輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的探討

楊德明

摘 要：近年來，我國電力網(wǎng)絡系統(tǒng)隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展也不斷完善。但是在電力傳輸設備的建設過程中也存在一定的問題。架空高壓輸電作為電力運輸網(wǎng)絡的主干，其建設的質(zhì)量和安全性就十分重，桿塔結(jié)構(gòu)的建設又是架空高壓輸電建設中的重中之重。目前我國輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)建設存在一定的問題，本文就結(jié)合桿塔結(jié)構(gòu)建設的現(xiàn)狀，對于輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的方法進行探討。

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

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.159

0 引言

架空高壓輸電對于電能的運輸具有高效性的優(yōu)勢，這一優(yōu)勢主要來源于桿塔的支撐作用使得高壓導線遠離地面。這就有效的避免了人為的對于高壓導線的破壞，避免了惡劣天氣對于電能輸送的影響，規(guī)避了許多供電故障。因此在電網(wǎng)建設過程中，對于桿塔的建設也十分重要。需要保證桿塔的穩(wěn)定性和安全性，同時做到經(jīng)濟高效，先進適用。然而我國目前電力網(wǎng)絡的建設存在一些問題，為了實現(xiàn)工程最優(yōu)化和最大的效益化，需要對桿塔結(jié)構(gòu)進行一定的優(yōu)化設計。

1 架空輸電線路設計現(xiàn)狀及問題

1.1 塔鋼結(jié)構(gòu)缺乏必要的合理性

架空輸電線路中主要采用的桿塔類型是拉線塔。拉線塔作為國內(nèi)最具有經(jīng)濟效益、結(jié)構(gòu)合理的工程技術(shù)形式，被應用到電網(wǎng)建設的許多領(lǐng)域。而在山區(qū)電網(wǎng)建設中，由于地形的復雜性，主要采用了自力式的鐵塔代替。這里主要對于拉線塔的相關(guān)特點進行詳細的分析。拉線塔的具體形式有絕緣支持式桿塔、拉線——拉索桿塔和拉 V 塔。對于絕緣支持式桿塔投入成本相對較大，在制造過程中難度也相對較高。因此，在現(xiàn)階段輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設計中，這種桿塔的使用率較低。而對于拉線——拉索桿塔，其最大的優(yōu)點是縮小線路傳輸?shù)木嚯x，提高電力運輸?shù)男省Ｆ洳蛔阒幹饕憩F(xiàn)在桿塔的占地面積較寬，在相對狹窄的區(qū)域難以很好的投入使用。對于拉 V 塔，這種技術(shù)形式主要廣泛的運用在高壓線路之中，由于其機械強度相對較高，電力故障會對其造成嚴重的影響。

1.2 桿塔的強度設計不合理

桿塔最為高壓導線的重要支撐，桿塔強度是保證架空高壓輸電線路安全的基礎。桿塔的強度通常會受到制造材料、桿塔結(jié)構(gòu)的影響。我國在桿塔建設中為了保證施工質(zhì)量，通常采用環(huán)形截面混凝技術(shù)，提高混凝土的整體強度。而在實際施工和設計過程中，需要對桿塔承受力進行科學的分析，充分保證鋼筋混凝土的穩(wěn)定性，以此提高桿塔穩(wěn)定性以及使用壽命。

1.3 桿塔自身質(zhì)量水平較低

當前，我國經(jīng)濟水平快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量不斷提高。但我們在一味追求數(shù)量的過程中沒有注重質(zhì)量，造成過多的低質(zhì)量的工業(yè)產(chǎn)品積壓。這一狀況在鋼鐵領(lǐng)域表現(xiàn)的十分明顯，我們擁有大量的建筑鋼鐵，但在對于東南亞國家的援助項目中卻不能滿足對于鋼鐵質(zhì)量的要求，導致我們高額購買他國的高質(zhì)量鋼鐵。這一現(xiàn)象也表現(xiàn)在桿塔的生產(chǎn)中，目前對于輸電線路桿塔的生產(chǎn)說，無論是設計水平還是制造水平都較為低下，不能適應當前電力網(wǎng)絡建設的需要。國內(nèi)的桿塔主要包括兩類來源，民營手工生產(chǎn)企業(yè)和大型國營生活企業(yè)。 民營手工生產(chǎn)企業(yè)由民營、個體或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)構(gòu)成，這些企業(yè)在生產(chǎn)能力和加工能力上都不能達到較好的水平，有些精細的加工環(huán)節(jié)甚至依靠手工操作來進行。而國營生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的桿塔，一般是由電力部門指定使用的，國營生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)實力較民營手工生產(chǎn)企強一些。 但也是處于80年代的技術(shù)水平而已，缺乏創(chuàng)新和必要的技術(shù)革新。

2 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

2.1 動態(tài)規(guī)劃桿塔設計

在桿塔優(yōu)化設計中，力求桿塔的重量輕、型式美、運輸方便、加工簡單。動態(tài)規(guī)劃設計是指在進行桿塔設計中，綜合采取多種方法相互結(jié)合，以達到優(yōu)化的目的。 在對桿塔進行制作之前，相關(guān)設計人員需要根據(jù)桿塔安裝的現(xiàn)場實際情況、力學原理和相關(guān)的計算法則，縮小桿塔的迎風面積。結(jié)合架空輸電線路設計的相關(guān)要求和知識，合理選用制造桿塔的材料。盡量減小桿塔的設計尺寸，減小桿塔的占地面積，同時需要保證桿塔的穩(wěn)固性和實用性。

2.2 優(yōu)化輸電線路桿塔主材布置及桿塔節(jié)點

對輸電線路桿塔的主材布置以及桿塔節(jié)點進行優(yōu)化。主材有關(guān)系到輸電線路桿塔的承載力、構(gòu)件長度和截面積等。輸電線路桿塔構(gòu)建的規(guī)格越大、長度就越長，這就需要在其所承受的內(nèi)力保持不變的情況下，調(diào)整輸電線路桿塔塔身的斜材。

桿塔結(jié)構(gòu)的構(gòu)造力求受力明確， 各受力構(gòu)件的形心線應匯交于一點，以減小偏心受力。主材、斜材盡可能使用多排螺栓連接，做到斜材直接與主材連接。 材在節(jié)點處要做到雙面?zhèn)髁Γ駝t就需要采取加強措施。

2.3 輸電線路桿塔頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇

最常見的塔頭形式包括兩種：干字形和羊字形塔頭。羊字形桿塔結(jié)構(gòu)合理，塔頭質(zhì)量較輕，在使用中的支撐能力相對容易。因此，對于地形地勢較為平緩的施工區(qū)域，工作人員多選擇羊字形的塔頭。這種塔頭可以滿足施工和后期使用的需要，且運輸方便，經(jīng)濟效益高。而干字形塔頭的質(zhì)量則相對要重一些，結(jié)構(gòu)強度較羊字形塔頭大，承重能力也較羊字型塔頭強。目前僅有兩種塔頭結(jié)構(gòu)，不能滿足我國電網(wǎng)假設的需求。輸電線路設計人員應該與制造單位緊密合作，設計出新型的更為科學合理的塔頭。

2.4 輸電線路桿塔身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇

主要應用的輸電線路桿塔的塔身主要有兩種，矩形塔和正方形塔。方塔相對于矩形塔而言，重量和占地面積都相對大一些，給運輸和施工帶來一定的不便，但方塔在抗橫向、縱向承載力等方面都優(yōu)于矩形塔。輸電線路桿塔塔身尺寸分析中，水平檔距一般在400m 左右，同時垂直檔距為560m。 在固定的直線桿塔塔底以及橫擔長度下，尋求最佳的輸電線路塔形。相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員積極配合工作的整合項目，滿足輸電桿塔的規(guī)范性，實現(xiàn)創(chuàng)新性和實用性。

3 結(jié)語

總而言之，桿塔結(jié)構(gòu)設計作為架空高壓輸電線路建設的重中之重，應充分認識到目前建設過程中存在的問題，積極的提出的優(yōu)化設計的方案，加強桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的創(chuàng)新能力。在設計優(yōu)化的過程中，要注重工程設計人員、桿塔制造方和施工方的配合。根據(jù)建設地的實際需要，按照動態(tài)設計的原則，從塔身，塔頭，主材料布置和節(jié)點設置方面對輸電線路桿塔進行優(yōu)化設計。這將提高我國電網(wǎng)建設的質(zhì)量，建設安全、可靠、高效的電力網(wǎng)路系統(tǒng)。

參考文獻：

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