架空輸電線路鐵塔結構設計優化探析

陳明亮

摘 要：隨著我國經濟水平的不斷提高，對電力的需求量越來越大，用電負荷也在不斷的提升，架空輸電線路在運行中所對應的輸送容量以及導線截面持續增大。與此同時，城市地區的架空輸電電路走廊越來越復雜，對輸電線路鐵塔的要求也越來越高，這就需要結合輸電鐵塔的實際情況進行結構的優化設計，進而提高鐵塔整體的穩定性，保障人們的用電需求。本文對架空輸電線路鐵塔塔型設計和結構設計進行了比較深入的分析研究，在此基礎上，進行了架空輸電線路鐵塔結構的設計優化，對從事架空輸電線路鐵塔設計工作的技術人員具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：架空輸電線路；鐵塔結構；設計優化

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）08-0167-02

Abstract：with the increasing levels of China's economy， great demands for power， are also constantly upgrading the electricity load， overhead transmission lines corresponding to the operation of the transmission capacity and the wire section continues to increase. At the same time， the circuit overhead transmission corridor City area more and more complex， the transmission towers are increasingly high requirements， which need to be combined with the actual situation of the optimization design of transmission tower structure， and improve the stability of the whole tower， to protect the people's demand for electricity. This paper studies deeply on the overhead transmission line tower type design and structure design， on this basis， the design optimization of transmission line tower structure， which has a certain reference for the technical personnel engaged in the work of the design of overhead transmission line tower.

Key Words：overhead transmission line； tower structure； design optimization

電力系統在我國的社會經濟發展中起著舉足輕重的作用，為人們的日常生活和工作提供了充足的能源。作為電力供應的基礎保障性設施，架空輸電線路在電力供應系統中發揮著十分重要的實際意義。在實際的鐵塔結構設計過程中，要對鐵塔整體結構的安全、穩定進行系統全面的考慮，進而確保鐵塔能夠進行正常的工作，此外，還需要對鐵塔的經濟效益進行全面的分析，在確保鐵塔安全的前提下，盡量減少鐵塔的造價，進而提高鐵塔整體的經濟效益。因此，為提高架空輸電線路運行安全性和穩定性，做好對鐵塔結構與基礎的設計、優化工作有著非常重要的意義與價值。

1架空輸電線路鐵塔塔型設計

在對架空輸電線路鐵塔進行內力分析時，可以將鐵塔桿系節點看作成鉸接點，進而進行有效的內力分析。由于架空輸電線路鐵塔的工作環境一般較為復雜，為了確保鐵塔能夠順利的進行有效的工作，要對鐵塔的塔型進行技術經濟分析，優選最適宜的塔型。架空輸電線路鐵塔塔型的選擇要充分考慮輸電線的導線型號、鐵塔的工作環境以及線路的敷設路徑等因素，根據鐵塔所承受的機械外負荷條件進行塔型的計算和設計工作，進而確保鐵塔結構的剛度、強度、穩定性等滿足實際工作的要求。此外，鐵塔塔型的選擇還要對鐵塔的施工條件、施工技術以及維修的便捷性等影響因素進行充分的考慮。

根據鐵塔底部寬度的不同，可以將架空輸電線路的鐵塔分為：窄基鐵塔和寬基鐵塔兩種類型。其中，窄基鐵塔的底部寬度與塔體的高度之比介于1/14～1/12之間，而寬基鐵塔的底部寬度相對較大，其比值介于1/6～1/4之間。窄基鐵塔的底部寬度相對較小，在同樣的塔高條件下，其主材所承受的各種作用力相對較大，為了確保塔體的安全性，對主材的要求相對較高，該種類型的鐵塔設計主要用于檔距較小的鐵塔之中，其擋距要小于100m；而寬基鐵塔其底部寬度較大，能夠將鐵塔的作用力進行有效的分解，其主材所受到的作用力相對較小，該種類型的鐵塔設計主要用于檔距較大的鐵塔之中，其檔距不小于100m。

2架空輸電線路鐵塔結構設計

不同類型的鐵塔其架空輸電線路的結構設計不盡相同，其具體的結構設計如下：

2.1窄基鐵塔的結構設計

依據橫擔以及鐵塔支架的通用程度可以采用以下兩種類型的結構布置方案：（1）可以將窄基鐵塔的塔頭區域設置為垂直的形式，對口寬進行固定，塔身開始逐漸起坡，其鐵塔的整體高度與底部的寬度參數設置一致，不考慮輸電線路回路數量劃分的影響；鐵塔橫擔具有良好的通用性，鐵塔中所設置的橫擔數量要根據架空輸電線路中實際的回路數量進行有針對性的設計。（2）鐵塔塔身與塔頭均按照要求設置一定的通用坡度，鐵塔的總高度與鐵塔的上口和底部寬度保持一致；橫擔設置成固定形式不進行通用設計，根據導線的數量可以分為單導線回路和雙導線回路兩種不同的形式。

2.2寬基鐵塔的結構設計

根據鐵塔中導線回路數量的不同可以采取不同類型的結構設計方案。其中，對于使用單導線回路的鐵塔，其結構布置具有“上”字型的特點；對于使用雙導線回路的鐵塔，其結構布置上具有鼓型的特點。

3 架空輸電線路鐵塔結構設計優化

為了確保架空輸電線路鐵塔結構的設計優化具有一定的針對性，在進行結構優化設計的過程中，必須要嚴格遵守以下三條基本原則：（1）在進行鐵塔優化設計的前期，要對鐵塔施工沿線的水文條件、地質條件和氣象條件進行系統全面的調查研究；（2）要根據鐵塔位置的要求制定科學合理的桿塔位置排定，也就是在鐵塔線路通過作物林區域時不砍伐通道。若距離鐵塔的垂直距離不滿足要求時，可以對距離過短的個別部位進行一定的修剪，以距離符合要求為止；（3）要對架空輸電線路沿線主力桿塔造影進行一定的優化設計。

3.1強化架空輸電線路鐵塔基礎

根據架空輸電線路桿塔基礎材質的不同，可以將桿塔基礎分為：鋼管桿、水泥桿以及直立式鐵塔三種不同的類型。一半分為原狀土基礎和非原狀土基礎。具體根據現場地質情況、環保要求、綜合造價等因素基于使用全壽命周期綜合考慮設計。

在進行鐵塔基礎的設計工作時，最重要的就是要確保鐵塔的整體安全，這就需要對鐵塔基礎的整體受力性能進行全面的分析。對于新設立的鐵塔基礎，其受力計算的基本前提是鐵塔基礎位置處地基基礎的承載力符合設計的要求。若對于淤泥質土和淤泥的鐵塔地基基礎，要結合地基的實際情況，重新進行鐵塔基礎的設計工作。

要想做好架空輸電線路鐵塔基礎的優化設計工作，要將鐵塔實際施工的條件、桿塔形式以及線路沿線的地質條件對鐵塔穩定性所造成的影響進行充分的分析研究，對于不符合基礎要求的因素，要采取有效的改進措施，進而最大程度的減小不利因素所造成的影響，在最大程度上確保架空輸電線路鐵塔結構的基礎穩定性和位移允許性。

3.2適當降低架空輸電線路鐵塔接地電阻

在架空輸電線路鐵塔的高壓輸電線路中，其接地線路的電阻大小與線路的耐雷水平呈反相關的關系，所以，為了盡可能的提升高壓輸電線路的耐雷程度，在進行架空輸電線路鐵塔的基礎設計時，要充分考慮各個基桿塔處土壤電阻率的平均值，進行有針對性的設計，進而對桿塔的接地電阻大小進行有效的控制。在對鐵塔基礎設計進行優化的過程中，可以采取的有效處理措施如下所示：

1）當鐵塔桿塔所處的位置處，其周邊能夠進行有效的水平放設，那么要充分結合實際情況采取水平外延接地的對策。通過這樣的優化設計，不僅能夠有效地控制沖擊性接地電阻的大小，而且還能對工頻接地電阻進行有效的降低。

2）要結合所選用鐵塔結構的基本情況，可以將接地極的埋設深度進行適當的增加，根據就地原則的要求可以適當增加垂直接地極的數量。

3）當鐵塔桿塔位置處的地質條件比較特殊，導致土壤電阻率水平受到嚴重的影響，則可以在鐵塔的基礎設計中采取有效的處理措施，向土壤中加入適量的木炭以及酸、堿性物質等，進而有效地改善土壤的電阻率水平。

4）在鐵塔基礎的適宜位置進行合理的降阻劑敷設，進而對桿塔處的接地電阻進行有效的控制。

3.4 優化輸電線路基礎路徑和塔型搭配

架空輸電線路鐵塔的線路走廊寬度主要是由風偏、安全距離以及塔頭尺寸這三個因素的影響。其中，鐵塔的安全距離較為固定，一般不會發生較大的變化，因此，為了有效地控制架空輸電線路走廊的寬度就要對風偏和塔頭采取有效地控制措施。依據鐵塔實際的施工經驗，采取固定掛點的直線式桿塔和固定跳線的耐桿塔，就可以對導線風偏和塔頭尺寸進行有效的控制。

4結語

總而言之，在進行架空輸電線路鐵塔結構設計的優化過程中，要對鐵塔所處位置的水文條件、地質條件和氣象條件進行充分的分析研究，并通過有效的計算，進而實現對鐵塔結構設計優化的目的。本文對架空輸電線路鐵塔塔型和結構設計進行了比較深入的分析研究，在此基礎上，探討了架空輸電線路鐵塔結構設計的優化措施，對從事架空輸電線路鐵塔結構設計工作的技術人員具有一定的借鑒意義。

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