輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化探討

周德志

沈陽電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110003

隨著我國的快速發(fā)展與進(jìn)步，社會的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變。人們對能源的需求日益增加，而傳統(tǒng)化石能源存在著儲量有限性以及其燃燒所帶來的環(huán)境污染問題，并且其形勢日益嚴(yán)峻。為了尋求變革和可持續(xù)發(fā)展，我國電力系統(tǒng)也逐漸開始對電力工程輸電線路建設(shè)進(jìn)行探索。輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，為了保證輸電線路的施工效率和施工質(zhì)量，就必須在建設(shè)過程中不斷提高施工技術(shù)水平。

1 輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)

1.1 塔頭鉸接點設(shè)置

鉸接點在架空輸電線路中一直起著非常重要的作用。近年來，為了提高輸電線路鐵塔的施工質(zhì)量，在三鉸拱塔頭中間加設(shè)扁連桿。但從國外調(diào)查的過程來看，中間的三鉸拱塔頭的國外輸電線路并沒有因此連接到平連接。國內(nèi)外的工程經(jīng)驗表明，兩種布置方式均能提供穩(wěn)定的塔架結(jié)構(gòu)。

1.2 桁架的桿系布置

塔結(jié)構(gòu)布置前，應(yīng)根據(jù)塔沿線地區(qū)水文地質(zhì)設(shè)計條件和工程導(dǎo)線類型選擇正確的塔型。近年來，為了更好地適應(yīng)山區(qū)地形，塔的腿被設(shè)計成高腿和低腿。塔的型式選擇后，應(yīng)根據(jù)塔的具體型式安排合理的結(jié)構(gòu)?？刹扇∫韵麓胧?第一，電纜桿和鋼筋混凝土桿可布置在較為平緩的區(qū)域；二是可在城市或郊區(qū)配置鋼桿塔；第三，走廊擁擠、道路狹窄的區(qū)域應(yīng)設(shè)置狹窄的基桿和塔。此外，為了使桿系的布置更加合理，一方面要考慮桿系的合理節(jié)點結(jié)構(gòu)，另一方面也要考慮塔本身的結(jié)構(gòu)。

2 輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理

輸電線路跨越塔式結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)類型不同，能夠保證在高空的穩(wěn)定性。因此，重視該結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則非常重要。輸電線路有一定的權(quán)重，在長距離輸電的過程中，輸電線路本身的權(quán)重和環(huán)境因素都會影響其穩(wěn)定性，為了保證輸電線路的有效支撐，有必要設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)。塔的結(jié)構(gòu)可以更好地改變輸電線路本身的應(yīng)力狀態(tài)。在遇到惡劣天氣等環(huán)境因素時，通過應(yīng)力的合理分布可以減少危險情況的發(fā)生。輸電線路跨塔施工還存在一些問題，尤其是施工成本高。整個工程結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，耗時長，資金投入大。輸電線路大跨越塔結(jié)構(gòu)設(shè)計也需要加強，一些電氣工程不能根據(jù)實際情況和基本條件進(jìn)行設(shè)計，例如，一些地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的淺土層的特點，所以在淺埋時應(yīng)該使用嵌入的過程，所以在某種程度上，會影響大跨度塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這時最有效的措施是增加基底建筑面積，從而使其增加與地面的接觸面積，達(dá)到提高自身穩(wěn)定性的目的[2]。

3 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

3.1 優(yōu)化塔身坡度

同時，塔架坡度的變化直接影響到塔架的主材料和傾斜材料。塔的高度、塔的瓶口寬度和塔的根部是確定斜度的三個主要指標(biāo)。塔頭形態(tài)和呼高設(shè)定后，塔體為定值。在這種情況下，塔體的坡度應(yīng)由塔體的瓶口寬度和塔腳來測量。塔體坡度大小與兩者之間的差值存在正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)塔體的位置寬度變化到一定值時，優(yōu)化塔體的坡度相當(dāng)于優(yōu)化塔的根開度。塔的根開度指標(biāo)對塔體的主要材料起一定的調(diào)節(jié)作用，從而影響塔體的自重，與基礎(chǔ)力的強度有一定的相關(guān)性。通過計算發(fā)現(xiàn)，主要材料約占塔的總重量的40%，主要材料是決定塔高度的主要因素，說明塔的坡度越小，塔越重。此時，主要材料的內(nèi)力有所不同程度的降低，規(guī)格也相應(yīng)降低。然而，在上述工作條件，塔的傾斜材料的長度將擴(kuò)展在某種程度上，伴隨著內(nèi)力的增加，作用于傾斜的材料規(guī)格和使它突然擴(kuò)大，很難確保低成本建設(shè)的性質(zhì)。塔的坡度、塔的整體穩(wěn)定性和塔的重量密切相關(guān)且不斷變化，這需要在具體設(shè)計中進(jìn)行多次計算來探索三者的收斂點。在大多數(shù)工況下，塔的瓶口寬度可以控制在一個小范圍內(nèi)，但對塔體的剛度、塔頭的穩(wěn)定性和整體重量也會有很大的影響[3]。

3.2 鐵塔塔頭的優(yōu)化設(shè)計

鼓形是過往500kV雙回路線路的常規(guī)布置形式，采這種布局形式的一種塔頭相對簡單和容易，定位銷直接和明確的特點，安排線垂直的形式，塔頭高，當(dāng)交叉索引請求時，為了滿足電氣間距標(biāo)準(zhǔn)，來提高整個塔高度，導(dǎo)致塔，上面的指導(dǎo)地面形成一個更大的風(fēng)荷載，埃菲爾鐵塔在建設(shè)過程中不僅增加了材料的消耗，也是高產(chǎn)出力的基礎(chǔ)。雙橫臂v系列塔型也是塔型的常見架設(shè)方式之一。通過對筒式和雙層橫臂的分析，并參考運行中輸電線路工程成熟的設(shè)計結(jié)果，發(fā)現(xiàn)上述兩種布置方式各有一定的優(yōu)缺點。鼓樓布局過程相對簡單，力傳遞直接清晰，走廊相對狹窄。實踐中V系列雙層橫臂塔布局，三角型線的安排可以減少塔高約10米，減少塔材料消耗約10%與鼓樓相比，和減少超過12%的基礎(chǔ)力量，因此在施工期間實現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。在500kV線路建設(shè)中，通常對走廊的寬度和寬度沒有嚴(yán)格的要求，但對大跨度指標(biāo)有一定的限制。因此，本項目在施工過程中設(shè)計采用兩層交叉臂的v系列塔式，可以大大降低工程成本。

4 結(jié)語

塔架的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)占整個架空輸電線路造價的60%左右，在架空輸電線路的設(shè)計中起著非常重要的作用。架空輸電線路設(shè)計的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量將影響整個架空輸電線路投入運行后的經(jīng)濟(jì)效益。本文分析了輸電線路的基本結(jié)構(gòu)、輸電線路塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、輸電線路評價的主要方法和優(yōu)化依據(jù)、架空輸電線路塔架結(jié)構(gòu)的基本措施等幾個部分，主要結(jié)論如下:架空輸電線路設(shè)計的過程中，尤其需要不斷完善和優(yōu)化塔和基礎(chǔ)設(shè)計，塔的主要觀點的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和與有效的協(xié)調(diào)，只有這樣才能使塔架空輸電線路在操作的過程中發(fā)揮更好的作用，以保證架空輸電線路安全穩(wěn)定運行。