摘要：城市化建设过程中，输电线路是城市电力正常运输的重要设施。而钢管杆在高压输电线路中发挥着重要作用，对钢管杆结构进行优化设计，为人们正常用电是相当重要的工作。因此本文简要阐述了高压输电线路和钢管杆的内涵，并分析了应用钢管杆的优点，同时从挠度、梢径及分段长度等方面对钢管杆优化参数进行了分析，以供参考。
关键词：高压输电线路；钢管杆结构；优化设计
在社会快速发展的今天，人们对电力的需求越来越多，对电力质量要求也随之提高。输电线路的钢管杆是电网重要的基础设施，不仅对电能的输入输出有直接影响，还在社会经济发展中发挥着重要作用。传统角钢塔体积相对较大，所占面积较广，但随着城市化建设的发展，传统的角钢塔已经不符合城市建设的要求。因此，许多城市应用钢管塔，但其造价相对昂贵，所以必须对钢管杆的设计进行优化，降低成本，保证钢管杆结构的经济合理性。
一、高压输电线路及钢管杆
电网系统中，高压输电线路占据着重要位置，其中包含杆塔、电缆、导线等，具有较高的施工难度。在施工过程中应保证电缆、杆塔及电缆之间的距离安全，杆塔的作用在于支撑导线，保证地面及导线之间、导线与杆塔之间的距离绝对安全。科学合理的杆塔设计有利于电网的安全可靠性[1]。杆塔结构直接影响着输电网络施工的效率、运行、成本以及维护，因此在杆塔结构设计过程中，应对线路的安全经济性进行综合分析，结合实际情况选择合理的杆塔。
目前，输电线路杆塔广泛应用的是钢管塔，其截面形式主要由两种，为环形及多边形。环形钢管杆可以套接，在进行安装过程中，可以分段焊接，但焊接接头具有较低的防腐能力。多边形钢管杆可以几段进行套接，应用镀锌热浸工艺，使焊接接头的防腐能力增强，而且安装简单。相较于环形钢管杆，多边形钢管杆造型更加美观，尺寸结构更加匀称，线条更加优美，因此在实际应用中多边形钢管杆较为常见。
二、钢管杆结构所具有的的优点
钢管杆结构应用于高压输电线路中，具有柔软性好的优点，在大风的情况下仍然能够进行安全稳定的输送电力。相较于传统的角钢塔，钢管杆结构具有的优点为：
（一）结构简单
钢管杆结构相对简单，且其中包含的器件较小，这样使钢管杆结构的风载体形系数较低，所以相较于铁塔，钢管杆结构的风荷载较小，此外钢管杆结构具有良好的柔性，因此在大风下仍可以安全稳定的输电[2]。
（二）空间占用少
在城市化建设快速发展的今天，城市土地的需求逐渐增多，为了节约土地面积，在输电线路施工过程中，主要在绿化带及道路的边缘建设杆塔。传统的角钢塔需要较大的面积，绿化带及道路边缘不能满足其面积需求。钢管杆所需面积较小，可以安装在绿化带及道路边缘，符合城市化建设的要求。
（三）符合市容要求
城市发展在进步，人们对城市面容的美观度越来越重视，城市建筑物能体现出城市的文化特色及精神风貌。钢管杆的造型美观，不仅能够输电，还能美化环境，结构及尺寸匀称。钢管杆结构现代感较强，能够吸引人们注意力，有效提升城市市容。
（四）运输安装方便
高压输电线路中应用的钢管杆，因为其特别的设计方式，应用分件结构，使其具有安装简单，运输方便的优点。相较于传统的铁塔结构，钢管杆具有组装方便的优点，这些优点能够使高压输电线路施工效率提升，节约施工时间及成本。
三、钢管杆结构优化设计的主要参数
（一）钢管杆主截面图形
目前，经常使用环形及多边形的钢管杆截面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然环形钢管杆的惯性矩相对较大，可以将受力平分，但由于其焊接接头的防腐蚀能力较弱，因此最为常用的为多边形钢管杆。根据实践经验，在设计钢管杆结构过程中，当电压高于35kV时应用十二边形钢管杆[3]。随着电压荷载的逐渐提升，钢管杆逐渐向着环形发展。由于电压影响，荷载的增大，钢管杆的边数随之增多，受力也就越来越平均，因此在设计过程中应对主截面边数进行合理优化。
（二）钢管杆的挠度
高压输电线路对钢管杆选材是以挠度为主要控制挠度。根据研究显示，在计算强度符合要求的基础上，钢管杆的运行挠度高于30‰时，将对钢管杆的强度造成严重影响，而当计算挠度满足要求时，钢管杆的材料强度会有较大留余。根据《架空送电线路钢管杆设计技术规定》可以了解，转角、终端杆杆顶和直线杆之间的挠度在风速5m/s、无冰及正常荷载等情况下只允许在5‰、20‰。根据以上可知，相关制度对钢管杆挠度的规定比较宽泛，所以在制造及安装钢管杆过程中，对钢管杆运行挠度的控制可以应用的措施为：1.钢管杆制造过程中预弯杆身。2.钢管杆安装过程中做好预偏工作[4]。其中第一种措施取得的效果较高，但其对于工艺的要求较高，第二种方法施工难度相对较低，但其容易发生变形的情况。通常情况下，预弯及预偏最大值低于或等于设计中的挠度值，同时进行挠度测量时，应在无日照时进行，以免因为温度对杆身造成影响。
（三）钢管杆的梢径
钢管杆梢径直接控制着钢管杆的杆顶挠度。根据实践经验，钢管杆的截面惯性矩和挠度之间成反比，同时根据《架空送电线路钢管杆设计技术规定》可以知道，钢管杆截面的惯性矩计算公式为I=c×D3×t，其中c为截面形状的相关常数，通常取0.411；D为平均截面直径的数值；t为钢板厚度。根据计算公式，就挠度作用而言，钢管杆的直径大于钢板厚度，且在外形参数固定的基础上，借助梢径尺寸的增多，能够使钢管杆刚度得到提高，使杆顶位移量得到有效降低[5]。
（四）钢管杆的主杆坡度
杆塔负荷直接决定主杆坡度，当钢管杆负荷增大时，包络图弯矩斜率也随之增大，主杆坡度也会增大，从而使钢管杆负荷承载了得到一定的保障。但是因为挠度控制对其的限制，主杆梢径应适当，但随着主杆坡度的增大，主杆根径也会增大，不仅影响着钢管杆结构的美观性，还会造成材料的浪费。因此在对主干坡度进行选择时，应对钢管杆使用量进行严格控制。在进行钢管杆结构的优化设计过程中，应对主杆坡度、根径等情况进行综合考虑，精确计算重量，尽可能节约材料，保证钢管杆的轻度，以使主干坡度设计方案最优。
（五）钢管杆的分段长度
受钢管杆杆身壁厚变化的影响，钢管杆应分成几段，但由于镀锌热浸工艺、模压等外部因素对钢管杆的影响，杆身分段的长度应保持在10cm左右，随着壁厚的增大，对分段长度进行适当缩短，以免对钢管杆成型造成影响。对钢管杆分段程度进行合理设计，能够与使钢管杆应力得到一定程度的减少，使杆身使用效率得到有效提升。
四、结束语：
综上所述，高压输电线路在城市建设中占据的位置越来越重，因此应在高压线路安全的基础上，保证钢管杆结构的科学合理性。在设计钢管杆结构过程中，应选择合理的设计参数，在钢管杆稳定运行的基础上，确保资源节约及工程造价的降低。同时，掌握设计钢管杆结构的重点，使其作用得到充分的发挥，从而保证人们生活水平的提升，为社会经济发展奠定重要基础。
参考文献：
[1]陶冶.高压输电线路钢管杆结构的优化设计[J].科技创新导报，2016（15）：49-50.
[2]谢东进.浅析钢管杆的优化设计[J].科技资讯，2016（5）：32-33.
[3]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，2016，8（5）.
[4]丁阳，张大长，谈磊，等.输电线路钢管杆多边锥形横担抗弯承载力试验和设计理论研究[J].建筑结构，2017（2）：33-38.
[5]冯峰，李帅.关于锥形钢管杆为主体的变电站构架性能及实践研究[J].低碳世界，2015（10）：40-41.
论文作者:莫锡
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/4
标签：钢管论文; 挠度论文; 结构论文; 杆塔论文; 线路论文; 高压论文; 截面论文; 《电力设备》2019年第3期论文;