架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探析

陳明亮

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，對(duì)電力的需求量越來越大，用電負(fù)荷也在不斷的提升，架空輸電線路在運(yùn)行中所對(duì)應(yīng)的輸送容量以及導(dǎo)線截面持續(xù)增大。與此同時(shí)，城市地區(qū)的架空輸電電路走廊越來越復(fù)雜，對(duì)輸電線路鐵塔的要求也越來越高，這就需要結(jié)合輸電鐵塔的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高鐵塔整體的穩(wěn)定性，保障人們的用電需求。本文對(duì)架空輸電線路鐵塔塔型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較深入的分析研究，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)從事架空輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)工作的技術(shù)人員具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；鐵塔結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）08-0167-02

Abstract：with the increasing levels of China's economy， great demands for power， are also constantly upgrading the electricity load， overhead transmission lines corresponding to the operation of the transmission capacity and the wire section continues to increase. At the same time， the circuit overhead transmission corridor City area more and more complex， the transmission towers are increasingly high requirements， which need to be combined with the actual situation of the optimization design of transmission tower structure， and improve the stability of the whole tower， to protect the people's demand for electricity. This paper studies deeply on the overhead transmission line tower type design and structure design， on this basis， the design optimization of transmission line tower structure， which has a certain reference for the technical personnel engaged in the work of the design of overhead transmission line tower.

Key Words：overhead transmission line； tower structure； design optimization

電力系統(tǒng)在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，為人們的日常生活和工作提供了充足的能源。作為電力供應(yīng)的基礎(chǔ)保障性設(shè)施，架空輸電線路在電力供應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的實(shí)際意義。在實(shí)際的鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)鐵塔整體結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定進(jìn)行系統(tǒng)全面的考慮，進(jìn)而確保鐵塔能夠進(jìn)行正常的工作，此外，還需要對(duì)鐵塔的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行全面的分析，在確保鐵塔安全的前提下，盡量減少鐵塔的造價(jià)，進(jìn)而提高鐵塔整體的經(jīng)濟(jì)效益。因此，為提高架空輸電線路運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，做好對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化工作有著非常重要的意義與價(jià)值。

1架空輸電線路鐵塔塔型設(shè)計(jì)

在對(duì)架空輸電線路鐵塔進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，可以將鐵塔桿系節(jié)點(diǎn)看作成鉸接點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行有效的內(nèi)力分析。由于架空輸電線路鐵塔的工作環(huán)境一般較為復(fù)雜，為了確保鐵塔能夠順利的進(jìn)行有效的工作，要對(duì)鐵塔的塔型進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，優(yōu)選最適宜的塔型。架空輸電線路鐵塔塔型的選擇要充分考慮輸電線的導(dǎo)線型號(hào)、鐵塔的工作環(huán)境以及線路的敷設(shè)路徑等因素，根據(jù)鐵塔所承受的機(jī)械外負(fù)荷條件進(jìn)行塔型的計(jì)算和設(shè)計(jì)工作，進(jìn)而確保鐵塔結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等滿足實(shí)際工作的要求。此外，鐵塔塔型的選擇還要對(duì)鐵塔的施工條件、施工技術(shù)以及維修的便捷性等影響因素進(jìn)行充分的考慮。

根據(jù)鐵塔底部寬度的不同，可以將架空輸電線路的鐵塔分為：窄基鐵塔和寬基鐵塔兩種類型。其中，窄基鐵塔的底部寬度與塔體的高度之比介于1/14～1/12之間，而寬基鐵塔的底部寬度相對(duì)較大，其比值介于1/6～1/4之間。窄基鐵塔的底部寬度相對(duì)較小，在同樣的塔高條件下，其主材所承受的各種作用力相對(duì)較大，為了確保塔體的安全性，對(duì)主材的要求相對(duì)較高，該種類型的鐵塔設(shè)計(jì)主要用于檔距較小的鐵塔之中，其擋距要小于100m；而寬基鐵塔其底部寬度較大，能夠?qū)㈣F塔的作用力進(jìn)行有效的分解，其主材所受到的作用力相對(duì)較小，該種類型的鐵塔設(shè)計(jì)主要用于檔距較大的鐵塔之中，其檔距不小于100m。

2架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不同類型的鐵塔其架空輸電線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡相同，其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

2.1窄基鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)橫擔(dān)以及鐵塔支架的通用程度可以采用以下兩種類型的結(jié)構(gòu)布置方案：（1）可以將窄基鐵塔的塔頭區(qū)域設(shè)置為垂直的形式，對(duì)口寬進(jìn)行固定，塔身開始逐漸起坡，其鐵塔的整體高度與底部的寬度參數(shù)設(shè)置一致，不考慮輸電線路回路數(shù)量劃分的影響；鐵塔橫擔(dān)具有良好的通用性，鐵塔中所設(shè)置的橫擔(dān)數(shù)量要根據(jù)架空輸電線路中實(shí)際的回路數(shù)量進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。（2）鐵塔塔身與塔頭均按照要求設(shè)置一定的通用坡度，鐵塔的總高度與鐵塔的上口和底部寬度保持一致；橫擔(dān)設(shè)置成固定形式不進(jìn)行通用設(shè)計(jì)，根據(jù)導(dǎo)線的數(shù)量可以分為單導(dǎo)線回路和雙導(dǎo)線回路兩種不同的形式。

2.2寬基鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鐵塔中導(dǎo)線回路數(shù)量的不同可以采取不同類型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。其中，對(duì)于使用單導(dǎo)線回路的鐵塔，其結(jié)構(gòu)布置具有“上”字型的特點(diǎn)；對(duì)于使用雙導(dǎo)線回路的鐵塔，其結(jié)構(gòu)布置上具有鼓型的特點(diǎn)。

3 架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了確保架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化具有一定的針對(duì)性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，必須要嚴(yán)格遵守以下三條基本原則：（1）在進(jìn)行鐵塔優(yōu)化設(shè)計(jì)的前期，要對(duì)鐵塔施工沿線的水文條件、地質(zhì)條件和氣象條件進(jìn)行系統(tǒng)全面的調(diào)查研究；（2）要根據(jù)鐵塔位置的要求制定科學(xué)合理的桿塔位置排定，也就是在鐵塔線路通過作物林區(qū)域時(shí)不砍伐通道。若距離鐵塔的垂直距離不滿足要求時(shí)，可以對(duì)距離過短的個(gè)別部位進(jìn)行一定的修剪，以距離符合要求為止；（3）要對(duì)架空輸電線路沿線主力桿塔造影進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1強(qiáng)化架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)

根據(jù)架空輸電線路桿塔基礎(chǔ)材質(zhì)的不同，可以將桿塔基礎(chǔ)分為：鋼管桿、水泥桿以及直立式鐵塔三種不同的類型。一半分為原狀土基礎(chǔ)和非原狀土基礎(chǔ)。具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、環(huán)保要求、綜合造價(jià)等因素基于使用全壽命周期綜合考慮設(shè)計(jì)。

在進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作時(shí)，最重要的就是要確保鐵塔的整體安全，這就需要對(duì)鐵塔基礎(chǔ)的整體受力性能進(jìn)行全面的分析。對(duì)于新設(shè)立的鐵塔基礎(chǔ)，其受力計(jì)算的基本前提是鐵塔基礎(chǔ)位置處地基基礎(chǔ)的承載力符合設(shè)計(jì)的要求。若對(duì)于淤泥質(zhì)土和淤泥的鐵塔地基基礎(chǔ)，要結(jié)合地基的實(shí)際情況，重新進(jìn)行鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)工作。

要想做好架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，要將鐵塔實(shí)際施工的條件、桿塔形式以及線路沿線的地質(zhì)條件對(duì)鐵塔穩(wěn)定性所造成的影響進(jìn)行充分的分析研究，對(duì)于不符合基礎(chǔ)要求的因素，要采取有效的改進(jìn)措施，進(jìn)而最大程度的減小不利因素所造成的影響，在最大程度上確保架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)穩(wěn)定性和位移允許性。

3.2適當(dāng)降低架空輸電線路鐵塔接地電阻

在架空輸電線路鐵塔的高壓輸電線路中，其接地線路的電阻大小與線路的耐雷水平呈反相關(guān)的關(guān)系，所以，為了盡可能的提升高壓輸電線路的耐雷程度，在進(jìn)行架空輸電線路鐵塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮各個(gè)基桿塔處土壤電阻率的平均值，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)桿塔的接地電阻大小進(jìn)行有效的控制。在對(duì)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，可以采取的有效處理措施如下所示：

1）當(dāng)鐵塔桿塔所處的位置處，其周邊能夠進(jìn)行有效的水平放設(shè)，那么要充分結(jié)合實(shí)際情況采取水平外延接地的對(duì)策。通過這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠有效地控制沖擊性接地電阻的大小，而且還能對(duì)工頻接地電阻進(jìn)行有效的降低。

2）要結(jié)合所選用鐵塔結(jié)構(gòu)的基本情況，可以將接地極的埋設(shè)深度進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾樱鶕?jù)就地原則的要求可以適當(dāng)增加垂直接地極的數(shù)量。

3）當(dāng)鐵塔桿塔位置處的地質(zhì)條件比較特殊，導(dǎo)致土壤電阻率水平受到嚴(yán)重的影響，則可以在鐵塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中采取有效的處理措施，向土壤中加入適量的木炭以及酸、堿性物質(zhì)等，進(jìn)而有效地改善土壤的電阻率水平。

4）在鐵塔基礎(chǔ)的適宜位置進(jìn)行合理的降阻劑敷設(shè)，進(jìn)而對(duì)桿塔處的接地電阻進(jìn)行有效的控制。

3.4 優(yōu)化輸電線路基礎(chǔ)路徑和塔型搭配

架空輸電線路鐵塔的線路走廊寬度主要是由風(fēng)偏、安全距離以及塔頭尺寸這三個(gè)因素的影響。其中，鐵塔的安全距離較為固定，一般不會(huì)發(fā)生較大的變化，因此，為了有效地控制架空輸電線路走廊的寬度就要對(duì)風(fēng)偏和塔頭采取有效地控制措施。依據(jù)鐵塔實(shí)際的施工經(jīng)驗(yàn)，采取固定掛點(diǎn)的直線式桿塔和固定跳線的耐桿塔，就可以對(duì)導(dǎo)線風(fēng)偏和塔頭尺寸進(jìn)行有效的控制。

4結(jié)語

總而言之，在進(jìn)行架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程中，要對(duì)鐵塔所處位置的水文條件、地質(zhì)條件和氣象條件進(jìn)行充分的分析研究，并通過有效的計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目的。本文對(duì)架空輸電線路鐵塔塔型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較深入的分析研究，在此基礎(chǔ)上，探討了架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施，對(duì)從事架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的技術(shù)人員具有一定的借鑒意義。

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