輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

張哲毅

【摘 ?要】輸電線路鐵塔是傳輸電力能源的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它質(zhì)量的高與低對(duì)公共安全和電力能源傳輸?shù)姆€(wěn)定程度有著十分重要的影響。本文首先簡要的介紹了輸電線路鐵塔以及我國當(dāng)前輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，其次詳細(xì)分析了在設(shè)計(jì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該遵循的一些原則，最后對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，以期使輸電線路鐵塔處于安全且高效能的狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】輸電線路鐵塔;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);技術(shù)指標(biāo)

1引言

中國的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)步入了一個(gè)如火如荼的進(jìn)程，其中我國的電力系統(tǒng)正處于不斷進(jìn)步和實(shí)現(xiàn)滿足與合作的階段，旨在更快的適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)高速進(jìn)步的需要。然而，現(xiàn)如今大載荷機(jī)構(gòu)的大量出現(xiàn)導(dǎo)致用電的的需求急劇上升，如此一來使得電網(wǎng)的架設(shè)變得迫在眉睫。輸電線路塔是輸變電系統(tǒng)工程的重要組成部分，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度會(huì)與輸電線路的經(jīng)濟(jì)性，可靠性以及輸電過程的連續(xù)性直接相關(guān)。一般情況下塔樓都會(huì)架設(shè)在在相對(duì)開放的環(huán)境中，因此它們需要經(jīng)受各種自然測試。如暴雨，臺(tái)風(fēng)，冰雹等自然現(xiàn)象都會(huì)對(duì)塔的穩(wěn)定性造成一定的破壞，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這種現(xiàn)狀，想要將其進(jìn)行改善，就必須提高塔架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及材料的質(zhì)量，同時(shí)結(jié)合各種外部因素對(duì)其執(zhí)行各方面的的研究以及改變，旨在使輸電線路的塔架變得更加安全，可靠以及經(jīng)濟(jì)。

2輸電線路鐵塔簡要介紹

傳輸電力線塔也稱為電力塔。塔從字面理解，它一定是一種三維結(jié)構(gòu)，是用來支撐高壓或超高壓的架空輸電線路導(dǎo)線和防雷線路的建筑物。塔是可以根據(jù)電壓水平，線路中的電路數(shù)量，電線和避雷針的布置，材料和結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行名字的確定。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，塔的外形尺寸以及跨度都需要具有一些的準(zhǔn)則。在導(dǎo)體與地面，住房，綠化帶，鐵路，公路，河流和其他架空線之間，電線與電線，電線和防雷線之間，應(yīng)保持必要的最佳安全范圍的距離。

普通得電力塔的主要結(jié)構(gòu)都是由以下部分進(jìn)行組成，如塔頂，塔體和塔腿組成，這是根據(jù)鐵塔在三維空間的視覺上來進(jìn)行區(qū)分的，如果有拉電纜鐵塔以及拉線部分。

根據(jù)不同的分類方法，電力塔可分為多種不同的形式，如果以形狀作為劃分主體來講，可分為酒杯塔，上塔，貓頭塔，電纜塔，喇叭塔，門塔等。根據(jù)以用途作為劃分的主體來講，可分為拉伸塔，線性塔，角塔，換位塔，終端塔和跨越塔等。這些不同命名方式的塔均具有相同的結(jié)構(gòu)特征，其中它們都是架空結(jié)構(gòu)。均是由邊長相等的角鋼或不同邊長的角鋼制成的接頭，并且相互之間需要通過粗螺栓來完成連接工作，其主要是利用螺栓的剪力來完成支撐工作。一般而言，三角鋼，連接鋼板和螺栓便可以形成整個(gè)塔的結(jié)構(gòu)，在塔的底部，需要與地面酸性腐蝕環(huán)境接觸的部分，需要使用耐腐蝕的熱鋅的結(jié)構(gòu)件。在施工過程中，對(duì)于高度較低的鐵塔，可將攀爬作用的釘子釘在在鐵塔的主體之上，如此一來就可以方便施工人員進(jìn)行上下攀爬作業(yè)，使施工變得方便快捷。

3我國當(dāng)前輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

在中國的輸電歷史上，其使用架空的方式進(jìn)行輸電線路傳輸電能到目前為止已經(jīng)有了一百多年的歷史，百年來國內(nèi)電能的傳輸和分配就是多采用這種架空的方式來完成的，到目前這種方式已經(jīng)成為最基本的輸電方式。然而，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)各行業(yè)對(duì)電能需求也在不斷的增加，其電站的電容量也在不斷的增加，此時(shí)由于電源的位置不集中，就造成了電路的傳輸距離在不斷的進(jìn)行延長，如此一來，電力塔便應(yīng)運(yùn)而生，發(fā)展到最后，到目前為止此方式成為輸電線路的第一選擇。然而，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，一個(gè)完整的輸電線路的架設(shè)工程是非常繁雜的，其塔式會(huì)因各種因素而變化，如線路電壓等級(jí)，架設(shè)位置的氣候因素，沿線地形特征，施工以及運(yùn)行條件等，導(dǎo)致搭的形式會(huì)從數(shù)十到幾十種不等，這個(gè)情況對(duì)于設(shè)計(jì)塔的結(jié)構(gòu)工作者來講是極其困難的，不僅其工作量變得很大，而且設(shè)計(jì)塔的結(jié)構(gòu)也不盡相同。這樣的現(xiàn)狀之下，對(duì)于如何節(jié)約塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)間以及提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，使工作效率變快才是一直以來設(shè)計(jì)師們面臨的一個(gè)問題。

4輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遵循的原則

在輸電線路塔中主要會(huì)對(duì)供電和輸電系統(tǒng)兩方面起到關(guān)鍵性的作用，其會(huì)分配到每個(gè)電力系統(tǒng)的干線和支線上，會(huì)作為系統(tǒng)相互連接的橋梁，發(fā)揮一個(gè)很重要的作用。為了確保輸電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，此時(shí)輸電線路塔的設(shè)置就是作為安全保障的基礎(chǔ)。因此，可以看出輸電鐵塔在電力傳輸系統(tǒng)中的重要作用，作為最為關(guān)鍵的一步，其電力塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要采用比較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來完成，如此一來對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員來講就會(huì)是一個(gè)非常嚴(yán)肅的考驗(yàn)。其中關(guān)于設(shè)計(jì)的電力塔如何才能更加適合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境以及地形條件等等各種要求一直是困擾設(shè)計(jì)師的問題。在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員需要遵循一定的設(shè)計(jì)原則，以確保所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有很強(qiáng)的說服力、可操作性以及合理性。

（1）在設(shè)計(jì)傳輸線結(jié)構(gòu)的過程中，必須要完成設(shè)置絕緣配置的工作，這是確保傳輸線安全性和可靠性的必要措施。

（2）在設(shè)計(jì)過程中，有必要將該地區(qū)的氣象條件作為設(shè)計(jì)的影響因子，并利用不同的輸電線路水平來測量氣象條件的回歸期，以確定氣象條件的值。

（3）防雷也是設(shè)計(jì)中必不可少的一個(gè)考慮和規(guī)劃的重要原則。根據(jù)輸電線路雷擊公式，能夠得出結(jié)論：雷電傳輸線隨著地線的高度的上升導(dǎo)致受到?jīng)_擊次數(shù)也會(huì)呈現(xiàn)出增加的趨勢。

（4）接地線的安全系數(shù)設(shè)計(jì)，其選擇直接影響導(dǎo)線的操作安全性，并與負(fù)載程度有關(guān)，以確保輸電線路的絕對(duì)安全。

（5）在設(shè)計(jì)中，除了上述4點(diǎn)主要因素的影響，其進(jìn)行施工的材料的選擇，安裝程序的確定以及具體的施工方法也會(huì)對(duì)電力塔的安全狀況造成影響。在確保輸電塔的安全性和可靠性的前提下，應(yīng)嚴(yán)格遵守輸電線路鐵塔的的設(shè)計(jì)要求，來完成建筑材料的選擇以及建筑方法的選擇。

5輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

對(duì)輸電線路塔架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析是整個(gè)高壓輸電線路工程建設(shè)的關(guān)鍵性的一步，其中涉及的操作步驟會(huì)比較多。下面進(jìn)行步驟的的簡單敘述。

（1）利用核算某些指標(biāo)來獲得合理的檔位，在選擇跨度時(shí)必須是合理的。根據(jù)桿距和塔距之間的跨度計(jì)算，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)和排名等指標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場定位的經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確的確定出塔的水平和垂直跨度。

（2）在架設(shè)電力塔過程中角鋼是必不可少的一部分，因此有必要對(duì)角鋼的截面特性進(jìn)行計(jì)算以及選擇，以確保其穩(wěn)定性。

（3）在設(shè)計(jì)中，對(duì)于布材的選擇也是相當(dāng)重要的。一般來講，組成塔體的主要材料長度通常較長，接縫較少，每個(gè)部分的力量是不一樣的，故最好采用分段進(jìn)行，做到塔身的充分利用。傾斜材料與水平面之間的夾角是充分發(fā)揮傾斜材料承載能力的關(guān)鍵。主材料和斜材料相互配合，材料簡單，承載能力清晰，桿的對(duì)準(zhǔn)線在一點(diǎn)交叉，減少了偏心。

（4）塔體坡度的設(shè)計(jì)優(yōu)化，這個(gè)因素直接影響塔體主傾斜材料的尺寸和基礎(chǔ)力的大小。一個(gè)合適的角度將會(huì)對(duì)塔的應(yīng)力分布造成影響。

6結(jié)語

綜上所述，合理的施工方案的出臺(tái)離不開一些主要參數(shù)的優(yōu)化以及現(xiàn)場情況的分析。最佳的設(shè)計(jì)方案的最終目標(biāo)是盡最大可能的降低土方的挖掘量，減少施工時(shí)間，降低施工難度，最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境，節(jié)約投資的目標(biāo)。

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（作者單位：成都城電電力工程設(shè)計(jì)有限公司）