摘要：我国是一个自然灾害和地质灾害频发的国家，自然灾害和地质灾害对电力线路造成了很大威胁，特别是近几年由雨雪低温造成电网损失层出不穷。随着电网建设的不断扩大，除了冰雪灾害外，还遇到了地质滑坡，泥石流等现象，对电网运行均造成了隐患。在国内，这类灾害造成的事故更是触目惊心。传统的架空送电线路铁塔的设计已经不能满足实际生活需要，如何设计新型的架空送电线路铁塔也亟待解决。
关键词：架空送电线路；铁塔设计
在110kV及以上的送电线路中, 虽然转角塔所占比例较小,每百km 使用量也有25～35 基。且随着110, 220kV线路作为配电线路进入城区, 将大大增加转角塔的使用数量。因此进一步研究转角塔设计方案, 探讨新的设计思路是很有价值的。
一、改变传统模式设计思路来源
架空送电线路设计在我国，已有40 多年的历史，积累了较为丰富的设计经验。但转角塔设计仍为羊角型塔、干字型塔、鼓型塔、酒杯型塔等几十年来的定型模式。目前，双避雷线、三相(单根)导线的转角塔设计，当线路转角超过一定范围，风由内角向外角吹所产生的风荷载恒小于避雷线和导线张力产生的角度负荷时，转角塔外侧的主材将永远受拉应力控制，拉杆将不受压应力失稳的影响。当线路的转角大到一定数值，内外侧主材可相差1~2 个规格级，甚至更大。若仍按对称设计，铁塔会有5~10%甚至更多的材料白白浪费掉。因此，提出转角塔、终端塔结构的不对称设计方案是非常必要的。
1.架空转角塔结构的确定。确定架空送电线路转角铁塔的最终结构实际上就是确定转角塔设计过程中的两翼临界角度，因为在这个临界角度内所设计的转角塔模型都是合理的。我们知道，风由内向外方向吹来时，角度荷载方向（即导线张力、避雷线二者所产生的矢量力） 与风荷载的方向相反。那么，在风的水平档距固定的情况下，转角塔模型中必然有某个转角刚好抵消铁塔整体机构所受到的水平力。反之，一旦风向转向，为了使得转角塔主体结构水平受力为零也会出现某个临界角度。确定具体的临界角数值具有重大的实际价值，一旦我们能够确定这个临界角度，我们就只需要在这个临界角度内合理设计转角铁塔结构，便能因此最大程度地减少设计与施工成本。临界角由最大风速反向的风荷载确定，并且临界角的大小与反向分压大小成线性增长关系。例如，当水平档距的大小在实际临界角的计算与选取中，我们为了安全起见，在忽略建设材料的诸多材料等因素的前提下，我们通常会相应的增加临界值的数值，在上面的例子中，我们便会将临界值的数值相应的增大，其他情况以此类推。在实际的设计与建设过程中，为了最大程度的节省设计施工成本，在保证安全前提下，如果我们能找到符合设计的转角塔模型，我们就可以避免一些传统的架空送电线路铁塔设计模型而造成大量的不必要，也可以避免财力与人力的浪费，因此设计出最合理临界角的转角塔便显得尤为重要。水平档距指的是不对称铁塔模型设计过程中，随着转角临界角度变化而随之变化的最大水平档距。临界水平档距直接影响铁塔的安全性，实际水平档距的大小与临界水平档距的大小关系是评判一座架空送电线路铁塔设计方案科学合理的主要理论依据，也是评判一座架空送电线路铁塔能否实施竣工的重要标准。
2.不对称铁塔临界角的实际应用。不对称转角塔的“临界角”仅仅为我们解决了设计上的设计难题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现代架空送电线路铁塔在我国居民工业用电的过程中扮演着极其重要的角色，因此，在合理的架空送电线路铁塔设计方案的前提下，如何保证架空送电线路的稳定性与耐用性，让建造竣工的转角塔完美适应转角塔所在地的气候、工况等许多实际情况，这在技术上也向我们提出了诸多要求。转角塔在实际应用过程中应该满足以下前提。在不对称转角塔设计模型中，转角塔整体所受到的荷载与导线产生的张力的方向相反时，转角塔的主体部分所受到的力的大小会发生根本性的变化。在这种情况下，控制受拉的转角塔塔身很有可能变成受压控制塔身。合理增加临界角的实际应用数值，当转角塔实际选取的“临界角度”大于理论设计所计算出的临界角时，转角塔主要的荷载方向上，其矢量方向的两侧架构所受的力会有很大的差异。如果二者的差异过小便会使得不对称转角塔的内部构造和相关材料的规格大小发生变化，从而造成不必要的成本浪费，同时其实用性也大打折扣。终端塔的不对称设计，是不受垂直于线路的风负荷影响的，其主材主要受正常档距导线和避雷线的张力所控制。变电站龙门架与终端塔之间的导线和避雷线均为松弛状态，其张力为正常档距张力的1/2~1/4，且水平档距也只有一般档距的一半，受反向风荷载的影响很小。故可以不考虑“临界角”的取值。在终端塔实际设计中，应根据实际转角度数，选取终端塔的主材和其他构件。或根据此作为不对称铁塔的设计条件，进行终端塔的设计。线路实际转角小于“临界角”时，则转角塔不能采用不对称设计。同理，为了最大程度的节约建设材料，就必须使得二者之间存在足够的差距，使不对称转角塔结构规格和其他限制塔身结构的条件改变。换句话说，也就是较小型的不对称转角塔相比较大型的不对称转角塔而言会消耗掉更多的建设材料。与此同时，较小型铁塔的不对称设计不会成为转角塔整体架构的不利因素，因为反向风等一系列随机荷载只能是有利的因素。
3. 科学细化建设材料的分级。在不对称转角塔的材料设计过程中，为了适应小对称转角塔的设计，我们还应该细化其他的材料分级，虽然细化材料的分级会在一定程度上增加加工、施工的复杂程度，但是对于采用小对称设计模式的转角塔是很有利的，当然，如果能在不增加加工、施工复杂程度的基础上细化这种分级自然最好不过了。实践是检验真理的唯一标准。不对称转角设计方案的科学合理并不能等同于架空送电线路铁塔实际架设的科学合理，只有在科学合理的实践过后，我们才能确定设计方案的最终合理性。国家电网电力建设试验所为了验证架空送电路线铁塔的工程质量是否合格，是否能够满足实际环境对其整体架构的稳定性、耐久度等方面的诸多要求而进行了一次真型力学实验。实验过程中，研究人员选取了六种不同的试验环境：地线张力差，运行覆冰，事故断中导线，事故断右边导线，只有在试验荷载工况大于220%的时候，铁塔上下的两个曲形臂轴才开始出现一定程度的损坏，在这个试验荷载工况的范围内时，试验中的ZM3直线试验塔正常工作且塔身的零部件并未出现任何异常。试验结果与最初的设计要求预想完全一致，建设竣工后的铁塔是稳定安全的，我们可以将这个设计运用到实际的架空送电线路的建设中去。
目前，我省电力负荷密度总体上还不高，变电所容量还比较小。但随着社会经济的发展和城市化进程的推进，在负荷密度较高的区域建设大容量变电所是必然趋势。为解决当前电网面临的短路电流超限问题，在规划设计阶段优化电网结构来限制短路电流应该是首选的和最为有效的办法。优化电网结构不仅是优化电网接线方案以及电源接入方案，还应当包括提高变电所容量，使各级线路、变电容量都能相互协调匹配，达到优化电网结构的目标。
参考文献：
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[3]孟隧民,孔伟.架空输电线路设计[M].北京:中国电力出版社，2017.
论文作者:夏境蔚
论文发表刊物:《电力设备》2019年第23期
论文发表时间:2020/4/22
标签：转角论文; 铁塔论文; 临界角论文; 线路论文; 荷载论文; 不对称论文; 临界论文; 《电力设备》2019年第23期论文;