輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化探討

陸佳

摘要：隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，架設(shè)高壓或超高壓輸電線路已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。輸電線路是整個供配電網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分，它將電能從偏遠的山區(qū)輸送到城市電力負荷區(qū)，是整個工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展的大動脈。由于高壓輸電線路工程施工環(huán)境的多變性和特殊性，如何依據(jù)設(shè)計單位提供的圖紙，保證整個工程的施工質(zhì)量和進度，是整個工程施工的要點。但在實際施工過程中，工程設(shè)計圖紙有時與實際施工狀況有所差異，就必須根據(jù)實際情況制定相應(yīng)的更改方案，保證工程施工的順利進行。

關(guān)鍵詞：輸電線路;鐵塔結(jié)構(gòu);設(shè)計;現(xiàn)狀;優(yōu)化措施

一、國內(nèi)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

最近幾年，我國電力設(shè)計部門設(shè)計出了很多種形式的塔桿，雙回路直線塔就是其中的一種重要形式，在這種方式的塔桿設(shè)計中是以重量最輕為主要的目標(biāo)，同時還要和滿應(yīng)力電算程序進行有機的結(jié)合，同時還要采用各種方法對其集合布置進行進一步的優(yōu)化，這種新型的塔桿形式也有著非常好的經(jīng)濟效益，相關(guān)的研究也表明電力傳輸?shù)穆窂皆街苯?，塔桿自身的重量也就越輕。所以在這一過程中應(yīng)該選擇合適的配置方式，這樣才能更好的保證內(nèi)部的位移和應(yīng)力的分布更為的合理，在設(shè)計的過程中一定要將各個材料的力學(xué)特征充分的利用起來，這樣才能更好的展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)在重量上的優(yōu)勢，這些因素也應(yīng)該是塔桿設(shè)計過程中應(yīng)該著重考慮的因素。

二、鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

2.1 鐵塔塔頭優(yōu)化設(shè)計

在以往常規(guī)500kV雙回路線路中，塔頭形式一般布置為鼓形。該塔頭布置形式較為簡潔，傳力清晰，由于導(dǎo)線采取垂直排列方式，塔頭較高，當(dāng)有跨越要求時，為滿足電氣對地距離要求，全塔高度較高，導(dǎo)致塔身風(fēng)荷載和上層導(dǎo)地線風(fēng)荷載較大，塔材耗量和基礎(chǔ)作用力均較大。另外一種形式為雙層橫擔(dān)的V串塔型，塔頭為三角形布置方式。兩種塔頭形式的比較如下圖1所示：

鼓型塔：優(yōu)點是鐵塔掛點簡單明確、由上而下受力傳遞清晰，導(dǎo)、地線的垂直荷載、水平荷載經(jīng)塔頭橫擔(dān)上相應(yīng)掛點傳遞到鐵塔的身部，同時走廊較窄。缺點為導(dǎo)線采用垂直排列，上下相之間的電氣距離要求使得塔頭較高，塔重較重，約34800.0kg。

雙層橫擔(dān)塔：優(yōu)點為導(dǎo)線布置采用三角排列，比常規(guī)塔頭布置減少了一層橫擔(dān)從而有效降低了塔高，導(dǎo)地線風(fēng)荷載和塔身風(fēng)荷載降低明顯，塔重較輕，約29700.0kg，而且其基礎(chǔ)作用力較小。缺點是下導(dǎo)線橫擔(dān)較長，構(gòu)造復(fù)雜，且走廊較寬。

通過以上兩種形式的分析，同時參考已投運的工程中的成熟的設(shè)計成果，上述兩種形式都有各自的優(yōu)點及缺點。鼓塔型塔頭布置較為簡潔，傳力清晰且走廊較窄;V串雙層橫擔(dān)塔，導(dǎo)線采取三角排列方式，能有效降低塔高近10m，塔材較鼓形塔降低約10%，同時其基礎(chǔ)作用力也減少12%以上，綜合經(jīng)濟效益明顯。500kV線路一般對走廊的要求不高且有高跨要求，采用兩層橫擔(dān)的V串塔型對降低工程造價顯得更有意義。

2.2 鐵塔塔身橫斷面樣式分析

一般來說，高壓輸電線路所用的直線型鐵塔的塔身橫斷面樣式，有長方形（即矩形）和正方形。直線型鐵塔的水平荷載（即垂直于線路方向，平行于橫擔(dān)方向）大于其順線路方向的縱向荷載，故此情況下的鐵塔塔身橫斷面為長方形的樣式是正確的。但其抗縱向荷載能力較差，而方塔抗縱向荷載能力強。因一般500kV電壓等級的線路為主網(wǎng)電源點輸出線路，其安全性、穩(wěn)定性、重要性要求較高，故一般采用正方形橫斷面的鐵塔塔身。

2.3 鐵塔塔身坡度優(yōu)化

對有相同斜材形式的鐵塔身部而言，能夠?qū)ζ渲鞑暮托辈漠a(chǎn)生直接作用的是塔身坡度的變化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口寬度和塔腳根開這三個獨立的變量確定的，即為（塔腳根開-塔身瓶口寬度）/塔身高度。當(dāng)塔頭形式和呼高確定后，塔身就是一定值，這時塔身坡度就由塔身瓶口寬度和塔腳根開來確定。塔腳根開與塔身瓶口寬度的差值越大，塔身坡度越大;塔腳根開與瓶口寬度的差值越小，相應(yīng)的塔身坡度越小。在塔身變坡處寬度一定的情況下，塔身坡度的優(yōu)化實際上就是鐵塔根開的優(yōu)化，鐵塔根開的大小會控制塔身主材，進而影響整基塔的重量，同時還會對基礎(chǔ)作用力的大小產(chǎn)生較大的影響。塔身坡度越小，鐵塔斜材越短。同時，斜材受力也越小，斜材重量將會減輕，但鐵塔主材內(nèi)力將加大，主材規(guī)格就越大，根據(jù)計算，鐵塔主材一般要占整個塔重的40%左右，主材的大小對塔重的影響最大，因此，坡度越小塔重反而會增加。

2.4 塔身斜材布置優(yōu)化

500kV雙回路直線塔塔身較長，主要受力斜材布材形式的合理與否，不但影響鐵塔本身的受力安全可靠，對鐵塔本身的重量和對應(yīng)工程本體的造價，也是至關(guān)重要的。

因此在設(shè)計計算中，也需考慮對斜材布材樣式的優(yōu)化。塔身斜材常用的布置型式有“正K型”、“倒K型”、交叉式等布置，以往單一的交叉布置型式容易使斜材產(chǎn)生同時受壓，幾種方式組合布置可以避免同時受壓情況的發(fā)生，使斜材受力成為拉壓系統(tǒng)，充分利用拉壓系統(tǒng)的受力特性（拉桿對壓桿的穩(wěn)定計算起支撐作用），可減小斜材規(guī)格，降低塔重。

三、結(jié)語

在最近幾年，我國的電力行業(yè)不斷發(fā)展，同時電力行業(yè)也成為了推動我國經(jīng)濟發(fā)展的一個非常重要的產(chǎn)業(yè)，但是在發(fā)展的過程中，我們也應(yīng)該看到我國電力設(shè)施建設(shè)的過程中還需要采取相關(guān)的措施，不斷的對其進行完善，輸電鐵塔是輸電線路中的一個重要的組成部分，所以其設(shè)計的質(zhì)量也直接影響到了輸電線路的正常運行，所以塔桿的優(yōu)化設(shè)計也應(yīng)該受到相關(guān)人員的重視。

參考文獻：

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[2]架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定（DL/T5154-2012）[S].

[3]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2002.

（作者單位：國網(wǎng)吉林省電力有限公司四平供電公司）