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摘要：对比分析新型垂直排列紧凑型铁塔和常规倒三角形紧凑型铁塔的优缺点，利于大型通用有限元软件ANSYS对新型紧凑型铁塔进行动力特性分析，对其构件布置进行优化设计。
关键词：紧凑型，垂直排列，动力特性
1 研究背景
随着经济社会的飞速发展，社会对电力的需求在迅速增加，对电网的输送能力提出了越来越高的要求。但一方面，社会各个行业的发展所需的土地资源，如高速公路、铁路、机场、产业园、房地产等项目的用地需求亦在快速增加；另一方面，随着人们生活水平的提高，政府及公众环保意识逐渐增强，众多自然保护区、风景名胜区的出现也使得输电线路路径选择越发困难。因此，如何提高输电线路单位走廊的输送容量，以相对较少的土地资源满足社会日益增长的电能需求，是当前电网发展所急需解决的问题。作为提高单位走廊输送功率的有效手段之一，紧凑型输电线路自上世纪70年代以来在世界各国得到了较大的发展。我国也在上世纪90年代开始了紧凑型输电线路的研究工作，目前已经成功建设了数十条紧凑型输电线路，电压等级涵盖220kV～500kV，塔型包括单回路与同塔双回路。图1所示是我国现阶段应用最为广泛的单回路紧凑型铁塔，导线倒三角型排列的走廊宽度较之普通线路已有大幅压缩，但是还有进一步压缩的空间。因此本文提出一种新型的垂直排列的单回路紧凑型铁塔，见图2所示。
2 塔型方案对比分析
图1所示塔头作为一种成熟的单回路紧凑型布置方案，其三相导线成等边倒三角形布置，上两相导线作用在塔头的上曲臂及横梁上，下导线作用在塔头的下曲臂上，下曲臂长度较长。从结构受力的角度出发，下曲臂需要足够的刚度以支撑上部结构及下导线的作用。上横梁受到外负荷弯矩作用的影响，杆件截面尺寸也较大。
图2所示塔头是本文提出的一种新型单回路紧凑型塔头方案，其三相导线垂直排列，导线荷载直接作用在塔窗两边的立柱上，从上往下，立柱所受弯矩作用逐渐增大。同倒三角形布置相比较，垂直排列是走廊宽度最小的一种塔头布置方案，但相应的塔头高度也明显增加。
表1对两种塔头的基本参数进行比较，从铁塔的外形尺寸，铁塔重量和线路走廊宽度三个方面出发，分析其各自的优缺点。
由上述计算结果可得如下结论：
该塔型前三阶振型分别为横向弯曲、纵向弯曲和竖向扭转振型，符合常规输电线路铁塔的一般动力特性。
对比这三阶振型的周期可知，塔体结构横向弯曲振型和纵向弯曲振型的周期较接近，结构纵横向刚度相差不大。塔体结构竖向扭转振型的周期与前两阶振型相差较多，结构抗扭刚度好。由此可知，塔体结构对各种荷载工况均具有良好的适应性。
该塔型前10阶振型中均没有出现塔窗的局部振型，表明塔窗的传力路线清晰，节间划分和构件布置合理。
在塔窗中增加横梁，将导线直接挂在横梁上可降低塔窗立柱承受的弯矩作用，减小立柱截面的构件尺寸，且增加横梁有利于线路的运行维护。对该类铁塔进行模态分析，结果表明，增加横梁可以提高铁塔的横向抗弯能力，但由于塔窗立柱构件截面尺寸的减小，铁塔纵向抗弯和竖向抗扭能力稍有降低。这说明，塔窗中增加横梁更多的是出于运行维护的需要。
4 结论
本文推荐的新型垂直排列单回路紧凑型塔头布置方案，可以最大限度的压缩线路走廊宽度。塔体结构横向弯曲振型和纵向弯曲振型的周期较接近，结构纵横向刚度相差不大。塔体结构竖向扭转振型的周期与前两阶振型相差较多，结构抗扭刚度好，对各种荷载工况均具有良好的适应性，是土地资源紧张地区的优选塔型。
论文作者:王蜂岚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/10/31
标签：铁塔论文; 紧凑型论文; 导线论文; 横梁论文; 结构论文; 线路论文; 回路论文; 《基层建设》2017年第21期论文;