探究特高壓輸電塔線體系的抗風可靠度

郭磊磊

[摘? ? 要]在我國電力系統當中特高壓輸電塔是非常重要的組成部分，其結構屬于風敏感結構性質，受到不同等級的風力影響下，特高壓輸電塔線可能會受到各種形式的損傷，嚴重的情況下還會發生倒塌事故。因此，相關單位應該提高對特高壓輸電塔線體系的關注，并對其抗風可靠度進行調查和分析，從而提升抗風可靠度。文章以探究特高壓輸電塔線體系抗風可靠度作為主要內容，目的是為相關行業的發展提供可行性建議。

[關鍵詞]特高壓輸電塔線;抗風;可靠度;研究

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]UHV transmission tower is a very important part of my country's power system. Its structure is wind-sensitive. Under the influence of different levels of wind， UHV transmission tower lines may suffer various forms of damage， serious Collapse accidents will also occur under the circumstances. Therefore， relevant units should pay more attention to the UHV transmission tower and line system， and investigate and analyze its wind resistance reliability to improve the wind resistance reliability. The main content of this article is to explore the wind resistance reliability of UHV transmission towers and lines， with the purpose of providing feasible suggestions for the development of related industries.

[Keywords]UHV transmission tower line; wind resistance; reliability; research

1 特高壓輸電塔線體系的介紹與特征

1.1 關于特高壓輸電塔線體系

特高壓輸電塔線體系同普通架空輸電線路有較大差別，不僅塔體的高度更高，而且大多數都以大跨度為主，所以這一體系自身也存在較為突出的特點。輸送電能是特高壓輸電塔線體系項目開展的主要目的，通過投入固定的成本、指定的時間和可利用的資源能夠實現工程建設目標。就電力工程建設特點，將對象確定為特高壓輸電塔線體系建設，管理層對工程開展合理規劃后，以確保能夠順利構建特高壓輸電塔線體系的最終目的。在建設特高壓輸電塔線體系項目過程中，一方面要考慮是否符合對電能質量、供電穩定性和供電水平的要求，另一方面也要重點關注電網系統運行過程中是否符合成本、穩定性和安全性的需求[1]。

1.2 特高壓輸電塔線體系特點

雖然特高壓輸電塔線體系項目與其他項目有相同之處，但還有幾個特有的特征。①特高壓輸電塔線體系構建期間會涉及到諸多領域的專業知識，且地形具有復雜性，各線路之間相距較遠，關于特高壓輸電塔線體系建設的管理規定也更加繁瑣。每個施工環節都是存在緊密聯系的，而且相輔相成，互相影響，因此想要保證特高壓輸電塔線體系自身的質量，就必須對每個環節給予嚴格管理，控制好各個環節的進度和施工情況，這十分考驗項目管理層的管理能力、溝通能力和協調能力，這是特高壓輸電工程最為突出的綜合復雜性。②獨特性也是特高壓輸電塔線體系的主要特點之一，不同的項目在自身特點上會有較大的差別，無法重復也不會雷同，相關工作人員通過已經完工的特高壓輸電塔線體系項目可以獲得諸多的啟發。在地域特征、環境條件、時間投入、建設目標和經濟水平方面的差異導致了各個特高壓輸電塔線體系項目其自身的特點尤為鮮明，所有在指定具體的管理措施和施工方法時，必須要考慮各個施工項目自身的特征，以保證所制定的措施具有針對性和有效性。③創新性特征是在特高壓輸電塔線體系獨特性基礎上衍生的特點之一，隨著特高壓輸電塔線體系項目規模逐漸擴大，特點也在發生變化，所以過去傳統的管理手段和施工方式已經無法滿足當前施工的實際需求，因此必須對特高壓輸電塔線體系相關理論和施工方法進行改革和優化，只有創新才能有效解決技術水平要求高、管理困難和類型復雜繁瑣的問題，更好地利用新思維、新理念來管理特高壓輸電塔線體系項目，以此能夠獲得更加理想的工程效益。④特高壓輸電塔線體系具有目標性特點，在工程項目開展之前要明確目標，讓項目的實施有明確依據，這是制定項目計劃過程中不可或缺的重要指標之一。目標性也是項目的統一特征，缺乏目標的特高壓輸電塔線體系無法實施[2]。

2 在性能可靠度基礎上分析特高壓輸電塔線體系抗風可靠度

表達特高壓輸電塔線結構處于規定荷載狀態下，受到損壞的具體情況就是性能水準，在結構性能基礎上實施設計，能夠保證結構的質量、使用壽命等元素符合業主和相關規定的要求，最終實現預期的目標。經過多年實踐，能夠確定該理論的實用性與科學性，其主要是對強風或地震等災害發生期間結構的性能水平進行判斷，其中包含了3個環節[3]。

2.1 界定性能水準

環境條件不同的情況下，主體結構遭受損壞會造成不同程度的影響，其表現在經濟方面、人員安全方面和居民生活方面，所以界定性能水準的方式也存在差距。曾有文獻中提出，抗震性能水準需要通過2個介于離散之間、3個離散來進行界定，在不同的環境條件下，這一界定方式不能完全適用。

2.2 選擇性能指標

設計結構的性能準稅不能僅僅局限于依照結構性能水準要求標準和分析各部分性能情況層面，還需要確定性能水準的定量數值，并把握好各性能水準限定值，部分學者認為可以通過結構使用性能、破壞情況的控制程度以及安全性能幾個角度來作為選擇性能指標的依據。雖然這一方法能夠起到一定的作用，但是忽略了諸多因素的綜合作用，因此也不是最優的方式。

2.3 量化性能水準

確定結構性能指標只是宏觀的一種估計方法，損害程度量化問題仍然存在，所以要將量化結構性能水準作為性能水準理論研究的重點。

我國在基于性能對結構進行設計方面已經逐步開展了相關研究，并已經取得了關于抗震設計的一些成果，但是在結構抗風設計理論研究方面還較為落后，開展在性能基礎上進行抗風設計，是為了能夠讓結構的使用性能、安全性、穩定性等屬性在不同強度水平風振狀態中都能夠達到預期的要求，盡可能避免在遭遇暴風等極限災害時，發生坍塌或其他威脅人們生命和財產安全的事故。

3 性能水準及量化的模型

3.1 性能水準模型

根據目前我國對輸電塔設計的相關要求和標準來看，設計的內容以桿件及連接破壞應力接近拉伸屈服或壓曲破壞極限強度為主，標準要求是主體柱材料與柱斜財應力比與塔頂的位移情況，在構建模型時也應以此作為要求。在分析以往各個電壓等級輸電塔破壞或倒塌事故資料后，確定特高壓輸電塔結構抗風性能定性描述分為4個階段，具體如表1所示。

3.2 量化模型

量化性能目標后才能使分析的可靠性及設計的結構作為工程開展的依據，保證各項工作開展的實用性和指導性，通過主材應力及塔架的位移控制標準，能夠確定輸電塔的實際工作狀態與預期的功能性要求是否相符。當參數是應力時，能夠有效提升桿塔應力分布水平及整體結構剛度，表2是以應力作為參數的量化模型。

當參數確定為位移時，不僅能夠確保結構外觀和剛度符合相關要求，更能夠防止因桿塔定點位移較大對電氣間隙產生影響[4]。為能夠更好的對塑性變形情況進行控制，使施工后可以盡快恢復撓度，一般會在施工期間在橫擔及地線支架部分設施預拱，當參數為頂點位移時量化模型為表3。

3.3 分析性能可靠性的方式

以應力作為參數的性能可靠性分析可以將表2作為依據，當主柱材應力在1～1.15之間時，且塔腿主斜材應力在0.95～1.1之間，那結構體系屬于中等破壞;當前者應力大于1.15，后者應力大于1.1那整體結構體系為嚴重破壞。其可靠度的功能函數為：

而以應力作為參數的中等破壞失效概率可以利用以下公式計算：

以應力作為參數的嚴重破壞失效概率即：

以頂點位移作為參數的體系失效概率表達式為：

4 結束語

性能設計要在分析性能可靠性和性能水準與其量化模型的基礎上進行，文中雖然對特高壓輸電塔線體系的抗風可靠度展開了相關的分析，但分析結果只能代表其中一部分，并不能涵蓋全部內容。在特高壓輸電塔數量逐漸增長的情況下，以輸電塔破壞情況及失效規律為著手點分析整個體系的抗風可靠度是非常必要和重要的。這不僅關乎著對環境、經濟和體系自身性能，更與人們的用電質量有著非常緊密的聯系。電力系統是支撐我國發展的重要部分，在發展速度提升的同時，對電力系統的要求也愈發嚴格，這對于電力企業來說既是一種機遇，也是一種考驗，只有牢牢把握住機遇才能在激烈的市場競爭中占據有利地位，推動整體行業的快速發展。

參考文獻

[1] 常玉婷.淺談輸電塔線體系抗風設計理論與發展[J].建筑工程技術與設計，2018（9）：2712.

[2] 李宏男，馬人樂，孫炳南，等.高壓輸電塔體系抗震抗風技術研究及工程應用[Z].大連理工大學，2007.