[关键词]输电线路；杆塔结构；必要性；选型原则；优化设计要点
在以往的高压输电线路设计过程中，设计人员对杆塔型号的选择不够重视，只是片面的重视了杆塔对线路的固定作用，却忽略了成本因素以及安全因素，进而导致线路运行的安全性以及稳定性受到极大影响，价值以及效益难以得到切实的体现。因此，输电线路杆塔结构优化设计是需要研究的课题。
1、强化输电线路杆塔结构优化设计的必要性
输电线路杆塔结构在电力设计中是比较重要的设计内容，对于电力的运输质量以及效益具有很大的影响，就其杆塔结构而言，它是属于超静定结构，如果其中的一个杆件被破坏，其整体结构也可能不会受到太大影响，只有当被破坏的程度达到杆塔的最大荷载时，其杆塔才会被破坏。但是传统的满应力设计方法，已经比较落后，而且不能很好地满足这一要求，因此，这就要求有关人员能够找到优化设计的方法，进一步提高其结构的整体性能，确保其结构承载能力有所提升以增加结构的稳定性与可靠性。因此，如何确定最大承载能力就显得至关重要。针对永久荷载而言，它不仅包括了杆塔的自重，还包括了导线、设备的重力以及一些预应力等。而针对可变荷载而言，它主要包括一些可变化的荷载，风荷载、人工等附加荷载等。而就特殊荷载而言，主要是特殊情况下的荷载，比如：地震荷载、不平衡张力等荷载。这些不同的荷载在杆塔结构的设计过程中都要考虑在内，这样才能保证其结构设计的优化，使得设计水平有所提高，更好地保证电网运行的效益。
2、输电线路杆塔结构优化设计的选型原则
输电线路主要作用是电力安全传输保驾护航，因此，设计输电线路杆塔结构也应遵循此原则，将设计核心思想定义为保障电力安全传输。输电线路杆塔按其形状可分为鼓型、猫头型、酒杯型、干字型和上字型等类型。按其使用功能可分为：直线塔、转角塔、分歧塔、换位塔、终端塔等塔型。其中，直线塔是指导线拖离地面的塔，又可以下分为自主塔和拉线塔；转角塔是指赋予导线张力的塔，以上几种塔的结构特点都属于空间桁架结构。其使用材料也基本相同，一般整个铁塔由三部分构成：角钢、连接钢板、螺栓。输电线路铁塔的杆件的组成部分通常为等边角钢或是组合角钢，杆件之间的连接是靠螺栓的受剪力连接的，而其他个别部件如塔角，就是由多块钢板焊接在一起组成的。输电线路铁塔在施工和工程造价上是有不同要求的，而造成这样情况原因就是铁塔型式不同，铁塔工程建造费用占整个工程的四分之一左右。针对年限较长老线路，在输电线路杆塔设计中要选择较高铁塔，提高导线对于地面距离。针对线路加高线路工程，在设计方案中就要体现出采用占地面积小且便于安装酒杯型铁塔，缩短工期，减少施工过程中停电对居民的影响。
3、输电线路杆塔结构优化设计要点
3.1输电线路塔头外形的优化设计要点。杆塔设计应作到安全、经济、美观。杆塔头部尺寸的决定是否得当，是杆塔结构优化设计经济、合理的重要因素之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，在选择塔头外形上一定慎重才行，这直接影响到输电设备是否可以正常使用，在我国塔头通常是“羊”字羊角形，或者“干”字形，这两种形态式的塔头稳定性比较好，经过研究分析得知，在“羊”字形输电塔中，这两种形式的铁塔塔头部分质量比较小，对于支撑来说是非常有利的，因此，在优化输电线路杆塔结构时，这两种形式的“羊”字形塔头应该是首选方案。若输电对铁塔刚度较好要求较高的话，就应该选择按转角耐张塔设计，因为这种输电铁塔可以承载的压张力比较大，其实用性是非常强的。其中，羊角型适用于双回输电线路，干字型适用于单回输电线路中。
3.2输电线路塔头尺寸的优化设计要点。架空输电线路输电塔线路走廊的宽度主要的影响因素有：风偏、安全距离与塔头尺寸。输电塔安全距离设计比较固定的，可根据规程规范确定，所以，为了有效地控制架空输电线路走廊的宽度，就要优化设计导线的风偏，比如可采用固定挂点的直线悬垂串和固定挂点的跳线串，这样即可有效控制导线风偏和塔头尺寸，进而优化铁塔的重量。杆塔外形尺寸的确定，应符合以下基本要求：①确定杆塔高度时，应满足导线对地面及交叉跨越物的距离要求。②导线与塔身的距离应满足内、外过电压及正常工作电压的间隙要求，并满足带电作业的间隙要求。③导线间的水平距离或垂直距离应满足档距中央接近程度所需的距离。④避雷线的布置应满足导线防雷保护的要求。
3.3输电线路塔身节间与隔面布置的优化要点。铁塔主材以及塔身斜材布置是相互关联、相互影响的，在杆塔设计过程中，需要按照受力最佳以及结构最优的原则进行布置计算，根据设计经验，可以对以下两方面进行调整，从而确保设计均匀，减小杆件规格，控制主材构件长度。在很多地区的220kV以上线路杆塔位于山区，因此在建设的过程中，需要考虑到运输和组装方面的问题，为避免主材构件相互碰撞产生的变形，需要确保主材单根构件长度不超过9m，而且通常采用Q420高强钢，重量不超过500kg，以保证主材运输安全；根据计算与施工经验，杆塔斜材抵抗外荷载的能力与斜材与水平面夹角等有关，而且塔身斜材与水平面夹角取35°～45°较为合适，塔腿斜材夹角不得小于18°，对夹角进行有效控制，能够保证斜材具有较高的荷载能力。坡断面处、直接受扭力断面处和塔顶及塔腿顶部断面 处设置横隔面，考虑到重冰区线路杆塔的特点，需要按照不大于平均宽度的3倍、不大于3个主材节间分段设置隔面，确保塔身具有较强的刚度。
3.4输电线路塔头及塔身坡度的优化设计要点。铁塔通常由塔头、塔身及塔腿三部分组成，导线及避雷线均布设在塔头部位。头部的型式较多，其尺寸大小主要由电气间距和避雷线双边保护角决定。通常对同种布材类型的塔身，在口宽固定条件下，塔身坡度的差异会对斜材及主材规格大小产生重要影响。当坡度较低时，斜材计算长度也会较低，受力相对较小，由此斜材重量相对较轻，但相应的主材受力会较大，其规格及重量亦会增大。所以在实际设计中应根据具体条件验算选定一个恰当坡度，以合理控制主材及斜材受力，提高铁塔结构的经济。
3.5输电线路铁塔杆件形式的优化要点。近年来随着钢管加工技术的发展，已有采用圆管形式的。到底那种形式最优要根据具体工程进行技术经济比较，方能确定。每种塔型的计算应先按角钢塔的方案进行考虑，当主材必须用双组合角钢时，还应按钢管塔方案进行计算。在方案比较时，先初步选定主材的规格，确定根开，然后按同一根开不同的布材方式进行优化，使传力简单直接，力求使长杆件受拉、短杆件受压，使各杆件的强度、刚度均匀。对作用力大、连接螺栓数量多以及选材规格大的杆件还应按单、双角钢方案进行比较，综合比较优化选出重最轻的方案。
4、结束语
在输电线路杆塔结构设计的过程中，必须对输电铁塔整体结构的安全、稳定进行系统全面的考虑，一定要收集并分析确定铁输电塔所在地理位置的地质水文与气候条件，根据线路所经过的外界环境合理选用设计铁塔型式，加强杆塔结构优化设计的创新能力，使用线路工程满足安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确保架空输电线路持续健康运行，从而提高供电企业社会及经济效益。
参考文献
[1] 吴东其.输电线路杆塔结构优化设计探析[J].机电信息，2017（03）
[2] 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，2017（02）
作者简介
暴经纬，男，蒙古族，本科学历，1990年出生，助理工程师，现从事供电企业线路结构评审技术工作。
论文作者:,,暴经纬
论文发表刊物:《中国电业》2019年20期
论文发表时间:2020/3/10
标签：杆塔论文; 线路论文; 结构论文; 铁塔论文; 荷载论文; 优化设计论文; 导线论文; 《中国电业》2019年20期论文;