摘要：近年来，随着经济发展和技术的进步，电力的应用范围越来越广泛。而铁塔作为架空输电线路重要组成部分，铁塔结构的设计质量将直接影响输电线路的可靠性和安全性。要对铁塔整体结构的安全、稳定进行系统全面考虑，及时的进行研究创新，保证输电线路的安全稳定。本文在此从输电线路铁塔结构设计的现状出发，对如何优化输电线路铁塔结构设计提出了几个重要措施。
关键词：输电线路；铁塔结构；坡度；强度
前言
输电线路铁塔结构设计质量的好坏对电力传输过程中的安全以及电力输送的效率有很大的影响，其设计必须要严格按相关规定来进行设计，这样才能保障安全性。随着输电新技术在我国的不断推广和应用，给输电线路铁塔的设计提出许多新的挑战，安全可靠、经济合理是铁塔结构设计的主要目标和方向。
一、输电线路铁塔结构概述
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直线塔、耐张转角塔、换位塔、终端塔和跨越塔，这些类型的铁塔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的。塔件主要是由3个部分组成，一部分是角钢，一部分是连接钢板，最后一部分是螺栓。在生产的过程中塔脚板通常都是选择几块钢板焊接在一起，同时在施工架设等方面都存在着很大的便利。
铁塔主材一般采用Q345钢，斜材及辅助材一般采用Q235钢，特殊情况时斜材亦可采用Q345钢。所有铁塔构件都要通过热镀锌的方式防止金属发生腐蚀的现象。
输电线路铁塔是我国电力供应与输送环节必不可少的基础设施之一，被广泛应用于各地区电力输送的主干线与分支输电线路上，有效保证了电力输送的安全与稳定，也是全面保证我国现代电力行业供电安全的先决条件之一。在输电线路铁塔结构的设计过程中，设计人员只有坚持按照相关规定原则开展工作，才能保障设计方案更具科学性、合理性。
二、当前输电线路铁塔结构设计现状
使用铁塔架空电线来输送电能在我国已经有上百年的历史了，改革开放以后，我国经济的到了迅速的发展，这也加剧了人们对电能的需求量，电容量也在加大。我国地域广阔，使用的电源地点并不集中，所以很多电量需要通过电线才能输送到需求地点，这给电力铁塔的出现创造了条件，在实际的生产和设计中，输电线路铁塔的结构设计却面临着许多问题，不仅要考虑输电线路所经区域的气候条件、沿线地形等外界条件，输电线路铁塔的设计还要考虑被输送电力能源的电压等级等等，这些因素都影响着输电线路铁塔的设计、施工以及运行。随着电力行业的不断发展，电力系统越来越庞大，输电线路也越来越复杂，在进行输电线路铁塔结构设计时，设计人员需要考虑更多的因素，做好每一个细节才能保证输电线路铁塔的质量和性能，如何提高输电线路铁塔的设计速度和质量一直是输电线路设计的重要问题。
三、优化输电线路铁塔结构设计过程中的几个注意要点
1、应用新型材料
输电线路铁塔构建除了要把材料的性能充分的发挥出来，杆件长度减小，还要帮助提高塔身的抗风能力，能够提高铁塔的整体稳定性。所以选择的材料既要动力学性能好还要有高强度的抗弯能力。铁塔杆件一般选用角钢截面、圆形钢管截面。铁塔杆件选用角钢截面时，称为角钢塔；铁塔杆件选用圆形钢管截面时，称为钢管塔；角钢塔结构简单、受力均衡、传力清晰、外形美观。钢管塔杆件承受风压小、截面抗弯刚度大、结构简洁、传力清晰、能够充分发挥材料的承载性能。
在铁塔杆件中，从工程造价比较圆形钢管截面与角钢截面时，由于钢管的费用较高，提高了工程造价成本，所以从工程造价考虑采用角钢截面铁塔优于钢管截面铁塔。根据以往的工程数据我们可以了解到，同样呼高的铁塔，当塔身坡度一定时，角钢塔的造价明显低于钢管塔。
由于钢管塔杆件采用圆形钢管截面，承受风压小、截面抗弯刚度大，比较适用于呼称高较大的大跨越铁塔。
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2、综合考虑及勘察沿线水文、地形条件
相关设计单位应联合地质勘探单位，对沿线进行钻孔获取水样及土质，并试验评定地质水文特征；或在现场实行静力触探，通过计算机统计地层耐力及相关参数；根据勘探数据，统计当地地貌单元，组合验算极端低温、最大风速、是否属于重冰区、历年平均雷暴日数、平均气温等气象资料，以便于输电线路铁塔结构优化设计。
3、合理地选择铁塔型式
众所周知，输电线路的作用就是安全输送电力，因此在设计输电线路铁塔结构时，一定要遵循安全的原则，将安全输送电力作为其设计的思想，来设计铁塔结构。因此首先要合理地选择铁塔型式。因为铁塔的费用占整个工程的40%左右，不同的铁塔型式在造价、占地、施工、以及运行安全方面都有不相同。如果是针对多条的旧线路，采用高度较高的铁塔，以此来提高导线对地的距离，减少安全隐患。如果是线路加高的工程，可以安装Y型铁塔，不仅施工短，而且占地还小。
4、优选杆塔位排定
杆塔位排定依据《110～750kV架空输电线路设计规范》中有关规定和具体工程所采用的各种杆塔设计条件进行。线路通过果园、经济作物林区时，不砍伐通道，对与个别垂直距离不满足要求的进行剪枝、削顶，甚至砍伐。对零星分布的树木及受地形、杆塔限制难以跨越的地方则采取砍伐处理，如须砍伐防护通道，按照相关规定进行通道砍伐。
5、做好杆塔设计
在杆塔的设计中需要注意选择好杆塔的基础，这是保证铁塔不会受外力因素轻易倒塌的重要前提，另外，还要合理的设置杆塔位置、控制最佳的塔间距离、正确选型和选材。由于输电线路铁塔多处于室外，很容易受雷电影响而降低其稳定性与可靠性，为此必须要合理设计防雷接地装置，这也是保证铁塔结构设计可靠性的关键技术。一般输电线路铁塔的防雷接地结构设计中需要注意确保接地网的可靠性，可以采用埋设接地模块等方式来降低接地电阻，提高防雷接地效果。也可以假设耦合地线或安装不平衡绝缘的方式来进一步保证铁塔防雷接地结构的可靠性与稳定性。
6、优化铁塔的基础设计
对于运输或浇制混凝土有困难的地区，应优化基础设计，尽量节省基础工程量，并优先采用掏挖基础、桩基础（人工挖孔）等原状土基础型式，以减少土石方开挖量，保护环境；对电杆及拉线宜采用预制装配式基础。设计方案中还要正确分析铁塔基础受力，应首先保证安全，针对轴心受压基础、轴心受拉基础，分别选取不同的K值。对于新基础计算的前提条件是地基承载力满足设计要求，若地质属淤泥或淤泥质土，则必须进行重新设计。总之，基础型式应综合沿线地质、施工条件和杆塔型式并综合考虑基础稳定、承载力、不均匀沉降、基础位移、采空区、基础上拔土重度、上拔角、倾覆、冻土和洪泛区等诸多因数。
7、塔身坡度设计
根据工程铁塔统计，塔高与根开之比一般小于10，大都在4～7之间；单回路直线塔塔身坡度一般为7%～14%；单回路转角塔塔身坡度一般为9%～16%；双回路直线塔塔身坡度一般为9%～14%。根开增大，可使主材受力降低，材料规格减小，塔身斜材受力也变小；但当根开过大时，由于斜材与辅助材几何尺寸增大，材料构造布置也变得复杂，又使塔重相应增加。基础作用力随根开增大而减小，可使基础造价降低。因此在确定最终方案时，应综合考虑塔重及全线塔总重、基础造价等因素，对塔身坡度和根开进行方案比较。在设计中，每种塔型均在给定的荷载条件下，对塔身坡度和根开进行多方案组合优化，通过对计算重量的比较，在保证铁塔具有足够的强度和刚度的条件下，优化出铁塔的最佳坡度。
8、铁塔强度设计
电力铁塔在设计时首先要考虑到强度的问题，强度问题是输电线路建设的关键问题，要是我国输电线路的使用年限长，在电力铁塔设计时要考虑到强度的问题，通过对电力铁塔强度的优化，可以降低电力铁塔的故障发生率，电力强度承受的强度越强，输电线路的质量就越好，通过对电力铁塔的强度进行优化，可以提高输电线路的质量。
四、结语
综上，输电线路铁塔结构设计对整个电力系统的安全运行起到至关重要的作用，实际设计过程中应对铁塔结构进行合理的设计，应用合适的材料，合理地选择铁塔型式，优化铁塔设计，，通过优化方案，科技攻关，不断探索与创新，设计出“安全可靠、经济合理” 的电力铁塔，保证整个输电系统的安全。
参考文献
[1]赵广林．输电线路铁塔结构设计的要点分析[J].四川电力学报2009，(3)37—38．
[2]梁树兰.关于输电线路铁塔结构设计的研究[J].黑龙江科技信息，2010（36）.
论文作者:卢春源
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/13
标签：铁塔论文; 线路论文; 电力论文; 杆塔论文; 截面论文; 基础论文; 结构设计论文; 《电力设备》2019年第3期论文;