（湖北省电力勘测设计院 湖北武汉 430040）
摘要：近年来，我国科学技术水平在不断提高，作为社会基础设施建设的输电线路建设也获得了很大发展。一些电力设计单位已经开始走出国门，在国际电力设计市场上参与竞争。这表明我国电力设计已经达到一定水准，设计质量可以得到保证。在整个输电线路的设计中，输电线路铁塔设计是非常重要的一个环节，其设计是否满足规范和要求，以及设计质量的好坏对整个输电线路运行安全都有很大的影响。在这方面，各个国家之间的设计规范存在一定差异，而这些规范上面的差异也显示着我国与国外先进设计水平之间的差距。本文主要对国内外输电线路铁塔设计标准进行对比研究。
关键词：国内外；输电线路；铁塔；设计标准
1.输电线路铁塔概述
输电线路铁塔是电力系统中的重要组成部分，主要由塔头、塔身和塔腿三部分组成，拉线铁塔还要增设拉线部分。基础上面的第一段塔架就是塔腿，塔腿之上搭架界面出现较大变化的以上部分或者下横担的下弦以上就是塔头，位于塔头和塔腿之间的部分称之为塔身。
铁塔的主要作用是支持高压或者超高压线路的架空送电，以及支持避雷线架空的构筑物。从形状上来说，有酒杯型、猫头型、上字型、干字型、桶型这五种类型；而按照铁塔的用途则包括了耐张塔、直线塔等类型。近年来，随着我国社会经济的发展，对电力的需求也在不断增加，输电线路铁塔行业也获得了快速发展。但我国输电线路铁塔建设在设计方面与国外还有一定差距，包括对铁塔设计的标准规范。
2.国内外输电线路铁塔设计标准的比较
2.1设计原则比较
在很多国家的输电线路设计标准中都采用了概率理论为基础的极限状态设计方法，然后按照分项系数设计表达式进行相关设计和计算。这种方法以概率理论为基础，将荷载效应和影响结构抗力的主要因数设为随机变量，根据科学统计分析概率对结构的可靠度进行度量。这种设计方法可以通过预先对可靠度指标进行规定，而使得不同构件之间或者不同材料组成的构件之间具有比较一致的可靠度水准。
2.2冰、风荷载重现期比较
在国内外输电线路铁塔设计中，对于冰、风荷载重现期的规定也存在差异。其中国际电工协会是根据输电线路结构的安全性进行重现期选取规定的，主要有三个梯队的取值，分别为50年、150年和500年。而美国土木工程师学会是将重现期规定为50年、100年、200年和400年，这个重现期取值是按照可靠性水平进行的，并且规定如果是临时线路，其重现期的取值可以在50年以内。在国际电工协会和美国土木工程师学会的规范中，对风荷载的规范是以50年重现期的为基准，其它重现期只需将荷载分项系数乘以50就可以了，因此风荷载的分项系数取值是与重现期的长度成正比的。
而在我国的国家标准的有关规定中，500kV的输电线路其重现期为50年，750kV的输电线路也是50年，而在110kV到330kV之间的输电线路重现期为30年。这些重现期的取值是按照电压等级进行的，没有考量重现期会对荷载分项系数造成的影响，风荷载的分项系数取值均为1.4。不同重现期冰、风荷载标准之间的差异，可以由重现期的换算系数来反映，如下表所示：
2.3最大设计风速的规定比较
在最大设计风速值选取方面，我国国家标准中，110kV到330kV的输电线路，以30年为标准、10m高出10分钟的平均风速作为设计基础，且对最低值做出规定，即每秒23.5米，而在500kV到750kV范围之内的输电线路，其基本风速要达到每秒27米或者以上。国外相关规范也是以风荷载的长期观测资料进行最大设计风速选取的，但与我国的要求存在一定差异。比如美国的相关规范中，其选取标准为50年一遇，取距地面10m处1分钟的平均风速以及瞬间最大风速作为设计基准风速。与我国标准相比，国外考虑了阵风的影响。
2.4覆冰荷载标准对比
国内外在覆冰荷载的确定方面都是按照长期的观测资料为基础进行的，但我国与国外的确定方式不同。比如，美国的确定方式是取10年或10年以上记录的最大冰冻厚度数据，根据公式计算可得。而我国的风荷载规范是按照概率统计确定的，冰荷载则根据临近已运行的线路情况，建立起数理模型进行推算确定的。国内外对基本风速和覆冰重现期规范对比如下表所示：
2.5线路安全级别规定的区别
关于线路安全级别的确定，国内外的确定方法差别较大，我国考虑了输电线路的种类以及电压等级，输电线路的重要级别和电压等级越高，则其安全级别也就越高；而国外的相关规范中，则将冰、风荷载的重现期纳入考量范围，其重现期值越大，则输电线路的安全级别也就越高。其中，国际电工委员会的规定更加详细，线路的安全级别必须至少要保证1级水平，高于230kV要达到2级，承担特殊负荷的线路要保证达到3级水平。
2.6输电线路安全系数规范
国内外对于输电线路安全系数的规定方法趋同，就是要同时考量荷载系数和抗力折减系数。在这方面整体情况上，我国风荷载情况下基本与国外规范相近，但覆冰荷载下我国的相关规范要低于国外标准。
2.7国内外输电线路铁塔用钢标准对比
无论是我国还是其它国家，在输电线路铁塔中使用的主要就是普通碳素钢和低合金高强度钢两种。欧美国家钢管和角钢的屈服强度为450MPa，日本最低值为钢管的屈服强度，数值为390MPa。而我国的钢板屈服强度为235MPa，角钢的为345MPa。而且国外采用屈服强度高的高强钢要比我国早，可见我国输电线路铁塔钢材使用方面明显落后于发达国家。
综上所述，根据各方面标准的对比，可以知道以下信息，即国内外输电线路设计原则都采用了同样的概率极限状态设计法，但与国外相比，我国的冰、风荷载重现期较低。在最大设计风速和线路安全级别的规定方面，国内外的确定方法存在差异性。而在输电线路铁塔钢材使用方面，我国的钢材强度等级低于国外发达国家，并且国外可选择的钢材种类也比较丰富。
3.输电线路铁塔设计优化措施
3.1强化输电线路铁塔基础
输电线路的杆塔基础主要有三大类，即水泥杆基础、钢管杆技术以及直立式铁塔系列基础。对于运输困难，或者混凝土难度较大的地方，可以选择金属基础；而电杆可以选择预制装配式基础。在设计过程中，要计算铁塔基础的受力情况，综合基础位移、采空区等进行设计。
3.2降低杆塔的接地电阻
降低杆塔的接地电阻可以提高输电线路的抗雷水平，可以按照杆塔土壤电阻率来采取措施。水平放射杆塔所在地、敷设有效降阻剂、多使用盐和酸等物质，以及在地下土壤的电阻率较低的情况，可以采取竖井式的接地极，这些措施都能有效降低杆塔的接地电阻，提升耐雷水平。
结束语：
随着我国电网的兴建，输电线路的铁塔设计已经成为建设的重要内容，进入21世纪以来，我国铁塔设计水平在不断提高。通过与国外设计规范的对比，可以更明确我国铁塔设计的发展方向，使其在国际市场上更具竞争力。
参考文献：
[1]王永华，朱江，罗建荣，等.中美输电线路铁塔设计标准比较[J].电力勘测设计，2014，（4）：75-80.
[2]李生泽，黄满长，杨磊，等.国内外输电线路杆塔设计标准对比分析[J].电力勘测设计，2017，（1）：67-72.
论文作者:周斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/16
标签：线路论文; 铁塔论文; 荷载论文; 我国论文; 风速论文; 杆塔论文; 标准论文; 《电力设备》2018年第13期论文;