淺談送電線路鐵塔設計的經(jīng)濟規(guī)劃

胡澤平

（國網(wǎng)江西省電力公司景德鎮(zhèn)供電分公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

1 經(jīng)濟檔距的確定和經(jīng)濟規(guī)劃分析

從經(jīng)濟角度考慮，應該控制好塔高，使得投入成本達到最低。為了計算出合理的塔高，可以假設線路在鋪設過程中所經(jīng)過的地段無較大的高度差，而且無其它交叉障礙物的阻礙，在此情況下，塔高h和檔距x之間呈現(xiàn)固定的關(guān)系，在電壓等級一定的條件下，線路與地面之間的安全高度、絕緣子串長度和定位裕度均被確定，且為常數(shù)（以k表示），當線路設計條件一定時，弧垂系數(shù)C隨之確定，此時，塔高可以根據(jù)以下計算式求得：

為了方便確定投資數(shù)額，可以將其劃分為三項：第一，導地線，其與檔距不發(fā)生關(guān)系，投資數(shù)值固定，以D1表示；第二，金具和絕緣子串，其包含接地裝置，通常情況下其投資與鐵塔設置的數(shù)量產(chǎn)生關(guān)系，電壓一定的情況下，單位鐵塔的投資數(shù)值一定，以D2表示；第三，包含基礎部分的鐵塔，單位鐵塔投資和塔高以及水平檔距有關(guān)，在上述平坦地勢的條件下，水平檔距與檔距數(shù)值等價，所以每基鐵塔的投資數(shù)值E唯一與檔距產(chǎn)生關(guān)系，但是二者之間存在的關(guān)系難以確定，暫且以函數(shù)式E=f（x）表示。

當送電線路總長度為L時，鐵塔基數(shù)則為L/x，總投資為：

如果（2）式中的檔距x為自變量，要使線路總投資Y達到最小，則此時的檔距便為最經(jīng)濟的數(shù)值，將其代入（1）式即可計算出相應的塔高。除此以外也可將（2）式通過坐標曲線表示出來，其最低點對應的橫坐標x即為經(jīng)濟檔距。從經(jīng)濟檔距的定義出發(fā)，水平地面的線路鋪設僅需單獨設計一種鐵塔，將其水平檔距設計成經(jīng)濟檔距，嚴格按照經(jīng)濟檔距設置鐵塔位置，線路的總投資便可達到最小。實際上，鐵塔設計的經(jīng)濟檔距受到多種因素的影響，如外界環(huán)境、電壓大小、金具絕緣子、所用材料等，如果根據(jù)各個因素來確定經(jīng)濟檔距，則計算式會比較復雜，所以，在以往的設計中通常會根據(jù)經(jīng)驗確定出最佳經(jīng)濟檔距［1］。

當線路需要在山區(qū)進行鋪設時，實際檔距長度不可能完全與經(jīng)濟檔距相等，在地勢等條件影響下，檔距長度一般在100m到200m之間浮動，此時的水平檔距會在150m到950m之間變化。在此情況下，如果單純以最大水平檔距設計一種鐵塔，很明顯，將不具備經(jīng)濟性。理論表明，根據(jù)不同水平檔距設計鐵塔，而且種類越多，工程總投資便越小，然而，設計種類過多又會給設計、施工等方面帶來困難，工作量會大幅度增加，因此此方案行不通。通過對經(jīng)濟性和工作量進行衡量，實際工程建設中往往選擇三到四種水平檔距作為設計依據(jù)。然而，如何確定其中的三到四種水平檔距成為本文需要討論的問題，即送電線路鐵塔設計的經(jīng)濟規(guī)劃。

為了對鐵塔進行經(jīng)濟設計，需要明確不同水平檔距與鐵塔數(shù)量的關(guān)系，在山區(qū)地帶，檔距長度大體上決定于地形，在鐵塔的排布上，人為干預基本上不可能，因此其分布被確定下來，且具有較強的客觀性。

2 具體經(jīng)濟規(guī)劃方法

在經(jīng)濟規(guī)劃工作中，全線鐵塔的累積標準基數(shù)M和水平檔距l(xiāng)x之間用函數(shù)表達式表示為M=f（lx），將某項工程中的塔高和相對塔重數(shù)據(jù)整理成表格并用曲線表示出來。此外，需要將塔重W和水平檔距l(xiāng)x之間建立起聯(lián)系，并繪制成相應的曲線。

按照相同的水平檔距對鐵塔數(shù)量進行統(tǒng)計，因其中包含著各種塔高，所以稱其為自然基數(shù)。為了在鐵塔基數(shù)和塔重之間建立聯(lián)系，需要折算自然基數(shù)為標準基數(shù)。在折算過程中，選定某一塔高作為標準，將其折算系數(shù)定位1，其它塔高應該根據(jù)其與標準塔高對應的塔重關(guān)系確定折算系數(shù)。比如從有關(guān)數(shù)據(jù)中查知，在200到250m檔距范圍內(nèi)的自然基數(shù)為5。其中27m塔高的基數(shù)為2，30m塔高基數(shù)為2，33m塔高基數(shù)為1，以36m塔高作為標準，則根據(jù)對應的折算系數(shù)可以得出此范圍內(nèi)檔距的標準基數(shù)為：2×（0.79+0.84）+1×0.91。假設工程中要設計m種類型的直線塔，其中水平檔距為l1、l2......lm，從M=f（lx）中的表格或直線中可以查得每種直線塔對應的標準基數(shù)，又可通過塔重W與水平檔距l(xiāng)x之間的關(guān)系曲線中得知相應的塔重。M種直線塔使用的鋼材總質(zhì)量為Wm（Mm-Mm-1）+Wm-1（Mm-1-Mm-2）+......W1（M1-M0），其中Mm為全線鐵塔的總基數(shù)，對于某種設計規(guī)劃而言，其為固定值，在m種直線塔中出現(xiàn)的最大水平檔距l(xiāng)m對應的塔重為Wm，其也為常數(shù)，所以Wm×Mm便為常數(shù)。將上式中Wm×Mm項提取出來最終整理得到：ΣW=WmMm-T，要想達到最佳經(jīng)濟效果，式中的ΣW應最小，則T必定最大，通過函數(shù)求導和作圖法便可求得相應的水平檔距。當m為固定值時，能夠確定最經(jīng)濟的鐵塔設計方法，將其代入上式便可計算出最小的ΣW。為了降低求解難度，可以通過M和水平檔距l(xiāng)x與W和水平檔距l(xiāng)x關(guān)系中求解W和M之間的關(guān)系，由于M=f（lx）和W=f（lx）對應的函數(shù)曲線中只有一個自變量，所以只要知道M、W、lx三者之一便可確定另外兩個量，所以W=f（M）曲線也為單個自變量函數(shù)，因此在給定全線鐵塔累積標準基數(shù)M的情況下便可求出鋼材料的總質(zhì)量W［2］。

3 結(jié)語

送電線路鐵塔的設計規(guī)劃受到多個條件的制約，而山區(qū)線路的規(guī)劃更為復雜。通過適當?shù)霓D(zhuǎn)化采用數(shù)值計算的方式可以求得比較準確的鋼材料使用量，為經(jīng)濟規(guī)劃設計提供了有力的技術(shù)支持。