摘要：近年来，我国电力网络系统随着社会经济的发展也不断完善。但是在电力传输设备的建设过程中也存在一定的问题。架空高压输电作为电力运输网络的主干，其建设的质量和安全性就十分重，杆塔结构的建设又是架空高压输电建设中的重中之重。目前我国输电线路杆塔结构建设存在一定的问题，本文就结合杆塔结构建设的现状，对于输电线路杆塔结构优化设计的方法进行探讨。
关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计
引言
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。
一、输电线路杆塔的概念
在输电线路中，杆塔是用于支撑和架空导线和地线一种装置，其主要是由钢材或钢筋混凝土制造而成。为了电力输送不会受到恶劣天气因素以及人力破坏因素的影响，要始终保持输电线路与地面之间有一定的安全距离，只有这样，才能保证电力用户享受到正常供电，生活也质量会得到保证。所以，必须保证输电线路杆塔运行的稳定性， 这对提升整个供电系统的供电质量起着非常重要的作用。 在输电线路中，杆塔的型式主要有角钢塔、预制水泥杆、钢管杆等，角钢塔是最常见的形态之一，它具有安全、稳固和使用寿命长的特点，但也具备造价成本高、施工难度大、维护工作量大等劣势。
二、输电线路杆塔建设发展的现状
当前，输电线路杆塔无论是它的设计水平还是制造水平都较为低下，不能很好地适应当前社会发展的需要。国内输电线路杆塔生产制造单位主要分为以下两种类型：①手工生产企业。 这一类企业主要是由民营、个体或乡镇企业所构成，他们无论是在生产能力方面还是加工能力方面都比较低下，有些放样、 加工环节甚至是依靠手工操作来完成。在这种情况下，不能很好的保障杆塔的质量和强度；②大型的国营生产企业。这些企业一般都是由电力部门指定的生产厂家，他们的生产实力要较手工生产企强一些。即使这样，也仅仅是达到80年代的生产技术水平而已。因此，就现阶段而言，我们还是应从国外引进先进的生产技术和生产设备，这样可以快速提高我国的杆塔生产制造水平。在杆塔的设计方面，生产单位与设计单位还处于独立的工作状态，没有形成一个相互联系的整体。在这样的模式下，设计单位在完成了力学计算和结构选材之后，自身的工作任务就已经基本完成了，却没有很好的在计算方法与计算机放样软件之间建立紧密的联系。 而杆塔的生产加工环节则由生产企业来完成。 这种设计与生产相分离的方式，无论是对杆塔的设计质量还是生产水平都很不利，还使工作效率大幅降低。
三、杆塔结构的优化设计
（一）动态规划法
杆塔结构的优化设计是追求重量轻、型式美、加工简单、运输方便等优势的动态规划法。其中，所谓动态规划法是解决某一问题时，不止运用一种手段，而是同时采取多种方法相互结合，灵活运用，以达到优化的目的。在对杆塔进行设计的过程中，设计人员需要根据杆塔安装的现场实际情况、力学原理和相关的计算法则，缩小杆塔的迎风面积，以及合理的选用塔材，减小杆塔的设计尺寸，减小占地面积，从而增强杆塔的实用性。通过一系列的探索与研究， 才能找到最合理的设计方案，才能设计出外观更美、结构更简单、实用性更强的杆塔。这就是动态规划法的主要思路和运用过程。
（二）塔头形式的选择
干字形和羊字形塔头是直线角钢塔最常见的两种塔头型式。其中，羊字形塔头的使用率较高一些，因这种塔头的结构简单，质量较轻，干字形则相对要重一些，而干字形塔头的结构强度较羊字形塔头大。 转角塔的计算受力较直线塔大，因此塔头型式一般采用干字形。
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（三）塔身形式的选择
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。
（四）杆塔主材布置及节点的优化
杆塔结构的构造力求简单，结构受力明确。各受力构件的形心线应尽可能的汇交于一点，力求减小偏心受力。主材、斜材应尽可能使用多排螺栓连接，斜材尽量直接与主材连接。主材在节点处尽可能做到双面传力，否则应采取加强措施。 杆塔的结构强度、构件规格和杆塔的截面面积都与主材有关。在其所要承受的内力保持不变的情况下，杆塔的构件规格越大，长度也就越大。同时，杆塔塔身的斜材也需要做出相应调整。
（五）杆塔发展的新型式
近年来城市人均用电量不断增加，110～220kV变电站开始进入市区。受到城市地形和环境的制约，线路走廊的空间被进一步压缩，常规的角钢塔已不适用于城市架空输电线路，于是人们研制出了占地面积小的钢管杆。钢管杆加工工艺相对复杂，投资较大，但是结构简单，受力明确，能较好的与城市景观相互融合，美观大方，在城市架空输电线路中发展迅速。钢管杆的型式主要有单杆和双杆两种，其中单杆使用较多。
四、未来杆塔结构设计的发展方向
（一）设计理论体系
就我国目前的输电线路杆塔的结构设计理念来看，还是相对传统一些的。为了满足电力系统的发展需要，必须引进更为先进的理论体系。那么，如何将现代结构的分析方法应用到杆塔结构设计中，还在研究与探索的过程当中。而且，应着重在初应力、初位移、加工误差等对杆件承载力的影响这几方面展开深入的探索与研究。
（二） 荷载取值
我国目前对于杆塔风荷载的取值和计算，主要为静力风荷载，而对于动力风荷载，还没有形成系统的理论。对于覆冰荷载的研究，则因为地域跨度大、地形条件复杂和气象资料收集不够充分等原因，仅仅是根据运行经验和数据推论来进行经验性的取值。因此，对于杆塔风荷载的研究和取值，尚需更进一步的研究和论证。
（三）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。
五、结束语
作为输电线路中的重要组成部分，杆塔的设计、生产与安装这一系列工作的完成质量， 将对整个电力系统的健康发展起着相当重要的作用。因此，必须要重视好输电线路杆塔结构的优化设计工作，使其在电力输送过程中能更好的发挥作用。这也是我国当前电力系统的工作重点。 相信在电力系统全体人员的一致努力下， 输电线路杆塔结构将会以更加优化的设计来适应社会的发展需要，为我国的电力系统实现更快、更好的发展提供强有力的保障。
参考文献：
[1]杨德明.输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J].山东工业技术,2018(12):180.
[2]廖高慧.输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J].通讯世界,2017(13):221-222.
[3]郑存波.输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J].中国建筑金属结构,2013(02):150.
论文作者:周磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：杆塔论文; 结构论文; 线路论文; 输电线论文; 荷载论文; 型式论文; 字形论文; 《电力设备》2018年第21期论文;