佛山电力设计院有限公司
随着我国经济进入新一轮的增长周期，电力、建筑、汽车等行业下游产业得到了快速发展，而全社会对电力输送的实际需求也发生了较大的变化。在电力输送线路工程中，输电结构作为重要的组成部分，对整个输电系统的正常、稳定运行有着十分重要的意义。面对新的输电需求以及智能电网建设这一挑战，输电结构应当如何提高设计的安全性，即成为相关工作者极为关注的话题之一。
1 输电结构的概述
一般而言，输送电能的线路被称为电力线路，由发电厂向电力负荷中心输送电能的线路以及电力系统之间的联络线路被称为输电线路；由电力负荷中心向各个电力用户分配电能的线路被称为配电线路。输电线路的架设形式主要有电缆输电线路以及架空输电线路，其中架空输电线路（见图1）具有成本低、安装与维护方便、易于发现故障与排除等特点，在长距离输电中有着极为广泛的应用。输电线路设施主要包括基储杆塔、金具、绝缘子、导线、地线（含OPGW光缆）、接地设施等部分，其中，杆塔与基础被成为输电结构，是整个线路工程的重要组成结构。输电线路杆塔地下部分除开接地装置外总体统称为基础，其目的在于支承杆塔并传递杆塔所受荷载至大地。杆塔基础的型式相对较多，在实际建设时需要根据所用的杆塔型式、工程与水文地质条件、运输条件、沿线地形等因素进行综合考虑，最终确定杆塔基础的型式。杆塔型式较多，其分类的标准也较为复杂，如按照所用制造材料的不同可分为钢筋混凝土杆、钢管杆、木质电杆、角钢塔、钢管塔、复合材料杆塔等，按照所选回路的差异可分为单回路杆塔、双回路杆塔以及多回路杆塔。目前杆塔安装的主要方式为人工安装与机械安装。
2 输电结构设计安全性探讨
2.1 杆塔设计
以架空输电线路设计为例，在杆塔位排定时，应当按照相应的设计规范与标准进行；在进行杆塔的选型时，需要对所使用的工程导线型号以及周围的气象、水文与地质等特点条件进行综合考虑。具体设计时，遵循经济可行、安全可靠、环保节能以及易于维护等原则。杆塔的设计应当密切结合地形状况，如平地以及丘陵等地区可选择钢筋混凝土杆以及拉线杆塔等类型，山区选择全方位长短腿结构等，狭窄地段可选择三角排列或者垂直杆塔等。根据导地线排列，进行杆塔的外型规划以及构件的布置，保证结构的简单、可靠，受力均匀且施工便捷，是确保设计方案安全可靠、经济可行的重要途径。此外，根据相关规定，在线路经过经济作物林区时，应当砍伐、剪枝部分垂直距离不符合规定的作物；在线路经过受地形以及杆塔局限无法跨越或者存在零散树木的地区，应砍伐处理。砍伐防护通道时需要根据线路宽度加林区树种高度的2倍实施砍伐。
2.2 基础设计
架空输电线路基础设计不仅要结合当地的地区特点、地形地貌以及人文气候等，还需要积极引进新材料、新技术、新工艺，在保证基础设计的质量的同时，提高经济效益，践行节能、环保。基础设计需要对沿线的工程地质条件以及水文条件等进行调查，取得近30年的最差、最恶劣气候温度条件进行验算，同时结合沿线输电线路、通信光缆的运行经验以及与之相关的自然灾害等资料，从而为基础设计提供有力、可靠的依据。在基础设计中，基础附加分项系数与安全系数法是设计安全性的重要内容，《架空输电线路基础设计技术规程》（DL/T 5219-2014）中对基础附加分项系数做出了具体的规定，同时补充了桩基础附加分项系数。在桩基础的设计过程中，采用荷载标准值进行计算，将以概率论为基础的极限状态设计方法调整为安全系数法，以提高设计的安全性。但相较于《架空送点线路基础设计技术规定》（DL/T 5219-2005），2014年提出的技术规程中将桩基安全系数提高了，但并未给出准确、合理的分析以及计算，需要进一步的研究与验证，从而为架空输电线路的基础设计提供可靠的支撑依据。
2.3 结构使用年限与可靠性
针对输电结构设计的使用年限问题以及结构可靠性问题，在输电线路标准中，目前尚未明确指出各个电压等级输电线路所对应的设计使用年限，而架空输电线路杆塔结构设计的结构重要性系数也未明确指出对应的可靠指标。按照何种标准或者策略，完成输电线路杆塔结构设计，即成为研究的一项重点。以下分别进行分析。
设计使用年限一般指设计规定的结构或者结构构件能够按照预定的目的使用而不需要进行大修的时期，在建筑行业中，《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB 50068-2001）以及《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153-2008）均给出了具体的建筑结构设计使用年限。在输电线路标准上，我国有关基本风速以及设计冰厚重现期的规定是按照电压的等级进行分类的，如±800kV以及1000kV的输电线路重现期按100年考虑，500kV与750kV的输电线路及其大跨越重现期取50年，110kV-330kV的输电线路及其大跨越重现期取30年。具体设计过程中，遵循《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153-2008）中的相关标准与规定，通常所设计的结构的总体质量过程时安全的、可控的，但在后续的发展过程中，仍然需要明确的设计使用年限取值，尤其是针对重现期为30年的输电线路，需要给出对应的荷载调整系数。
在规定的设计使用年限内，结构应当具备一定的可靠度。一般情况下，使用可靠指标对可靠度进行数值度量。针对建筑行业的可靠指数，相关标准均按照建筑结构破坏可能导致的后果的严重性对安全等级与相应的结构重要性系数进行了划分。在输电线路规定中，《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2012）对结构重要性系数进行了规定，但并没有明确指出与之相对应的可靠指标。在实际操作中，仍然需要明确结构的破坏类型，并根据不同的安全等级划分对应的可靠指标取值，从而有效指导输电结构的设计。
结语
在输电线路工程建设中，输电结构设计是重要的环节，其设计的安全性将对线路工程的建设以及后续运行产生直接影响。就输电结构设计的安全性问题来看，除了需要考虑杆塔与基础设计是否符合相关的规定与标准、是否满足沿线地区的水文地质条件等，还需要就输电结构的使用年限以及可靠性等进行综合分析，明确设计使用年限取值与对应的荷载调整系数，明确结构破坏类型并给出可靠的指标取值，进而确保整个输电结构的设计安全性。
参考文献
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论文作者:李伟
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第1期
论文发表时间:2019/7/18
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