摘要：为满足社会发展需求，输电线路覆盖的面积逐渐扩大，国家电网建设日益完善。随着输电行业的快速发展，输电线路铁塔设计与施工技术在不断更新，其作为电网建设要点，设计是否合理，决定着与环境的适应性高低，对后期线路输电可靠性与稳定性有着密切联系，一直都是设计研究的要点。本文通过国内外输电线路铁塔设计的比较，为后续建设工作提供简单指导。
关键词：输电线路；铁塔设计；电网
输电线路铁塔一直都是电网路设计要点，其设计是否达到规范标准，以及其自身质量，均会对线路最终输电可靠性与安全性产生影响。要求设计时完全依照专业规范来进行，保证每项参数的科学性，但是不同国家对于此的设计要求不同，可以通过对比来寻找最为科学可行的设计规范，作为以后设计的指导依据。
一、输电线路铁塔设计要求
输电线路设计与施工效果决定着整个电网供电质量，必须要提高对其的重视，尤其是其所处环境的特殊性，受外部因素干扰较大，以2008年为例，我国南方雪灾导致输电线路大面积倒塔、断线，造成了严重损失。经过现场勘察后，确认存在大部分线路铁塔被严重损坏，修复难度非常大。出现此种情况一方面是因为自然灾害，另一方面也反映出了我国输电线路设计方法中存在的缺陷，强度较低，尤其是直线塔强度最小，依次为导线、地线、绝缘子、金具以及基础。单一的设计规范无法完全适应各项环境建设要求，想要提高输电线路设计综合效果，提高电网供电可靠性与安全性，必须要在原有基础上，对国外先进理念进行学习，对比国内外设计规范差异，结合我国实际情况，寻求最为可靠以及可行的设计方法，对输电线路铁塔设计进行整体优化。
二、输电线路铁塔设计规范对比
1.设计原则
对比各国输电线路设计规范，可确定中国、美国、日本以及国际电工协会输电线路设计，均采用了以概率理论为基础的极限状态设计法，并按照分项系数设计表达式进行设计与计算。IEC 60826-2003与ASCE 74-2009规范内将荷载分项系数r（永久荷载与可变荷载）以及材料性能分项系数ψ作为基准，且分项系数取值受重现期影响。而我国设计规范GB 50545-2010内，除了对荷载分项系数r与材料性能分项系数ψ进行规定以外，还根据结构安全级别对结构重要性系数以及可变荷载组合系数进行了规定，但是未明确重现期对荷载分项系数产生的影响[1]。
2.冰、风荷载重现期与取值
2.1冰、风荷载重现期
以国际电工协会通用标准为对象，对于冰、风荷载重现期的取值，是将输电线路结构上合计安全级别为依据，以不同级别重现期取值为50年、150年与500年。以美国设计规范ASCE 74-2009为对象，重现期取值则是以不同可靠性水平为依据，取值为50年、100年、200年与400年，有且仅有临时线路重现期取值小于50年。国内外输电线路设计规范中，对于风荷载均是以50年重现期的风荷载为基准，其他重现期风荷载则是通过何在分项系数r与50年重现期风荷载相乘得到，则重现期越长，最终确定的风荷载分项系数取值也就越大[2]。我国设计规范中确定以不同电压等级为基础，进行冰、风荷载重现期取值，即750kV、500kV输电线路以及其大跨越输电线路重现期取值为50年，而110~330kV输电线路及其大跨越输电线路重现期取值为30年。对于我国输电线路设计规范来讲，未针对重现期对荷载分项系数带来的影响进行研究，无论是任何重现期，均确定风荷载分项系数为1.4，与国外规范相比明显要低。
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2.2最大设计风速
以输电线路最大设计风速取值为对象，对比国内外设计规范。选择风荷载长期观测资料为研究基础，但是对于参数计算时差异较大。我国设计规范内指明，在基本风速确定的情况下，对110~330kV的输电线路，确定30年一遇为标准，以与地面相距10m高处10min平均风速作为设计基准，并要求风速不得小于23.5m/s。500~750kV输电线路，确定50年一遇为标准，以与地面相距10m高处10min平均风速作为设计基准，并要求风速不得小于27m/s[3]。而美国规范和日本规范则规定50年一遇为标准，以与地面相距10m高处1min平均风速以及瞬间最大风速作为设计基准。不同设计规范比较，可以确定国外输电线路规范将阵风因素纳入考虑范围，可进一步保证输电线路铁塔后期运行的稳定性。
2.3覆冰何荷载
对于输电线路铁塔覆冰荷载的研究，国外规范是将长期观测统计资料作为基础。美国规范中确定当地假如存在10年以上最大冻冰厚度数据，可直接应用公式进行计算；假如当地不存在现成冰地图，则可选择应用美国全国50年复发期冻冰极端径向厚度分布图来完成计算。我国设计规范则规定，以长期观测资料作为风荷载数据来源，根据概率统计方法来确定；而冰荷载的确定，则是以相邻已投入运行的线路经验和运行资料为依据，搭配数理模型进行推算，得到相应结果后进行设计。
三、输电线路铁塔设计安全度对比
1.输电线路安全级别
国内外对于输电线路安全级别的划分并不完全相同，我国规范主要是以线路种类和电压等级为基准，划分线路为3个安全级别。而国外规范则是综合考虑冰、风荷载重现期考虑，来确定输电线路安全级别。IEC 60826-2003内对输电线路安全等级的划分给出了明确规定，且要求安全等级最低不得低于1级水平。一般超过230kV的线路应为2级安全水平；超过230kV且为电网主干，或者是提供特殊负荷的唯一电源线路，应为3级安全水平[4]。
2.输电线路安全系数
所谓输电线路安全系数，即综合分析荷载系数与抗力折减系数后所得的安全系数。对比国内外规范内容，多可以根据铁塔分项系数设计表达式来计算得到铁塔设计安全系数。在风荷载条件下，除去风荷载调整系数β。=1.2时，我国设计规范Ⅰ级构件安全系数与IEC标准基本相差无几以外，其他情况下均略低；而覆冰情况下，我国设计规范与国外规范相比均偏低。
结束语：
以输电线路铁塔作为对象，对其设计规范以及要求进行分析，可以确定国内外设计规范存在明显差异，参数计算方法不同，以及设计分析的侧重点不同，均是影响输电线路铁塔最终设计效果的因素。为进一步提高输电线路铁塔设计综合效果，可以就国外设计规范进行分析和学习，以求更好的来面对不同地理环境，提高输电线路铁塔建设与运行的适应性，使其对外部环境因素产生的影响具有更高抵抗力。
参考文献：
[1]张鹏程.输电线路铁塔基础设计的几点分析[J].低碳世界,2017(24):39-40.
[2]兰长俊.架空输电线路铁塔结构与基础设计要点研究[J].低碳世界,2014(07):56-57.
[3]王勇.国内外输电线铁塔设计规范的比较研究[A].中国计量协会冶金分会、《冶金自动化》杂志社.中国计量协会冶金分会2013年会论文集[C].中国计量协会冶金分会、《冶金自动化》杂志社:,2013:3.
[4]李峰,张友富,侯建国,安旭文,王洪,李彪.国内外输电线路铁塔设计安全度的比较[J].电力建设,2010,31(06):19-23.
论文作者:蔡尚洋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/8
标签：线路论文; 荷载论文; 铁塔论文; 设计规范论文; 系数论文; 风速论文; 分项论文; 《电力设备》2017年第36期论文;