摘要：近年来，我国电力事业快速发展，为我国社会经济高速发展奠定了坚实基础。但在电力传输设备建设方面仍然存在一系列问题以待解决。500kV架空输电线路是电力输送的主要组成部分，设计水平建设质量和安全性有很大影响。自立式铁塔结构设计是500kV架空输电线路建设的核心环节，对500kV架空输电线路后续持续、稳定、可靠运行有至关重要的作用。基于此，本文结合理论实践，分析了目前自立式铁塔结构设计中存在的主要问题，并提出具体的优化路径。
关键词：500kV；架空输电线路；自立式铁塔；结构设计
引言
架空输电线路在电力输送中具有具有无可替代的作用，也是目前我国电力输送的主要方式之一。其性能的发挥铁塔结构的稳定性以后密切联系。因此，在具体架设过程中，必须确保铁塔结构的稳定性，才能充分发挥500kV架空输电线路应有的作用和价值，但就我国目前铁塔结构设计现状而言，仍然存在铁塔结构缺乏合理性、强度不足、自身质量较低等问题，为实现电力工程最优化设计和最大的经济效益，需要对铁塔结构进行科学合理的优化设计。
1、500kV架空输电线路自立式铁塔结构设计问题
1.1铁塔结构缺乏合理性
500kV架空输电线路在架设过程中，杆塔类型主要为自立式铁塔，有经济效益高、结构设计可控、施工便捷等优势。500kV架空输电线路规模大、长度大，经过区域的地形结构复杂，特别是山区500kV架空输电线路架设中，地形地貌复杂，环境因素的影响比较大。可选择绝缘支持式杆塔、拉线——拉索杆塔、拉V塔等自立式铁塔结构。其中绝缘支持式杆塔结构建设成本较大，施工难度也比较大，只适用于特殊地段。而拉线——拉索杆塔的主要优点是可降低输电线路传输距离，提升电力运输效率，缺点是占地比较大，在比较狭窄的区域，难以投入使用。拉V塔主要应用在高压输电线路传输中，具有很高的机械强度，一旦发生电力故障就会对杆塔造成严重影响。
1.2铁塔强度不足
自立式铁塔强度是目前500kV架空输电线路自立式铁塔结构设计中存在的主要问题。铁塔强度对保证500kV架空输电线路运行的安全性、持续性、可靠性有重要意义。铁塔的强度和原材料制度、结构形式、设计方法、施工技术等都有直接关系【1】。就我国目前500kV架空输电线路铁塔建设现状而言，为提升建设效率，在山区、平原、谷底等区域全部采用相同的设计方式，但不同地区地势地形、土质结构、温度湿度等存在较大差异，如果在设计中不进行灵活变通，必然会影响铁塔的强度和质量，从而降低500kV架空输电线路运行的稳定性。
1.3铁塔自身质量比较低
在我国社会经济快速发展的背景下，对电力需求提出了更高要求，500kV架空输电线路逐年增加，自立式铁塔数量越来越多，很多设计单位一味的追求数量，而忽略了设计质量，严重限制了我国电力实业持续稳定的发展。目前铁塔的生产来源有两个方面：其一是民营手中生产企业，其二是大型国企生产企业。其中前者生产实力有限，很多精细化的生产加工环节依靠手工来完成，存在人为操作失误以精度不足的问题。后者生产实力较强，但生产技术相对比较落后，缺乏必要的创新，也不利用铁塔自身质量的提升，这一点也是目前500kV架空输电线路自立式铁塔结构设计中存在的主要问题，即使设计合理，杆塔自身质量不达标，也会影响500kV架空输电线路运行效率。
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2、优化500kV架空输电线路自立式铁塔结构设计的路径
2.1优化曲臂K节点连接形式，提升铁塔结构设计的合理性
在自立式铁塔结构设计中，要根据不同地区海拔高度的不同合理设计，因为，铁塔结构的电气间隙根据海拔的不同产生变化，从而影响自立式铁塔结构的耗钢量。此外，还要对了直线铁塔的挂线方式进行优化处理，尽量减小钢头尺寸【2】。大量铁塔结构设计经验表明，中相V串悬挂式设计方法更加适用于500kV架空输电线路，在设计时可通过减小塔窗尺寸来降低耗钢量。但要过了根据不同的气象条件、不同的塔型等选择与之相适的悬挂方式。并对自立式铁塔曲臂K节点连接形式进行合理优化，比如：在单回路自立式铁塔结构设计中，传统设计显示为直曲臂形式，此种形式构造的优点是设计更加简单、K节点受力状态更好，可满足高压输电线路持续稳定输电的需求。但塔头尺寸比较大，铁塔重量大，对地基基础的稳定性和承载力有更高要求。为解决此种情况，可采用弯折曲臂设计形式，既能满足500kV架空输电线路对稳定性的需求，又能减小塔头尺寸，降低中总重量，更加经济合理。
2.2优化斜材布置原则，保证塔身坡度和塔根开尺寸
优化斜材布置原则可以从以下几个方面同时入手：第一，为提升自立式铁塔腹杆受力的合理性，降低应力集中对铁塔结构金属疲劳强度的影响，在设计中需要把腹杆的水平角控制在30°~45°之间，降低应力【3】。第二，为避免腹杆同时受到多个力的影响，而发生受力不均匀的问题，在铁塔结构设计中需要在隔面位置设置K形腹杆，或者增加交叉腹杆的数量。第三，确保斜材的布置结构简洁明了，传力路线清晰，以便合理配置主材和斜材的受力情况。第四，全面优化斜材的坡度、长度，选择合理的布置方案，降低铁塔重量。
就自立式铁塔结构特性而言，塔身坡度和塔根开尺寸会对斜材和主材在的规格造成影响，也会影响铁塔结构设计的美观性和自重。合理设计塔身坡度，可提升塔材结构受力的均匀性，并促使材料规格的变化和应力分布更加合理。在坡度和根开设计中，需要以自立式铁塔的重量为目标函数，并对基础承受的压力、构件受力性能进行全面系统的分析，以提升设计的合理性和科学性。
2.3优化节点构造，尽量采用圆截面钢管
结构构造优化是自立式铁塔结构设计的重中之重，如果设计不合理，在500kV架空输电线路运行中，可能会对铁塔结构造成不同程度破坏，从而影响供电质量。通过优化设计，可促使铁塔的计算模型和实际塔型相一致，在降低铁塔自身重量的基础上，简化铁塔节点构造。为降低杆件断面损失量，在设计中要尽量避免发生两面连接杆件对孔布置的情况，并避免节点板受弯，减少包角钢连接数量的使用，多使用排螺栓紧固主材和斜材【4】。
在500kV架空输电线路自立式铁塔结构设计中要尽量使用圆截面钢管，既能提升铁塔结构的稳定性和安全性，降低杆件的长度，又能在减小铁塔自身承受的风荷载。和其他形式的钢管相比，圆截面钢管具有更大的抗弯刚度和空气动力学性能，更加适用于500kV架空输电线路自立式铁塔结构。
3、结束语
综上所述，本文结合理论实践，分析了500kV架空输电线路自立式铁塔结构设计问题，分析结构表明，铁塔结构设计是否合理，对架空输电线路运行的稳定性、安全性等有重要意义。但在设计中仍然存在结构设计不合理、强度不足、自身质量不满足设计标准等方面的问题。需要设计单位从化曲臂K节点连接形式、优化斜材布置原则、优化节点构造等方面同时入手，才能提升自立式铁塔结构设计的质量，保证优化节点构造持续稳定运行。
参考文献：
[1]卢海，刘婷.架空输电线路杆塔基础问题及改进对策分析[J].电工技术，2018（20）：36-37+116.
[2]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.
[3]饶卫申，滕海军，白晓昆，李春生，刘安畅，周菲.架空输电线路杆塔防汛问题分析[J].机电技术，2017（01）：49-50+70.
[4]江涛.110kV架空输电线路综合防雷技术探析[J].科技创新与应用，2016（27）：192-193.
论文作者:谭群艳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：铁塔论文; 线路论文; 结构设计论文; 结构论文; 杆塔论文; 节点论文; 强度论文; 《电力设备》2019年第4期论文;