輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

李偉

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷迅猛發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)也在不斷的發(fā)展，輸電線路桿塔也有了明顯的加強(qiáng)，在架空高壓的輸出電線路中，輸電線路桿塔的結(jié)構(gòu)有著舉足輕重的地位，輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能對(duì)未來我國(guó)整個(gè)輸電線路建設(shè)水平有著較大的提高。

關(guān)鍵詞：輸電線路；桿塔結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）08-0088-02

輸電線路桿塔對(duì)于架空高壓的輸電線路有著至關(guān)重要的作用，因此對(duì)于它的設(shè)計(jì)一直要遵循著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、先進(jìn)適用的原則。

1 輸電線路桿塔的概念

輸電線路桿塔是用于支撐架空輸電線路的導(dǎo)線和地線，作用是要保持輸電線路桿塔之間以及輸電線路與地面之間有一定的距離，這樣不管天氣條件有多么的惡劣，電能也能得到順利的輸送，百姓的正常工作和生活也會(huì)得到保證，所以必須要保證其安全穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)電路的穩(wěn)定運(yùn)行都有著至關(guān)重要的作用。輸電線路桿塔的主要制造成分是鋼材或鋼筋混凝土，是架空輸電線路的主要支撐結(jié)構(gòu)；而角鋼塔則是高壓輸電線路桿塔的最常見形態(tài)之一，因?yàn)槠浒踩€(wěn)固并且使用時(shí)間長(zhǎng)，但是也存在著造價(jià)太高、施工困難等問題。

2 輸電線路桿塔現(xiàn)狀的設(shè)計(jì)與建設(shè)

與我國(guó)先進(jìn)的制造業(yè)發(fā)展水平相比，目前我們國(guó)家的桿塔無論是設(shè)計(jì)還是制造水平都相對(duì)較為低下，不能完全適應(yīng)我們社會(huì)發(fā)展的需求。目前國(guó)內(nèi)的輸電線路桿塔的生產(chǎn)制造主要分為兩類：

①手工生產(chǎn)企業(yè)，主要是由民營(yíng)企業(yè)、個(gè)體企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)組成，這些企業(yè)的生產(chǎn)能力和加工能力都比較薄弱，其中桿塔的放樣等加工主要是靠手工操作來完成的，制造的質(zhì)量不能得到保證。

②電力部門定點(diǎn)指定的生產(chǎn)廠家或者是一些比較大型的國(guó)營(yíng)企業(yè)，這些桿塔生產(chǎn)廠家的技術(shù)力量和資金力量都較手工生產(chǎn)的企業(yè)強(qiáng)一些，但是也只達(dá)到80年代生產(chǎn)設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。所以，現(xiàn)階段應(yīng)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)來提高我國(guó)線路桿塔的制造和設(shè)計(jì)水平。

在輸電線路桿塔的設(shè)計(jì)方面，我國(guó)生產(chǎn)制造的單位與設(shè)計(jì)單位的生產(chǎn)模式是相對(duì)獨(dú)立的，這樣無論是對(duì)桿塔的制造質(zhì)量還是設(shè)計(jì)水平都有著嚴(yán)重的影響。

設(shè)計(jì)單位沒有很好的在計(jì)算方法的研究和計(jì)算機(jī)放樣軟件研究之間建立緊密的聯(lián)系。

設(shè)計(jì)單位在完成了桿塔的力學(xué)計(jì)算和選材之后就算是完成了設(shè)計(jì)的工作，而桿塔的施工和工藝則由技術(shù)人員來完成，這樣就大大降低了工作的效率。

3 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法

輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法是追求重量輕、型式美、加工時(shí)運(yùn)輸方便等這類動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法，所謂動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是指運(yùn)用不止一種手段使解決過程達(dá)到優(yōu)化狀態(tài)。不過動(dòng)態(tài)規(guī)劃法只能適用于某種最優(yōu)性質(zhì)問題的求解，否則便失去了意義。在對(duì)輸電線路桿塔的設(shè)計(jì)過程中，工作人員需要通過不斷的探究來找到最好的方案，設(shè)計(jì)人員則要根據(jù)桿塔工程的安裝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、物理概念和相關(guān)的算法程序，設(shè)計(jì)出更有美感、質(zhì)量更輕的桿塔，這個(gè)過程就是設(shè)計(jì)人員運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法來獲得最優(yōu)化方案的過程。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從縮小桿塔的迎風(fēng)面積，塔頭的高度在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)降低來達(dá)到桿塔質(zhì)量的保證。

3.2 輸電線路桿塔塔頭形式的選擇

干字形和羊字形是輸電線路桿塔直線塔塔頭的主要形式，羊字形塔頭更經(jīng)常被選擇是因?yàn)檠蜃中嗡^的質(zhì)量是最輕的；轉(zhuǎn)角塔也是輸電線路桿塔的一種，它的計(jì)算受力比直線塔大，所以一般用干字形作為塔頭，也能對(duì)輸電線路桿塔的剛度有所增強(qiáng)。

3.3 輸電線路桿塔塔身斷面型式

輸電線路桿塔的直線塔塔身主要有兩種斷面形式，一種是矩形塔稱為扁塔，還有一種為正方形塔稱為方塔。方塔的靈活程度和抗縱向負(fù)載能力都比扁塔好，而且方塔的斷面塔頭在順線路的方向上的剛度也比較強(qiáng)，雖然重量比扁塔重，但是綜合起來考慮，正方形的輸電線路桿塔塔身的斷面型式是比較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。

3.4 輸電線路桿塔塔身尺寸的選擇

根據(jù)我國(guó)最新的對(duì)輸電線路桿塔塔身尺寸數(shù)據(jù)的研究表明，直線塔的情況下，塔頭上部的寬度為1 100 mm，下部的寬度為2 800 mm，30 mm的鐵塔跟開7 700 mm的鐵塔重量是最輕的，所以直線塔的最佳尺寸是塔頂上口是1 100 mm，塔頭下口的寬度為2 800 mm，30 mm的鐵塔跟開7 700 mm；轉(zhuǎn)角塔的最佳尺寸數(shù)據(jù)是在假設(shè)轉(zhuǎn)角塔的上口寬有所變化，中間的便坡以及下口處和鐵塔的跟開都不變、橫擔(dān)的長(zhǎng)度也需要保持不變的情況下，同過相應(yīng)的計(jì)算得出塔頂上口的寬度為2 200 mm，中間寬為2 800 mm，塔頭下口的寬度為4 200 mm，鐵塔跟開為9 000 mm。

3.5 輸電線路桿塔傳力線路優(yōu)化

輸電線路桿塔傳力線路優(yōu)化是指不管是直線塔還是轉(zhuǎn)角塔都要在能夠減輕輸電線路桿塔重量的情況下，還能夠保證輸電線路桿塔下部分的塔身斜材不被壓迫。

3.6 輸電線路桿塔主材布置及節(jié)點(diǎn)優(yōu)化

輸電線路桿塔主材的計(jì)算長(zhǎng)度需要調(diào)整。輸電線路桿塔的結(jié)構(gòu)承載力、構(gòu)件長(zhǎng)度和輸電線路桿塔的截面積都跟主材有關(guān)。當(dāng)輸電線路桿塔的構(gòu)件規(guī)格是強(qiáng)度控制著的時(shí)候，它所承擔(dān)的構(gòu)建長(zhǎng)度和內(nèi)力就決定著輸電線路桿塔的構(gòu)陷所選取的規(guī)格。輸電線路桿塔構(gòu)建的規(guī)格越大、長(zhǎng)度就越大，是需要在其所要承受的內(nèi)力保持不變的情況下；輸電線路桿塔塔身的斜材也需要調(diào)整。減少斜材的規(guī)格會(huì)使得輸電線路桿塔塔身的壓力不會(huì)同時(shí)受到控制。

4 我國(guó)輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的未來設(shè)計(jì)方法研究

4.1 設(shè)計(jì)理論體系

總體來看，我國(guó)輸電線路桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論還較為傳統(tǒng)，為了適應(yīng)發(fā)展的需求，還需要形成更為先進(jìn)和完善的理論體系。如何在輸電桿塔設(shè)計(jì)中應(yīng)用到非線性理論等現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的分析方法，還需要進(jìn)一步的研究；而在初應(yīng)力、初位移、加工誤差等對(duì)桿件承載力的影響方面也需要更深入的研究。

4.2 荷載取值

輸電線路桿塔的取值，目前是偏重與靜力風(fēng)荷載有關(guān)方面的研究。動(dòng)力風(fēng)荷載的取值，還缺少系統(tǒng)的研究，而對(duì)于冰荷載的取值，則因?yàn)榉鶈T遼闊、地形復(fù)雜和氣象資料的缺乏，主要根據(jù)工程的經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查的數(shù)據(jù)來確定。所以對(duì)于動(dòng)力風(fēng)、冰荷載、微氣象區(qū)域、微地形的取值還需要加強(qiáng)研究工作。

4.3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的計(jì)算方法

我國(guó)輸電桿塔的質(zhì)量與重量跟國(guó)外相比都偏重、偏大，除了性能材料、設(shè)計(jì)理念等與國(guó)外有著差異外，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造也是重要的差異之一。目前我國(guó)對(duì)于影響桿件承載能力的因素，除了新性能節(jié)點(diǎn)、新材料還有節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等，都需要進(jìn)一步研究。

4.4 設(shè)計(jì)計(jì)算軟件

我國(guó)目前行業(yè)內(nèi)所使用的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件都比較陳舊，近年來的一些新的研究成果和經(jīng)驗(yàn)很少會(huì)被采納，設(shè)計(jì)方法存在著明顯的問題。未來輸電線路桿塔的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)的發(fā)展必然趨勢(shì)將會(huì)是“數(shù)字電網(wǎng)化”。

5 結(jié) 語

桿塔作為輸電線路的重要的組成部分，它的設(shè)計(jì)和安裝對(duì)整個(gè)輸電線路都有著十分重要的影響，一點(diǎn)小的失誤都有可能造成比較嚴(yán)重的問題，那不僅會(huì)對(duì)我國(guó)各項(xiàng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)造成影響，也會(huì)對(duì)電力事業(yè)的發(fā)展有一定的阻礙，甚至?xí)?duì)人們的生命安全造成一定的威脅。因此，我們必須要做好輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作，使其更好地發(fā)揮作用，這也是相關(guān)部門和電力企業(yè)所要面臨的重大工作難題之一。在輸電線路桿塔的優(yōu)化過程中，設(shè)計(jì)及技術(shù)人員必需要做好優(yōu)化方法的選擇、塔頭類型的選擇、傳感路線的優(yōu)化等工作。相信隨著社會(huì)發(fā)展的需要，在各類工作人員的一致努力下，輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)將會(huì)通過更加完善的優(yōu)化來適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需要。

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