摘要：在输电线路中最主要的的部位就是杆塔结构，它可以有效的保证电网系统的安全、稳定、可靠性的运行。但是，目前我国输电线路杆塔结构在设计方面存在一些自然因素和人为因素导致的问题，这些问题都会对供电质量带来一定的影响，继而给供电企业带来了严重的经济损失，给人们的生活带来不便。本文就针对输电线路杆塔结构设计的现状进行分析，然后对输电线路杆塔结构的优化设计进行了详细的研究。
关键词：输电线路；杆塔；结构；优化
输电线路中的杆塔主要起到支撑架空输电线路与地线作用，通过它可以使输电线路与地面之间保持一定的距离，以免受到恶劣天气影响或人为外力破坏而出现供电故障，确保了输电线路的正常运行。因为海拔高度会影响杆塔电气间隙，决定着杆塔结构耗钢量，所以在进行输电线路杆的结构设计时，要针对不同的地势环境制定不同的设计方案，这也是优化杆塔结构设计的技术要点。
1、输电线路杆塔的概述
输电线路杆塔是在架空输电线路中用来支撑输电线路的支撑物。输电线路杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要支撑结构。输电线路杆塔按使用材料分为钢筋混凝土杆、角钢塔、钢管杆、钢管塔。其中高压输电线路杆塔中最常见的是角钢塔，其优点是坚固、可靠，使用期限长；缺点是钢材消耗大、造价高、施工工艺较复杂。输电线路杆塔上还包括绝缘子串、架空地线、跳线绝缘子串。
2、架空输电线路设计中所面临的问题
2.1塔钢结构的合理选择
在对架空输电线路结构选择及分析中，需要充分考虑到电线路设计中的经济效益，对于拉线塔而言，其作为国内具有经济、结构的工程技术形式，被很多区域所使用。但是，对于山区而言，主要采用了自力式的铁塔代替。通常状况下，拉线塔的形式相对多样，其具体形式分为以下几种：第一，绝缘支持式杆塔，这种结构形式投入成本相对较大，制造的难度也相对较高，所以，在现阶段输电线路杆塔结构设计中，使用的范围相对较小。第二，拉线——拉索杆塔，这种结构设计中最大的优点是可以保证线路的紧缩、缩小线路传输的距离，这种结构形式最早运用在美国等国家，但是，同样存在着一定的缺点，主要是杆塔的占地面积相对较宽；第三，拉V塔，这种技术形式主要广泛的运用在高压线路之中，但是，由于机械强度相对较高，会对故障造成严重的影响。
2.2杆塔强度问题
杆塔强度通常会受到杆塔制造材料、受力形式及结构形式等多种因素影响。为了能够让输电线路持续、稳定、正常地给广大用户供电，那么杆塔的强度和刚度也必须满足相关要求。我国输电线路多采用环形截面混凝土构件，主要原因在于环形截面混凝土构件的施工质量优良、用料节约、混凝土强度较高。值得注意的是，务必要先进行钢筋张拉处理，而后再浇注预应力构件，这样能够延长杆塔的稳定性和使用寿命。
3、输电线路杆塔结构优化设计
近年来，我国的输电线路杆塔制造企业都在不断改进自己的生产技术，优化杆塔结构。下面，笔者将结合自己多年的工作经验，对我国输电线路杆塔结构优化设计作进一步的探讨。
3.1主要优化方法
就我国目前情况来看，输电线路杆塔结构优化时主要采用动态规划的方法。所谓动态规划，就是一种运用多种手段使解决过程达到最优化状态的方式。它是运筹学的一种分支方法，最初应用于解决数学问题。当然，动态规划优化方法只能用于求解具有某种最优性质的问题，否则便没有意义。在输电线路杆塔设计过程中，工作人员必须通过不断探究，找到最好的方案。输电线路杆塔设计人员要从杆塔安装工程现场实际情况出发，从物理概念着手，运用相关的算法程序，尽量设计出更具美感、质量最轻的杆塔，使设计方案最优化，这个过程也就是设计人员运用动态规划方法获得最优方案的过程。为了保证杆塔质量，设计人员应尽量缩小杆塔迎风面积，在适当范围内降低塔头的高度。从另一方面来说，施工人员在安装输电线路杆塔时，要注意两个相邻杆塔之间必须间隔一定的距离，这样既能使各杆塔之间相互合作，保证电能的正常输送，又能使杆塔之间相互独立，避免对相邻杆塔产生干扰。工作人员要对各杆塔的伏地电阻等进行测量，找到最优的间隔距离。
3.2输电线路杆塔塔头型式选择
塔头是整个输电线路杆塔最重要的组成部分之一，其型式的选择会对整个设备的适用性产生十分重要的影响。一般来说，国内输电线路杆塔的塔头都是干字形或羊字形的，这两种形状的杆塔稳定性较高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但经过笔者分析，羊字形杆塔的塔头质量最轻，支撑工作更容易。因此，在结构优化的过程中，工作人员最好选择羊字形的塔头。另外，在输电线路杆塔刚度较高的情况下，工作人员可以选择转角塔，这种型式的杆塔受力较大，适用性更高。
3.3输电线路杆塔塔身断面型式
输电线路杆塔的塔身的断面形式主要有以下两种：①矩形塔，也称扁塔；②正方形塔，也称方塔。其中，正方形塔的重量比矩形塔要大，占地面积也相对大一些，但是正方形塔在使用性和抗横向、纵向承载力等方面都要优于矩形塔。同时，正方形塔的断面塔头在顺线路方向上的结构刚度要强于矩形塔。所以，综合起来考虑，正方形塔身型式是相对实用和合理的选择。
3.4输电线路杆塔塔身尺寸的选择
根据我国最新的对输电线路杆塔塔身尺寸数据的研究表明，直线塔的情况下，塔头上部的宽度为1100mm，下部的宽度为2800mm，30mm的铁塔跟开7700mm的铁塔重量是最轻的，所以直线塔的最佳尺寸是塔顶上口是1100mm，塔头下口的宽度为2800mm，30mm的铁塔跟开7700mm；转角塔的最佳尺寸数据是在假设转角塔的上口宽有所变化，中间的便坡以及下口处和铁塔的跟开都不变、横担的长度也需要保持不变的情况下，同过相应的计算得出塔顶上口的宽度为2200mm，中间宽为2800mm，塔头下口的宽度为4200mm，铁塔跟开为9000mm。
3.5输电线路杆塔主材布置及节点优化
输电线路杆塔主材的计算长度需要调整。输电线路杆塔的结构承载力、构件长度和输电线路杆塔的截面积都跟主材有关。当输电线路杆塔的构件规格是强度控制着的时候，它所承担的构建长度和内力就决定着输电线路杆塔的构陷所选取的规格。输电线路杆塔构建的规格越大、长度就越大，是需要在其所要承受的内力保持不变的情况下；输电线路杆塔塔身的斜材也需要调整。减少斜材的规格会使得输电线路杆塔塔身的压力不会同时受到控制。
4、输电线路杆塔结构的未来设计方法研究
4.1设计理论体系
总体来看，我国输电线路杆塔的结构设计理论还较为传统，为了适应发展的需求，还需要形成更为先进和完善的理论体系。如何在输电杆塔设计中应用到非线性理论等现代结构的分析方法，还需要进一步的研究；而在初应力、初位移、加工误差等对杆件承载力的影响方面也需要更深入的研究。
4.2荷载取值
输电线路杆塔的取值，目前是偏重与静力风荷载有关方面的研究。动力风荷载的取值，还缺少系统的研究，而对于冰荷载的取值，则因为幅员辽阔、地形复杂和气象资料的缺乏，主要根据工程的经验和调查的数据来确定。所以对于动力风、冰荷载、微气象区域、微地形的取值还需要加强研究工作。
4.3节点构造的计算方法
我国目前的输电线路杆塔与国外的相比，除了性能、材料、设计理念等与国外有很大差异之外，在重量和体积方面也都较为偏重和偏大，同时，在节点构造上也存在着不小的差异。目前，在影响杆件承载能力的几项因素当中，对新性能节点、新材料还有节点构造等几方都还需要做出更加细致的研究，使其进一步的完善。
4.4设计软件的应用
我国目前所使用的线路杆塔结构设计软件还存在一些缺陷，致使许多先进的研究成果和优秀的经验无法得到有效运用。未来输电线路杆塔的设计、运行和维护等工作，将朝着“数字电网化”的方向发展。在这方面，我国的电力系统还具有很大的发展空间。
5、结语
总而言之，在现阶段架空高压电输电线路工程项目优化中，需要架空输电线路的杆塔结构，架空输电线路结构设计的整体质量，保证电网线路设计的经济性、可靠性及安全性，为电网的安全结构优化整合提供支持。同时，在输电线路杆塔结构优化设计中，也需要满足因地制宜的项目设计结构，保证杆塔结构质量的可靠性、稳定性及科学性，满足电力系统运行的安全性及稳定性，提高输电系统运行的整体质量。
参考文献
[1]闫小峰.关于输电线路杆塔结构优化设计分析[J].黑龙江科技信息，2016，20（3）：43.
[2]刘广登.110kV输电线路直线杆塔结构设计[J].科技与创新，2017，25（1）：76~77.
论文作者:安红伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
标签：杆塔论文; 线路论文; 结构论文; 输电线论文; 荷载论文; 形式论文; 铁塔论文; 《电力设备》2018年第1期论文;