摘要：作为架空输电线路的重要组成部分，输电铁塔起着支撑导线、地线及其他附件的作用，而铁塔结构的健康状况将直接影响到整个电力系统的正常运行。随着电力系统装机容量、电压等级不断提高，响应国家的号召积极参与节能减排，探索降低传输过程中的损耗量，输电线路工程朝着高耸、大跨越及特高压方向快速发展，对铁塔可靠性、经济性提出了更高的要求。本文对架空输电线路铁塔塔型设计和结构设计进行了比较深入的分析研究，在此基础上，进行了架空输电线路铁塔结构的设计优化，分析了未来输电铁塔的发展趋势，对涉及电力工程铁塔结构工作的技术人员具有一定的借鉴意义。
关键词：输电线路；电力铁塔；结构设计优化
0 引言
随着人民生活水平的提高，及工业用电量的高要求，电网的建设也越来越兴盛，用电负荷也越来越大，架设高压或者特高压线路已经成为了一种必由之路，输电铁塔是电力系统运行过程中非常重要的一个组成部分，对我国工农业生产的发展都有着十分重要的意义，但是在高压线路施工的过程中还是会受到很多因素的影响，所以一定要根据实际的情况对设计的方案和图纸做出适当的调整，只有这样施工才能更加顺利的进行[1]。
1 输电线路铁塔结构设计的现状
我国电网建设的过程中逐渐加大了对高压电网的架设，在施工中人们越来越重视铁塔的设计和施工，在施工的过程中，主要是通过铰接的方式将各个重要的构件连接在一起。在电压等级、气相条件、塔头电隙圆都已经初步确定以后，影响塔杆性能的各项因素也就确定了下来，在设置的过程中一定要确保结构杆件的长度在相对比较合理的水平，同时在强度方面和稳定性方面也要能够符合相关的标准和要求，以更好的控制塔杆自身的重量。
输电线路铁塔通常又被人们称作电力铁塔，按照不同的用途对其进行分类可以将其分为耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔、终端塔和跨越塔等，这些类型的塔杆在结构和特点上具备一定的共性，从结构上说，它们都属于空间桁架结构，杆件通常都是通过单根等边角钢构成[2]。近些年，我国电力设计部门设计出了很多种形式的塔杆，双回路直线塔就是其中的一种重要形式，在这种方式的塔杆设计中是以重量最轻为主要的目标，同时还要和应力计算程序进行有机的结合，同时还要采用各种方法对其集合布置进行进一步的优化，这种新型的塔杆形式也有着非常好的经济效益，相关的研究也表明电力传输的路径越直接，塔杆自身的重量也就越轻。所以在这一过程中应该选择合适的配置方式，这样才能更好的保证内部的位移和应力的分布更为的合理，在设计的过程中一定要将各个材料的力学特征充分的利用起来，这样才能更好的展现出结构在重量上的优势[3]。
2 优化输电线路铁塔结构设计的建议
2.1 应用合理的材料
在输电线路铁塔结构设计过程中，为了提高塔身的抗风能力，提高铁塔的稳定性，需要应用新型的材料，充分发挥其性能，以此来保证铁塔结构的成功。这些新型的材料，既要有良好的动力学性能，还要有良好的抗弯能力。如角钢，在应用时，要综合角钢的材质、规格，还要考虑角钢的截面特性，以此来保证铁塔结构的稳定性；在材质方面在原来高强度合金钢Q345的基础上选用强度更高的Q420材质或者Q460材质。再比如圆截面钢管，但是钢管的造价比较高，会加大工程施工成本，因此大多是结构尺寸比较大的铁塔会选用它，一般的铁塔还是要选择角钢[4]。
2.2 合理地选择铁塔型式
根据铁塔底部宽度的不同，可以将架空输电线路的铁塔分为：窄基铁塔和宽基铁塔两种类型。其中，窄基铁塔的底部宽度与塔体的高度之比介于1/14~1/12 之间，而宽基铁塔的底部宽度相对较大，其比值介于1/6~1/4 之间。窄基铁塔的底部宽度相对较小，在同样的塔高条件下，其主材所承受的各种作用力相对较大，为了确保塔体的安全性，对主材的要求相对较高，该种类型的铁塔设计主要用于档距较小的铁塔之中，其挡距要小于100m；而宽基铁塔其底部宽度较大，能够将铁塔的作用力进行有效的分解，其主材所受到的作用力相对较小，该种类型的铁塔设计主要用于档距较大的铁塔之中，其档距不小于100m。
2.3 合理地布置钢材
在输电线路铁塔结构设计过程中，要合理地布置钢材。首先，塔身需要的主材料的接头一定要比较少，要在保证长度的前提下，合理地设计分段，保证各个分段的受力情况。其次，主材和斜材要明确的分工，斜材跟主材不同，其承受能力取决于斜材跟地面之间的夹角，因此分割斜材长度时，切忌要采用跟主材一样的分割方式。同时还要明确主材和斜材的承载力，要让其相互配合，而且为了降低偏心的现象，每个杠杆的准线还要相交在同一点上，充分利用数学上的三角形具有稳定性的特点。
2.4 优化调整塔头及塔身坡度
铁塔通常包含塔身、塔腿及塔头（或者横担）三部分，地线及导线均在塔头部位布设。头部可选型式较多，其尺寸大小则主要由电气间隙和地线双边保护角决定。通常对同种布材类型的塔身，在口宽固定条件下，塔身坡度的差异会对斜材及主材规格大小产生重要影响。当坡度较低时，斜材计算长度也会较低，受力相对较小，由此斜材重量相对较轻，但相应的主材受力会较大，其规格及重量亦会增大。所以在实际设计中应根据具体条件验算选定一个恰当坡度，以控制主材及斜材受力，提高经济性。
2.5 优化配置路径
城市紧凑型多回路钢管杆走廊或钢管塔走廊，可充分满足输电线路电力输送标准，且钢管外型精美、安装方便、占地较少，并能适应于城市平坦地形、线路方便施工、走廊宽度窄等条件，所以应加强类走廊方式的应用。输电线路主要包括风偏、塔头尺寸、安全距离三部分，而调控风偏及塔头尺寸是降低线路走廊宽度的主要方式。相关实证研究发现，选用固定挂点直线杆塔或固定跳线杆塔，可有效约束导线风偏及塔头尺寸。
3 输电铁塔的发展趋势
钢铁行业的快速发展和钢结构设计标准的不断完善，也让铁塔设计人员扩展了思路。近几年来，设计人员设计出了许多新的塔型，有为了减少线路走廊宽度的紧凑型塔，有跨越大江大河的大跨越塔，有线路在城郊附近与城市环境相协调的钢管塔等，铁塔产品逐渐向多样化和高端化方向发展。随着电网改造不断升级，输电塔杆件断面也由简单到复杂，尤其现在随着同塔多回路工程、大截面工程的建设，杆塔载荷越来越大，杆件断面已由单角钢发展到双拼角钢、四拼角钢、格构式、钢管。总之，随着电网建设的不断升级以及国际和国内钢铁行业的快速发展，使得铁塔行业向高精端方向发展。
4 结束语
在最近几年，与此同时电力行业也成为了推动我国经济发展的一个非常重要的产业，但是在发展的过程中，我们也应该看到我国电力设施建设的过程中还需要采取相关的措施，不断的对其进行完善，输电铁塔是输电线路中的一个重要的组成部分，所以其设计的质量也直接影响到了输电线路的正常运行。因此，塔杆的结构优化设计也应该受到相关人员的重视。
参考文献
[1]任杰.输电线路铁塔的选型设计与结构优化研究[D].北京：华北电力大学，2014.
[2]侯伟.高压架空输电线路钢管杆结构优化设计研究[J].科技传播，2016（05）：184-185.
[3]陈明亮.浅析架空输电线路杆塔结构设计[J].民营科技，2010（11）：285.
[4]杨茜.架空输电线路杆塔结构优化设计[J].中国高新技术企业，2015（01）：36-37.
论文作者:蒋国丽
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/27
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