输电线路杆塔结构优化设计的探讨郭振斌

输电线路杆塔结构优化设计的探讨郭振斌

郭振斌

（国网江苏省电力公司淮安供电公司输电分公司江苏淮安223002）

摘要：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。因此，必须要重视好输电线路杆塔结构的优化设计工作，使其在电力输送过程中能更好的发挥作用。这也是我国当前电力系统的工作重点。相信在电力系统全体人员的一致努力下，输电线路杆塔结构将会以更加优化的设计来适应社会的发展需要，为我国的电力系统实现更快、更好的发展提供强有力的保障。鉴于此，本文主分析输电线路杆塔结构优化设计。

关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计

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、输电线路杆塔结构设计现状

输电线路杆塔主要是用来支撑架空输电线路和地线的关键设备，可以让输电线路和地面始终保持一定的安全距离。如此一来，哪怕是在非常恶劣的环境条件下，输电线路也可以正常输送电能，确保用电正常。所以，输电线路杆塔结构设计水平会对输电线路的安全生产造成一定的影响。就目前来看，对我国输电线路的架线设计以及资金投入情况进行分析，可以得出杆塔投资成本占到主体投入的35%，尤其对输电线路的经济效益影响非常大。伴随我国开始组建高压网络体系，各种各样的新型输电技术开始投入应用，输电线路杆塔的建设数量也开始增多，杆塔结构得以优化，建设类型向高负荷化、大型化方向发展。和我国先进制造业的发展水平进行对比分析，现阶段杆塔设计的水平还非常低，达不到社会发展最新要求。一般来说，我国输电线路杆塔大多是专门指定企业进行生产制造，一种是国营电力设备企业，或者是由设备定点生产企业制造，此外还有手工生产企业。二者对比而言，前者具有雄厚的经济实力，而且无论是加工技术还是能力都比较强；后者大多是一些个体单位、城镇企业以及民营企业等，生产加工技术水平非常低，没有任何技术门槛。整体情况分析，我国现阶段杆塔设计水平非常低，必须深化技术改革，促进设备质量水平的提升。

3、输电线路杆塔结构优化设计

3.1、动态规划法

杆塔结构的优化设计是追求重量轻、型式美、加工简单、运输方便等优势的动态规划法。其中，所谓动态规划法是解决某一问题时，不止运用一种手段，而是同时采取多种方法相互结合，灵活运用，以达到优化的目的。在对杆塔进行设计的过程中，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，以及合理的选用塔材，减小杆塔的设计尺寸，减小占地面积，从而增强杆塔的实用性。通过一系列的探索与研究，才能找到最合理的设计方案，才能设计出外观更美、结构更简单、实用性更强的杆塔。这就是动态规划法的主要思路和运用过程。

3.2、输电线路杆塔塔头形式的选择

干字形和羊字形是输电线路杆塔直线塔塔头的主要形式，羊字形塔头更经常被选择是因为羊字形塔头的质量是最轻的；转角塔也是输电线路杆塔的一种，它的计算受力比直线塔大，所以一般用干字形作为塔头，也能对输电线路杆塔的刚度有所增强。

3.3、输电线路杆塔塔身断面型式

输电线路杆塔的直线塔塔身主要有两种断面形式，一种是矩形塔称为扁塔，还有一种为正方形塔称为方塔。方塔的灵活程度和抗纵向负载能力都比扁塔好，而且方塔的断面塔头在顺线路的方向上的刚度也比较强，虽然重量比扁塔重，但是综合起来考虑，正方形的输电线路杆塔塔身的断面型式是比较优化的结构。

3.4、输电线路杆塔塔身尺寸的选择

根据我国最新的对输电线路杆塔塔身尺寸数据的研究表明，直线塔的情况下，塔头上部的宽度为1100mm，下部的宽度为2800mm，30mm的铁塔跟开7700mm的铁塔重量是最轻的，所以直线塔的最佳尺寸是塔顶上口是1100mm，塔头下口的宽度为2800mm，30mm的铁塔跟开7700mm；转角塔的最佳尺寸数据是在假设转角塔的上口宽有所变化，中间的便坡以及下口处和铁塔的跟开都不变、横担的长度也需要保持不变的情况下，同过相应的计算得出塔顶上口的宽度为2200mm，中间宽为2800mm，塔头下口的宽度为4200mm，铁塔跟开为9000mm。

3.5、输电线路杆塔传力线路优化

输电线路杆塔传力线路优化是指不管是直线塔还是转角塔都要在能够减轻输电线路杆塔重量的情况下，还能够保证输电线路杆塔下部分的塔身斜材不被压迫。

3.6、输电线路杆塔主材布置及节点优化

输电线路杆塔主材的计算长度需要调整。输电线路杆塔的结构承载力、构件长度和输电线路杆塔的截面积都跟主材有关。当输电线路杆塔的构件规格是强度控制着的时候，它所承担的构建长度和内力就决定着输电线路杆塔的构陷所选取的规格。输电线路杆塔构建的规格越大、长度就越大，是需要在其所要承受的内力保持不变的情况下；输电线路杆塔塔身的斜材也需要调整。减少斜材的规格会使得输电线路杆塔塔身的压力不会同时受到控制。

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。第三，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。

总之，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。

参考文献：

[1]闫小峰.关于输电线路杆塔结构优化设计分析[J].黑龙江科技信息,2016(03):43.

[2]李伟.输电线路杆塔结构优化设计探讨[J].企业技术开发,2015,34(08):88-89.