高壓架空輸電線路鋼管桿結構優化設計研究

李振福

摘 要：隨著城市化進程的不斷加快，城市用電負荷也逐漸增大，城市電網的建設正在如火如荼的開展。由于城市土地資源緊張，城市內高壓架空輸電線路走廊的占地面積就受到限制，這就需要新型桿塔來滿足架空輸電需求。近年來，很多城市都逐步使用鋼管桿作為輸電線路桿塔。鋼管桿與普通角鋼塔、水泥桿相比具有強度高，占地面積小、使用壽命長、安裝方便、造型美觀等優點，但是鋼管桿造價較高。為降低造價，鋼管桿的設計顯得尤為重要。設計鋼管桿必須全面考慮，綜合各項影響因素，提高設計合理性，保障電網建設經濟效益與社會效益的實現。

關鍵詞：高壓架空輸電線路；鋼管桿結構；優化設計

一、相關理論依據

（一）高壓輸電線路一般具備特性表述

安全性和可靠性需求較高。由于高壓容量的輸送電需求較大，在電網系統中負責電源點起始輸電和變電站傳輸運送的主要工作，所以但凡出現事故則能夠深切影響經濟財產損失。線路結構參數較高。高壓輸電系統中主要有桿塔、導線、絕緣子串、基礎等，桿塔通常較高，基本結構荷載大等等，所以其結構設計參數要求嚴格，配件性能參數需求也較大；線路運行需求高。高壓線路的基本額定電壓較大，所以其周圍電場強度就大，故而其運行需求也很高；運行環境復雜性。高壓線路經常處在地理、地貌較為復雜的山區，有的沿路歷經山谷、高山、湖泊等，有的地勢險峻，所以其運行維護也相對不便。

（二）鋼管桿

鋼管桿從其斷面型式上分有圓形鋼管桿和多邊形鋼管桿兩種。從結構型式上分有單桿和雙桿兩種。圓形鋼管桿不便采用套接方式，現場安裝時需要分段焊接，焊接接頭在防腐性能方面存在缺陷；多邊形鋼管桿一般由幾段套接，法蘭連接而成，可以實現分段熱侵鍍鋅，防腐效果比較好，且現場安裝方便。從外形來看，多邊形鋼管桿具有尺寸緊湊、結構勻稱、線條明快、造型美觀等優點。綜合各方面因素，多邊形鋼管桿是最常用的一種鋼管桿。根據線路使用情況和導地線張力的大小，合理的選擇單桿或雙桿，目前高壓架空輸電線路中主要使用單桿結構。

二、輸電線路施工安全管理的原則

要對輸電線路施工進行安全管理，無疑是要遵守相關的法律法規的，為此就必須要熟悉相應的安全生產文件且能夠對安全風險控制措施做到合理的策劃。施工單位更應該重視這個問題，不可讓不合格的分包方參與到工程里面來，更要依據國家相應的電力行業的法規或法律來處理好安全事故問題。

安全第一是輸電線路施工中安全管理的首要原則，再則是電網安全以及機械設備的安全問題。對于施工人員，安全意識以及安全生產技術都是不可缺少的，而對施工設備也要做好安全性能測試以及安全檢測保證安全狀態。或許一些自然因素無法控制，可是，由于人的并不安全的施工方法或者是違章作業而引發安全事故的現象應該徹底杜絕與做好預防工作。

對于輸電線路施工安全管理來說，負責工程項目的經理必然是需要承擔相應的安全生產責任的，這是因為他需要負責關于安全生產的組織與策劃，更要將安全責任劃分落實到位，同時還要負責將安全管理工作的督促做好。在施工的過程當中，不應該因為事情小就不在意，而專業的員工也要將施工現場把關好，及時發現問題并且及時解決妥當，避免釀成安全事故。

三、高壓架空輸電線路鋼管桿結構優化設計

（一）氣象條件的選擇

氣象條件應根據沿線氣象資料的數理統計結果及附近已有線路的運行經驗確定，110kV～330kV輸電線路及其大跨越重現期應取30年，500kV～750kV輸電線路及其大跨越重現期應取50年，實際使用中應該避免過大取用。

（二）桿塔的結構重要性和使用壽命的選取

根據規范要求，臨時線路取γ0=0.9，一般重要的線路取γ0=1.0，特別重要的線路取γ0=1.1。故合理選擇鋼管桿的結構重要性系數，可以適當降低鋼管桿造價。

（三）桿塔類型的區分

合理區分線路中的直線桿和耐張桿，盡量避免直線桿承受導地線的拉力。合理規劃桿塔使用轉角度數，避免實際使用角度遠小于設計角度，可以有效降低桿塔承受的荷載。對于終端桿應區分有無進線檔的設計情況，對于分支、T接、π線路的桿塔，需要根據實際使用情況考慮荷載組合，避免所有桿塔都按最不利的因素考慮。

（四）使用檔距的優化

通過對各種導、地線最大使用張力的計算比較，選取合適的導、地線安全系數，一般取導線安全系數K=6.0～8.0，地線安全系數K=10.0～11.0，使用水平檔距Lp=120m～150m，垂直檔距Lv=200m～250m，最為經濟合理。

（五）桿頭高度及呼稱高

在滿足電氣間隙要求的前提下，盡量減小線路走廊寬度，對桿頭高度及橫擔長度進行優化，同時考慮對城區10kV線路、路燈和路邊樹木的交叉跨越高度的要求，以桿塔重量最輕為優化目標兼顧根徑尺寸，單、雙回路桿塔的呼稱高的極差按3m考慮，多回路桿塔按照2m考慮，可以減少桿塔高度，進而降低桿塔重量。

（六）桿塔結構型式的優化

對于一般桿塔，可采用正多邊形單桿設計。對于導地線張力過大，線路回路數較多，轉角較大，張力過渡的桿塔，可采用雙桿設計。合理布置雙桿與導地線在水平面上的投影交叉角度，在承受過大張力的方向上增大計算寬度；控制合適的撓度，優化錐度，桿身合理分段，減少各段壁厚；在橫擔與桿身的連接處局部補強，將大大降低桿塔重量。

（七）桿塔材料的選用

對于多回路、大截面導地線，數分裂導地線的桿塔，采用高強鋼（Q420、Q460）也可以降低桿塔材料的用量。

四、結論

高壓輸電方式降低了輸電損耗，壓縮成本，提高了供電穩定性和可靠性。鋼管桿優化設計涵蓋面廣，優化項目多。而鋼管桿的應用，不僅進一步提高了供電質量，同時優化了桿塔美觀性與安全性。但鋼管桿建設成本高，所以在具體應用中，應進行合理的結構設計與優化。

參考文獻：

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