摘 要：我国经济的飞速发展离不开能源的保障，电力作为重要的能源之一，其安全、充足地供应是电力企业必须重视的一项工作，输电线路铁塔作为输电线路架设的重要工具，需要不断地优化其结构设计，方可促进输电线路铺设的质量，以此保障用电需求，并促进企业的发展，故在本文对输电线路铁塔的结构设计的优化措施进行探讨，以供参考。
关键词：输电线路铁塔；现状；结构设计优化
1.引言
经济的腾飞推动了电力企业的快速发展，电力企业抓住经济发展的机遇，不断的发展自我，架设大量的输电线路以满足人们的生产生活的电力需求。输电线路铁塔作为支撑输电线路的重要设施，其结构设计是否合理直接决定着输电线路的架设质量，并间接影响着电力的供应。因此，电力企业应当加大对输电线路铁塔的结构设计进行深入研究，以优化其性能，这不仅可以降低电力输送的成本，还可以提高电力输送的质量。
2输电线路铁塔结构设计的现状
我国输电线路铁塔主要由以下部分铰接组成：塔身塔脚、上下曲臂、导线横担、地线支架和拉线等，其在设计中，只要电压等级、气象条件等条件确定后，便可以明确影响铁塔结构性能的各项因素，并为铁塔的结构设计提供科学依据，以此确保铁塔的强度和稳定性等性能可以满足设计和使用标准。
目前，输电线路铁塔一般根据其结构形状进行分类，分为桶型、猫头型、酒杯型、上字型和千字型五类，而根据铁塔的具体用途则可以分为换位塔、跨越塔、转角塔、直线塔和耐张塔五类[1]。铁塔的分类虽然较多，但是其在结构上均采用空间桁架结构，其中由单根等边角钢或组合角钢组成杆件，由角钢、螺栓和连接钢板组成塔件，而杆脚则由钢板焊接组成。而近年来，在电力工程设计部门的努力下，设计出了许多新型的铁塔，新型铁塔不仅大幅度减轻其自身的重量，还有机结合了满应力电算程序以优化各个部件的结构设计，从而具备较好的经济效益，促进电力企业的发展[1]。
3输电线路铁塔整体结构分析
输电线路铁塔在其结构设计中，根据其架设的环境的实际情况，确定铁塔的类型，然后通过科学的设计，以达到减轻铁塔的自身重量的同时，还具备运维方便的优点，因此对铁塔的结构进行设计时，需要在明确铁塔的外荷载特点的基础上优化铁塔的各个部件，以此满足铁塔结构设计优化的目的。此外，对铁塔的结构优化时还需要对铁塔的内力进行考虑，而对铁塔的内力进行分析的方法主要有以下两种：①简化平面结构法，该法为60年代的东北设计院所提出的，主要是在四边形的塔型截面通过空间对称进行内力分析，适合如千字型塔等结构简单的塔型；②空间桁架法，将铁塔的结构简化为空间桥架结构体系，并使用有限元软件计算分析铁塔的内力[2]。
4输电线路铁塔结构设计优化
在此，以同塔双回路设计的500SZ直线铁塔为例，探讨输电线路铁塔结构设计的优化策略。
4.1塔头的优化设计
该型铁塔与常规的500kV双回路线路相比，其塔头采用的鼓形结构或者双层横担结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这两种结构的铁塔各有各的优缺点，鼓型塔结构简单，受力传递清晰，并且铁塔的走廊较为狭窄，但是其为了满足上下相的电气距离要求导致该塔高度较高，使得塔身所受风荷较大且整体质量偏大；双层横担塔与鼓型塔相比，因其导线使用的是三角排列方式，故其塔高较鼓型塔低10m左右，从而减少铁塔所需的塔材，降低了塔身所受到的风荷和塔重，但双层横担塔的结构复杂，铁塔走廊较为宽敞。
4.2塔身坡度的优化设计
采用相同斜材的铁塔塔身，其塔身的坡度发生变化势必会对铁塔的主材和斜材造成一定的影响，铁塔塔身的坡度可通过（塔脚根开-瓶口宽度）/塔身的高度计算得到。在明确铁塔的塔头形式及呼高后，铁塔的塔身就为定值，此时塔身的坡度取决于瓶口宽度和塔脚根开，两者的差值越大则坡度越大，反之则越小。因此，对于铁塔塔身的坡度优化主要是对铁塔根开进行优化，而铁塔根开的大小决定了铁塔塔身的主材并因此决定整个塔身的重量，与此同时还可以影响铁塔基础的作用力大小。当塔身的坡度较小时所需的斜材就变短，因此斜材的受力也会变小，从而减轻了其重量，但却会增大铁塔主材的内力，从而增加主材的用量，增大了整个铁塔的质量；反之，当铁塔塔身的坡度较大时铁塔根开也较大，此时铁塔的主材内力较小，从而减少了主材的消耗，但是坡度较大会增加塔身斜材的长度，使得斜材的消耗增多。综上所述，要对铁塔的塔身坡度进行优化以满足减少塔材消耗并减轻塔体重量，需要进行反复的设计和计算，以达到三者的最佳设计方案。
4.3塔身斜材布置的优化设计
由于双回路直线塔的塔身较长，因此用于受力的塔身斜材的布置是否科学合理不仅仅决定了铁塔的重量和受力的可靠性，还直接决定了铁塔的工程造价。在该型铁塔的结构设计中，交叉式、“正K型”和“倒K型”的塔身斜材布局是最为常见的，这三种布局与传统的交叉布置型相比，可以避免出现受压的情况，从而最大程度上发挥拉压系统受力的特性，减少斜材的消耗，从而降低铁塔的重量。对斜材的布置进行优化时，需要根据主材和辅材的布置特点对斜材和主材间夹角进行优化，当两者间的夹角过大则导致斜材的分布过于密集，无法充分利用斜材的作用；而两者间夹角过小则会增大铁塔的内力，从而增加塔材的消耗，因此为了达到优化铁塔的结构设计，需要确保斜材与平面的夹角在35°~45°[3]。
4.4塔身横隔面布置的优化设计
通常情况下，处于变坡处或者集中受力处应当配备受力横隔面，而受力横隔面的布置可以通过以往的工作经验结合铁塔所架设的实际环境进行优化，并注重对横隔面上、下两面间的距离，以此达到最佳的布置设计。
5结语
通过上述优化，若将500kV的输电线路的铁塔造型由直线铁塔塔头改用双层横担V串塔型结构，可以将塔的高度降低10m左右，且与鼓型塔结构相比，铁塔建材的消耗减少了10%。此外，通过减少铁塔的坡度以达到减少占地面积，在减少塔材的耗材的同时，使铁塔的设计更加可靠，经济性更好，对企业的经济发展有一定的促进作用。
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].华北电力大学，2014.
[2]季善浩.输电铁塔的结构分析与管理研究[D].华北电力大学（北京），2011.
[3]朱鸿斌.输电线路铁塔结构设计优化探讨[J].中国高新技术企业，2017（03）：139-140.
论文作者:黄诚,龚伟伦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/27
标签：铁塔论文; 线路论文; 结构设计论文; 坡度论文; 结构论文; 内力论文; 横隔论文; 《电力设备》2017年第23期论文;