三方面参数的影响。其中，安全距离的波动范围小，因此，控制输电线路走廊宽度的关键在于合理控制风偏和塔头参数。结合实践经验来看，为有效限制导线风偏，对塔头尺寸进行控制，可采取固定挂点的直线式杆塔和固定跳线的耐张杆塔。

结束语

总而言之，随着我国经济发展对电力需求的逐渐增大，输电线路的压力也日益增加，想要确保电力输送的充足，就需要对铁塔的选型进行合理设计，并对其基础进行优化研究，确保输电线路的安全稳定运行。

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