輸電線路鐵塔結構設計優化探討

陸佳

摘要：隨著電網規模的不斷擴大，架設高壓或超高壓輸電線路已經成為電力系統發展的必然趨勢。輸電線路是整個供配電網絡的主要組成部分，它將電能從偏遠的山區輸送到城市電力負荷區，是整個工業、農業發展的大動脈。由于高壓輸電線路工程施工環境的多變性和特殊性，如何依據設計單位提供的圖紙，保證整個工程的施工質量和進度，是整個工程施工的要點。但在實際施工過程中，工程設計圖紙有時與實際施工狀況有所差異，就必須根據實際情況制定相應的更改方案，保證工程施工的順利進行。

關鍵詞：輸電線路;鐵塔結構;設計;現狀;優化措施

一、國內輸電線路鐵塔結構設計的現狀

最近幾年，我國電力設計部門設計出了很多種形式的塔桿，雙回路直線塔就是其中的一種重要形式，在這種方式的塔桿設計中是以重量最輕為主要的目標，同時還要和滿應力電算程序進行有機的結合，同時還要采用各種方法對其集合布置進行進一步的優化，這種新型的塔桿形式也有著非常好的經濟效益，相關的研究也表明電力傳輸的路徑越直接，塔桿自身的重量也就越輕。所以在這一過程中應該選擇合適的配置方式，這樣才能更好的保證內部的位移和應力的分布更為的合理，在設計的過程中一定要將各個材料的力學特征充分的利用起來，這樣才能更好的展現出結構在重量上的優勢，這些因素也應該是塔桿設計過程中應該著重考慮的因素。

二、鐵塔結構設計優化

2.1 鐵塔塔頭優化設計

在以往常規500kV雙回路線路中，塔頭形式一般布置為鼓形。該塔頭布置形式較為簡潔，傳力清晰，由于導線采取垂直排列方式，塔頭較高，當有跨越要求時，為滿足電氣對地距離要求，全塔高度較高，導致塔身風荷載和上層導地線風荷載較大，塔材耗量和基礎作用力均較大。另外一種形式為雙層橫擔的V串塔型，塔頭為三角形布置方式。兩種塔頭形式的比較如下圖1所示：

鼓型塔：優點是鐵塔掛點簡單明確、由上而下受力傳遞清晰，導、地線的垂直荷載、水平荷載經塔頭橫擔上相應掛點傳遞到鐵塔的身部，同時走廊較窄。缺點為導線采用垂直排列，上下相之間的電氣距離要求使得塔頭較高，塔重較重，約34800.0kg。

雙層橫擔塔：優點為導線布置采用三角排列，比常規塔頭布置減少了一層橫擔從而有效降低了塔高，導地線風荷載和塔身風荷載降低明顯，塔重較輕，約29700.0kg，而且其基礎作用力較小。缺點是下導線橫擔較長，構造復雜，且走廊較寬。

通過以上兩種形式的分析，同時參考已投運的工程中的成熟的設計成果，上述兩種形式都有各自的優點及缺點。鼓塔型塔頭布置較為簡潔，傳力清晰且走廊較窄;V串雙層橫擔塔，導線采取三角排列方式，能有效降低塔高近10m，塔材較鼓形塔降低約10%，同時其基礎作用力也減少12%以上，綜合經濟效益明顯。500kV線路一般對走廊的要求不高且有高跨要求，采用兩層橫擔的V串塔型對降低工程造價顯得更有意義。

2.2 鐵塔塔身橫斷面樣式分析

一般來說，高壓輸電線路所用的直線型鐵塔的塔身橫斷面樣式，有長方形（即矩形）和正方形。直線型鐵塔的水平荷載（即垂直于線路方向，平行于橫擔方向）大于其順線路方向的縱向荷載，故此情況下的鐵塔塔身橫斷面為長方形的樣式是正確的。但其抗縱向荷載能力較差，而方塔抗縱向荷載能力強。因一般500kV電壓等級的線路為主網電源點輸出線路，其安全性、穩定性、重要性要求較高，故一般采用正方形橫斷面的鐵塔塔身。

2.3 鐵塔塔身坡度優化

對有相同斜材形式的鐵塔身部而言，能夠對其主材和斜材產生直接作用的是塔身坡度的變化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口寬度和塔腳根開這三個獨立的變量確定的，即為（塔腳根開-塔身瓶口寬度）/塔身高度。當塔頭形式和呼高確定后，塔身就是一定值，這時塔身坡度就由塔身瓶口寬度和塔腳根開來確定。塔腳根開與塔身瓶口寬度的差值越大，塔身坡度越大;塔腳根開與瓶口寬度的差值越小，相應的塔身坡度越小。在塔身變坡處寬度一定的情況下，塔身坡度的優化實際上就是鐵塔根開的優化，鐵塔根開的大小會控制塔身主材，進而影響整基塔的重量，同時還會對基礎作用力的大小產生較大的影響。塔身坡度越小，鐵塔斜材越短。同時，斜材受力也越小，斜材重量將會減輕，但鐵塔主材內力將加大，主材規格就越大，根據計算，鐵塔主材一般要占整個塔重的40%左右，主材的大小對塔重的影響最大，因此，坡度越小塔重反而會增加。

2.4 塔身斜材布置優化

500kV雙回路直線塔塔身較長，主要受力斜材布材形式的合理與否，不但影響鐵塔本身的受力安全可靠，對鐵塔本身的重量和對應工程本體的造價，也是至關重要的。

因此在設計計算中，也需考慮對斜材布材樣式的優化。塔身斜材常用的布置型式有“正K型”、“倒K型”、交叉式等布置，以往單一的交叉布置型式容易使斜材產生同時受壓，幾種方式組合布置可以避免同時受壓情況的發生，使斜材受力成為拉壓系統，充分利用拉壓系統的受力特性（拉桿對壓桿的穩定計算起支撐作用），可減小斜材規格，降低塔重。

三、結語

在最近幾年，我國的電力行業不斷發展，同時電力行業也成為了推動我國經濟發展的一個非常重要的產業，但是在發展的過程中，我們也應該看到我國電力設施建設的過程中還需要采取相關的措施，不斷的對其進行完善，輸電鐵塔是輸電線路中的一個重要的組成部分，所以其設計的質量也直接影響到了輸電線路的正常運行，所以塔桿的優化設計也應該受到相關人員的重視。

參考文獻：

[1]110～750kV架空輸電線路設計規范（GB50545-2010）[S].

[2]架空送電線路桿塔結構設計技術規定（DL/T5154-2012）[S].

[3]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2002.

（作者單位：國網吉林省電力有限公司四平供電公司）