摘要：随着电网规模的不断扩大，架设高压或超高压输电线路已经成为电力系统发展的必然趋势。输电铁塔是输电系统的重要组成部分之一，其基础情况直接决定着铁塔的施工质量。但是输电线路铁塔基础常常会受到外界因素的影响，所以对于输电线路铁塔基础来说，不管是在选型还是在设计以及施工方面都要按照所在地的实际情况选择合适的方案，保证基础可以承载输电线路的载荷，从而确保电力传输的安全性和稳定性。基于此本文分析了输电线路铁塔的选型设计与结构优化。
关键词：输电线路；铁塔；选型设计；结构优化
1、输电线路铁塔结构设计的现状
在我国高压输电线路的建设中，输电线路铁塔的设计与施工占据重要的地位，其一般由地线支架、导线横担、上、下曲臂或塔头立柱及塔身、塔腿或塔脚及拉线等部件组成。通过铰接组成一个整体。当电压等级、气象条件、导地线荷载、呼称高及塔头电气间隙圆确定之后，影响铁塔杆件内力、选材和铁塔耗量指标的主要因数是如何优化铁塔各部件的合理几何尺寸和杆件结构布置形式。使结构杆件长度最短、面积最小，同时满足强度和稳定要求，达到塔材设计重量最轻的目的。
输电线路铁塔按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、上字型、干字型和桶型五种，按用途分有：耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔（更换导线相位位置塔）、终端塔和跨越塔等，它们的结构特点是各种塔型均属空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，材料一般使用Q235（A3F）和Q345（16Mn）两种，杆件间连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成一个组合件，因此热镀锌防腐、运输和施工架设极为方便。对于呼高在60m以下的输电线路铁塔，在的其中一根主材上设置脚钉，以方便施工作业人员登塔作业。
2、输电线路铁塔的选型设计
2.1、单回路铁塔结构的选择
一般在单回路的线路中，主要有三角形排列方式，水平排列方式的塔架形式。三角形排列方式的铁塔塔杆一般比较适合在覆冰厚度较高的中、重冰区线路，且其自身由于两侧垂直作用力平衡弯曲变形较小，但是如果当导线发生不均匀的覆冰的情况时有发生线间闪络事故的风险。而采用水平排列的塔架形式时由于均采用双地线的设置，就能够确保电力线路系统的防雷性能，所以一般在多雷地区架设线路时应多考虑采用水平排列形式的铁塔形式，但是水平排列的塔架形式一般来说占用的线路走廊相对更宽，如果小截面导线采用水平排列形式塔架实际上会导致钢材消耗的浪费。所以一般特高压、多雷地区才建议采用水平排列的形式，而一般输电线路铁塔采用三角形式能够更好地提升工程的经济性。两种形式都有着维修便捷和维护工作投入小的优势。
2.2、双回路铁塔结构的选择
在双回路线路施工中常采用鼓型、倒伞形和蝴蝶型这三种不同的排列形式，而每种排列形式的铁塔有着不同的优势劣势。通常情况下鼓型塔架因为上横担短就能够有足够空间来把避雷线架设的稍低，从而有效节省铁塔的用钢量，但其在施工中由于中横担长的影响增加了施工架线的难度。倒伞形的塔架对于中横担导线有着十分良好的防雷保护效能，并且对于架线施工而言相比鼓型塔架更加便捷，但是由于上导线横担较长并且要确保防雷保护的效能，因此在设计时一般防雷线的支架相对高大，也就增加了铁塔的耗钢量。蝴蝶型塔架在其它条件相同的情况下由于塔高低耗材低，所以经济性良好，一般也在线路跨越大的情况下选用；但是该种塔架形式由于架设导线的施工较为复杂且占用走廊宽，选用也有局限性。
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3、输电线路铁塔结构优化
3.1、强化输电线路铁塔基础
根据架空输电线路杆塔基础材质的不同，可以将杆塔基础分为：钢管杆、水泥杆以及直立式铁塔三种不同的类型。一半分为原状土基础和非原状土基础。具体根据现场地质情况、环保要求、综合造价等因素基于使用全寿命周期综合考虑设计。在进行铁塔基础的设计工作时，最重要的就是要确保铁塔的整体安全，这就需要对铁塔基础的整体受力性能进行全面的分析。对于新设立的铁塔基础，其受力计算的基本前提是铁塔基础位置处地基基础的承载力符合设计的要求。若对于淤泥质土和淤泥的铁塔地基基础，要结合地基的实际情况，重新进行铁塔基础的设计工作。要想做好架空输电线路铁塔基础的优化设计工作，要将铁塔实际施工的条件、杆塔形式以及线路沿线的地质条件对铁塔稳定性所造成的影响进行充分的分析研究，对于不符合基础要求的因素，要采取有效的改进措施，进而最大程度的减小不利因素所造成的影响，在最大程度上确保架空输电线路铁塔结构的基础稳定性和位移允许性。
3.2、优化输电线路基础路径和塔型搭配
架空输电线路铁塔的线路走廊宽度主要是由风偏、安全距离以及塔头尺寸这三个因素的影响。其中，铁塔的安全距离较为固定，一般不会发生较大的变化，因此，为了有效地控制架空输电线路走廊的宽度就要对风偏和塔头采取有效地控制措施。依据铁塔实际的施工经验，采取固定挂点的直线式杆塔和固定跳线的耐杆塔，就可以对导线风偏和塔头尺寸进行有效的控制。
3.3、输电线路铁塔结构内容优化
3.3.1、铁塔塔身横断面样式分析
一般来说，高压输电线路所用的直线型铁塔的塔身横断面样式，有长方形（即矩形）和正方形。直线型铁塔的水平荷载（即垂直于线路方向，平行于横担方向）大于其顺线路方向的纵向荷载，故此情况下的铁塔塔身横断面为长方形的样式是正确的。但其抗纵向荷载能力较差，而方塔抗纵向荷载能力强。因一般500kV电压等级的线路为主网电源点输出线路，其安全性、稳定性要求较高，故一般采用正方形横断面的铁塔塔身。
3.3.2、铁塔塔身坡度优化
对有相同斜材形式的铁塔身部而言，能够对其主材和斜材产生直接作用的是塔身坡度的变化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口宽度和塔脚根开这三个独立的变量确定的，即为（塔脚根开－塔身瓶口宽度）/塔身高度。当塔头形式和呼高确定后，塔身就是一定值，这时塔身坡度就由塔身瓶口宽度和塔脚根开来确定。塔脚根开与塔身瓶口宽度的差值越大，塔身坡度越大；塔脚根开与瓶口宽度的差值越小，相应的塔身坡度越小。在塔身变坡处宽度一定的情况下，塔身坡度的优化实际上就是铁塔根开的优化，铁塔根开的大小会控制塔身主材，进而影响整基塔的重量，同时还会对基础作用力的大小产生较大的影响。塔身坡度越小，铁塔斜材越短。同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大，根据计算，铁塔主材一般要占整个塔重的40%左右，主材的大小对塔重的影响最大，因此，坡度越小塔重反而会增加。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材基本受长细比控制，很明显，也是不经济合理的。
总之，输电线路铁塔结构设计直接关系着整个电力系统建设的安全性和成本，并且对电力系统后续长期运行的影响也是巨大的，进一步加强对其的研究非常有必要。
参考文献
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[3]张宏强，梅郁，刘凤英.不良地质地段输电线路铁塔基础的合理选型设计[J].石油工程建设，2010，36(03):109-111+114-115.
论文作者:张猛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/19
标签：铁塔论文; 线路论文; 基础论文; 坡度论文; 形式论文; 导线论文; 排列论文; 《基层建设》2018年第12期论文;