電力鋼管桿安全的設計與使用

李輝

摘? 要：電力鋼管桿以其結構簡單、可靠性高、維護便捷、占據空間小以及施工安裝方便等優點，代替水泥桿與角鋼鐵塔成為了220kV以下電力線路中常用構件。由于鋼管桿與水泥桿、角鋼塔以及普通鐵塔在受力特點方面存在差異，因此本文主要探討關于電力鋼管桿設計和使用的安全措施。

關鍵詞：鋼管桿;設計;安全;使用

引言：在城市區域由于土地資源有限，建筑密度較大，因此在架設電力線路時多會沿河道、綠化帶或者道路進行架設，這樣不僅節省土地資源，同時也能降低征地費用。但是由于河道、綠化帶以及道路等區域限制性較大，不適宜采用鐵塔，若選擇鋪設電纜則成本過高，因此鋼管桿成為了首選，被廣泛應用于220kV以下的電力線路當中。

一、電力鋼管桿的特點分析

電力鋼管桿根據導線的排列方式可以分為千字型和上字型鋼管桿;按照用途分類可以分為轉角桿、耐張桿、換位桿、直線桿、分歧干以及終端感。相較于傳統的水泥桿、角鋼鐵塔，鋼管桿的優勢在于鋼管底部的外徑較小，所占空間較小，適用于地形條件限制性較大的區域，同時其還具有施工安裝簡單快捷、可靠性高、維護方便且工作量小、造型美觀以及線路走廊較小等優點[1]。電力鋼管桿雖然具備諸多優點，但是由于目前制作鋼管桿所采用的鋼材多為Q235或者Q345，強度相對有限，因此不適用于220kV以上的電力線路，同時也不適用于鄉村地區或者走廊無限制的區域，僅適用于城市區域或者走廊存在限制的區域。

鋼管桿在受力特點方面與鐵塔和水泥桿不同，其通過鋼管桿身的偏心彎矩傳遞上部荷載，但由于底部外徑相對較小，因此桿身的柔度和變形較大。

二、電力鋼管桿安全的設計

一般來說，只要鋼管桿的強度符合要求，則其變形范圍也符合要求，雖然對于鋼管桿變形范圍并未作出明確規定，但是從安全和運行穩定性方面考慮，在設計時應注意鋼管桿變形對于電氣間隙和強度的影響。

1.桿型設計

鋼管桿的桿型主要取決于荷載大小，這是桿型設計的關鍵因素，同時也要結合電力線路沿線的地形地貌、障礙物以及路徑等因素[2]。在設計桿型時，設計人員需要綜合考慮上述因素，合理確定桿型，否則可能會影響到工程造價管理。此外，關于轉角桿的角度劃分主要取決于電力線路的路徑，若線路曲折系數較小，則可以考慮以20°為一檔;若線路曲折系數較大，則可以考慮以10°為一檔。

2.尺寸設計

尺寸設計主要包括梢徑、錐度、桿段的劃分以及截面形狀，這也是需要重點關注的因素。首先是梢徑與錐度，梢徑設計關系到桿身尺寸，其尺寸一方面要符合鋼管桿整體構造要求，同時也要符合撓度要求。錐度設計主要與鋼管桿的荷載作用有關，荷載越大則錐度越大，這樣才能確保鋼管桿受力合理，不會出現較大變形。其次是截面形狀，比較常用的是多邊形與環形，鋼管桿的截面形狀設計主要與撓度有關，在荷載作用相同的情況下，鋼管桿的截面形狀越接近于圓形，則撓度就越小，反之則撓度就越大[3]。但從力學性能方面考慮，以環形截面最佳，但是其加工難度大，焊接作業量較大，因此若無特殊要求，通常會采用多邊形截面。最后是桿段的劃分，由于鋼管桿自底部向上壁厚逐漸減小，因此需要按照壁厚分為數段，一般來說每段長度不宜超過10m，若過長則運輸、加工以及安裝不便;若過短，則連接點增多，會導致鋼管桿自重增加[4]。在實際設計時，設計人員需要對每段長度進行計算，以合理確定長度，這樣才能確保受力均勻，同時也能使鋼管桿自重保持在合理范圍。

3.連接方式設計

鋼管桿的連接方式主要有套接和法蘭連接兩種，其中套接主要適用于小轉角鋼管桿和直線鋼管桿，若桿身截面形狀為多邊形且變數超過12個，則不宜采用套接的方式。套接時接頭長度為1.5套入段最大內徑。法蘭連接主要適用于轉角鋼管桿與直線鋼管桿，多采用的是剛性法蘭連接，當桿身受力時，法蘭肋板、螺栓與法蘭盤會共同作用，連接穩定。需要注意的是法蘭盤對形變要求嚴格;連接螺栓應采用高強度螺栓，等級不低于6.8級，直徑在16mm以上。

三、電力鋼管桿的使用

1.掛線點

一般來說，在加工制作鋼管桿時會直接在掛線點焊接掛線板，除架空地線的掛線板在桿頂位置外，其余鋼管桿的掛線板均處于橫擔頭部位置。考慮到電力線路運行過程中，掛線點位置摩擦較大，易出現損壞，因此使用螺栓進行連接，焊接的方式可靠性更好，但是焊接的方式會導致后續更換掛線板的難度增大，為延長掛線板的使用壽命，提高抗腐蝕性能，應酌情增加掛線板的厚度，一般在2mm以內。

2.橫擔

鋼管桿桿身和橫擔通常采用的也是法蘭連接，若為直線鋼管桿，則采用直徑為16mm的螺栓;若為轉角鋼管桿，則采用直徑為20mm的螺栓。桿身和橫擔間需要安裝斜拉吊桿，主要目的是保護電力線路檢修、維護人員的安全。

3.防腐處理

考慮到電力線路運行過程中，鋼管桿受自然因素的影響會出現腐蝕的情況，可能會影響其使用壽命，因此需要做防腐處理，目前多采用的是熱浸鋅處理工藝。經過防腐處理的鋼管桿即使在污染較為嚴重的區域，其防腐層壽命也可達10年;若環境質量良好，則防腐層的壽命可達30年[5]。

4.爬梯和休息臺

爬梯和休息臺并非是鋼管桿必需的構件，是否設置爬梯和休息臺主要取決于鋼管桿的高度，或者設計為交跨杠，這種情況下可以根據實際情況在桿身上設置爬梯和休息臺，一般多采用雙面爬梯，其安全性更好。

四、結語

綜上所述，在城市區域或者走廊受限的情況下，選擇電力鋼管桿可以創造良好的經濟效益與社會效益，能夠在充分滿足工程需求的基礎上節省土地資源與項目成本，而且由于施工安裝簡單，施工進度較快，并且對于施工周圍環境造成的影響較小。若電力鋼管剛需要使用在22kV以上的項目，則要提高桿身的高度。

參考文獻：

[1]陶冶. 高壓輸電線路鋼管桿結構的優化設計[J]. 科技創新導報， 2016， 13（15）：2.

[2]辛小亮， 劉亞鋒. 淺談高壓輸電線路鋼管桿的設計應用[J]. 科技資訊， 2011（24）：1.

[3]金濤， 王沖， 底尚尚. 220kV雙回輸電線路鋼管桿設計檔距及安全系數取值分析[J]. 河北電力技術， 2014， 33（1）：3.

[4]謝楓. 淺談城區鋼管桿設計中的若干問題[J]. 大科技， 2013， 000（034）：131-131，132.