（中國能源建設(shè)集團黑龍江省電力勘察設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度研究

楊常青

（中國能源建設(shè)集團黑龍江省電力勘察設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

在輸電系統(tǒng)中，一般多會采用架空輸電線路，這就需要進行一定的輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，即輸電線路鐵塔。文章首先分析了輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要內(nèi)容，繼而以500kV輸電線路為例，分析其鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠性，以供參考。

輸電線路；鐵塔；結(jié)構(gòu)設(shè)計；可靠度；分析

近些年，我國的電力事業(yè)獲得了長足的發(fā)展，電力在社會生產(chǎn)中所起到的作用也越來越突出，人們對安全供電和穩(wěn)定供電也提出了更高的要求。然而在實際的運行中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的很多輸電線路鐵塔在正常情況下能夠保持較高的可靠性，但是一旦遭遇一些特殊情況，如冰雪災(zāi)害等惡劣天氣時，就會出現(xiàn)不同程度的損害，可靠性與安全性大大降低，甚至?xí)斐刹豢晒懒康膰?yán)重后果。為此，近些年電力單位對加強輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性給予了高度重視。以下本文就來具體談?wù)勥@一問題。

一、我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容

輸電線路的主要作用是實現(xiàn)電力的安全輸送，因此在對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，也同樣要遵循這一原則，將保證電力安全輸送作為設(shè)計的核心思想。一般我國的輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包括桿塔設(shè)計、防雷接地設(shè)計等基本設(shè)計內(nèi)容，近些年還將除冰設(shè)計加入了鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

其中，桿塔設(shè)計是輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的主體，其設(shè)計水平的高低直接決定了鐵塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大小。在桿塔的設(shè)計中需要注意選擇打好桿塔的基礎(chǔ)，這是保證鐵塔不會受外力因素輕易倒塌的重要前提，另外，還要合理的設(shè)置桿塔位置、控制最佳的塔間距離、正確選型和選材。由于輸電線路鐵塔多處于室外，很容易受雷電影響而降低其穩(wěn)定性與可靠性，為此必須要合理設(shè)計防雷接地裝置，這也是保證鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。一般輸電線路鐵塔的防雷接地結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意確保接地網(wǎng)的可靠性，可以采用埋設(shè)接地模塊等方式來降低接地電阻，提高防雷接地效果。也可以假設(shè)耦合地線或安裝不平衡絕緣的方式來進一步保證鐵塔防雷接地結(jié)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性。

另外，除冰設(shè)計最近也逐漸受到電力企業(yè)的重視。這是因為一旦輸電線路覆冰，就會導(dǎo)致斷線事故，甚至還會將鐵塔壓斷，從而導(dǎo)致該線路長期中斷，難以短期內(nèi)恢復(fù)，給社會生產(chǎn)帶來極大損失，也嚴(yán)重影響了人們的生活。為此要保證輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性，還必須要做好除冰設(shè)計工作。目前我國的除冰技術(shù)還不是十分先進與成熟，多采用融冰技術(shù)或機械除冰技術(shù)，近些年還出現(xiàn)了有源防冰覆層、涂設(shè)相應(yīng)涂料等方式。這些除冰設(shè)計方式都需要根據(jù)實際情況合理選擇，以確保其有效性和可靠性。

二、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度研究

所謂結(jié)構(gòu)的可靠性，就是指在一定的時間和條件下，結(jié)構(gòu)可以保持預(yù)期功能。一般對于基建設(shè)施來講，其結(jié)構(gòu)可靠性就是指其安全性、適用性與耐久性。而結(jié)構(gòu)可靠度則是指可靠性的測度。輸電線路鐵塔作為輸電系統(tǒng)的重要基建設(shè)施，必須要保證其結(jié)構(gòu)可靠性。而在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要衡量結(jié)構(gòu)的可靠性是否符合相關(guān)技術(shù)要求，就要確定其可靠度。我們可以通過建立一定的計算模型來確定其實際可靠度。以下我們就以500kV輸電線路鐵塔為例，來研究對其結(jié)構(gòu)可靠度進行研究。

1計算模型簡化

目前我國的輸電線路子鐵塔一般都是以角鋼鋼板螺栓鐵塔為主，其構(gòu)造多呈構(gòu)架型，也就是說，鐵塔結(jié)構(gòu)是由很多個構(gòu)件以螺栓或焊接的方式連接到一起的。若對其實際結(jié)構(gòu)模型進行可靠度分析，則需要對每個構(gòu)件的可靠度進行分析，這將是一個極其復(fù)雜的計算過程。為了簡化計算過程，我們可以將鐵塔結(jié)構(gòu)模型簡化為整體，即僅僅考慮能夠?qū)Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的構(gòu)件進行分析。也就是可能會產(chǎn)生失效且對結(jié)構(gòu)可靠性影響較大的構(gòu)件，是分析可靠度的關(guān)鍵。

一般在對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)動荷載工況進行分析時，多數(shù)只考慮其正常運行、斷線以及安裝時的失效情況，其中重點考慮正常運行時的失效情況。對于500kV輸電線路鐵塔來講，其塔頭部分一般不會出現(xiàn)失效情況，可忽略不計。為此，其結(jié)構(gòu)可靠度的計算可重點考慮塔身結(jié)構(gòu)中的主材與部分斜材。

2 500kV輸電鐵塔實際可靠度計算

2.1 500kV輸電鐵塔失效模式個數(shù)的確定

按可靠度理論，桿塔結(jié)構(gòu)體系的可靠度取決于結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的可靠度，通過對各構(gòu)件的可靠度分析可研究鐵塔的可靠度。根據(jù)工程實際，500kV輸電鐵塔結(jié)構(gòu)在實際使用時對相鄰的幾個節(jié)點之間的主材采用統(tǒng)一的規(guī)格，可以認(rèn)為失效模式是一樣的。由于構(gòu)件在實際使用中的限制，統(tǒng)材后主材構(gòu)件的長度一般在10-12m。500kV輸電鐵塔的高度一般在30-60m，主材分段數(shù)在4-8之間，由前面的簡化模型可知，塔頭部分已經(jīng)被簡化，因此正常運行情況下的荷載控制的主材段數(shù)為3-5。每一主材段認(rèn)為是同一失效模式，所以500kV輸電鐵塔結(jié)構(gòu)體系是具有3-5個主要失效模式數(shù)的串連結(jié)構(gòu)體系。

2.2 500kV輸電鐵塔實際可靠度計算

結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前的輸電線路鐵塔設(shè)計中，必須要充分考慮到其基建、接地防雷和防冰等多方面的設(shè)計，這是保證其結(jié)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵。另外，在設(shè)計的過程中，必須要建立一定的計算模型，對其結(jié)構(gòu)進行可靠度計算，以確定設(shè)計可靠性與實際可靠性的差距，并采取對應(yīng)措施，最大程度的保證輸電線路鐵塔的安全可靠運行。

[1]徐國鈞.我國輸電鐵塔型材應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)化措施[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2010（01）.

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