方明輝(云南水利水電建設(shè)工程技術(shù)開發(fā)有限公司,昆明 650051)

關(guān)于輸電線路的鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計論述

方明輝
(云南水利水電建設(shè)工程技術(shù)開發(fā)有限公司,昆明 650051)

作為電力輸送的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，良好的鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計對于保障電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性具有重要作用。本文首先介紹了輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點，然后具體探討了輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計措施，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計人員提供參考。

輸電線路；鐵塔；結(jié)構(gòu)設(shè)計

輸電線路鐵塔，是一種立體造型的、用于架空高壓或超高壓送電線路導(dǎo)線和避雷線的構(gòu)筑物。依據(jù)線路回路數(shù)量、電壓強度、避雷線及導(dǎo)線布設(shè)方式，可將鐵塔分成不同類型。輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將直接影響著輸電線路工作的可靠性和安全性。鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不僅要考慮地形及氣候特點，還需要考慮電壓等級、結(jié)構(gòu)形式等因素。因此，加強有關(guān)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對于改善輸電線路運行質(zhì)量具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.1 交叉跨越設(shè)計

在對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，跨越桿塔應(yīng)選用固定線夾；跨越河流的桿塔則應(yīng)選用蝸牛式耐張線夾，弱電線路與輸電線路若存在交叉，則交叉擋弱電線路鐵塔需采取相應(yīng)防雷技術(shù)；當(dāng)輸電線路跨越一級公路、鐵路或高于110kV的線路時，應(yīng)選用雙串聯(lián)懸垂絕緣子串；對于大跨越導(dǎo)線，需依據(jù)發(fā)熱條件選取截面類型，且應(yīng)依照導(dǎo)線實際可承受最高溫度對最大弧垂進(jìn)行計量。

1.2 桿塔位優(yōu)化排定

在排定桿塔位時，應(yīng)依據(jù)架空輸電線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)級實際工程桿塔設(shè)置條件具體開展；在線路穿過經(jīng)濟林區(qū)或果園時，應(yīng)避免砍伐通道，僅對部分垂直距離不符合標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行削頂、剪枝處理即可；若因地形限制或部分跨越樹木零星分布，則可采取砍伐措施，若需要對防護(hù)通道進(jìn)行處理，則應(yīng)依照線路寬度加林區(qū)主要樹木高度的2倍實施。

1.3 綜合考慮及勘察沿線水文、地形條件

相關(guān)設(shè)計單位應(yīng)聯(lián)合地質(zhì)勘探單位，對沿線進(jìn)行鉆孔獲取水樣及土質(zhì)，并試驗評定地質(zhì)水文特征；或在現(xiàn)場實行靜力觸探，通過計算機統(tǒng)計地層耐力及相關(guān)參數(shù)；根據(jù)勘探數(shù)據(jù)，統(tǒng)計當(dāng)?shù)氐孛矄卧?，組合驗算極端低溫、最大風(fēng)速、是否屬于重冰區(qū)、歷年平均雷暴日數(shù)、平均氣溫等氣象資料，以便于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[1]。

1.4 優(yōu)選主力桿塔類型

對于丘陵、平原等施工及運輸相對便利的區(qū)域，應(yīng)盡量選用鋼筋混凝土桿和拉線桿塔；對于山區(qū)，應(yīng)結(jié)合地形特點和不等高基礎(chǔ)，選用全方位長短腿結(jié)構(gòu)類型；對于走廊過于狹窄區(qū)域，應(yīng)選用導(dǎo)線垂直或三角形排列的桿塔，同時應(yīng)考慮Y型、V型、L型絕緣子串，以盡可能降低線路走廊寬度。

2 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計措施

2.1 酒杯型桿塔優(yōu)化設(shè)計

（1）當(dāng)前，國內(nèi)500kV以上的輸電線路單回路自立式直線鐵塔多選用貓頭型鐵塔和酒杯型鐵塔，同時三相導(dǎo)線多使用懸垂串掛線。在同種設(shè)計條件下，相比酒杯型鐵塔，貓頭型鐵塔線路走廊寬度及塔頭尺寸均較小，線路走廊成本較低，可有效降低電能及電暈損失，但該種鐵塔耐雷性能較差，單基耗鋼量較大；而酒杯型鐵塔導(dǎo)線采用水平布設(shè)方式，其鐵塔整體高度較低，具有較高的整體剛度和較小的撓度變形，但其線間水平距離較大。（2）對于自立式鐵塔，因塔頭重量占到整體塔重量的2/5以上，塔頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可有效改善鐵塔結(jié)構(gòu)方式。在此過程中，控制懸垂絕緣子串搖擺角是優(yōu)化酒杯型塔頭尺寸的重要環(huán)節(jié)。實際設(shè)計時，可將立面設(shè)計成對稱三角形拱形結(jié)構(gòu)，將跨矢比調(diào)整到1/4~1/5范圍內(nèi)，保持與普通鋼架屋一致，可有效提高其剛度；在起拱后，雖然會在一定程度上增大拱角推力，但因V型串掛點與拱角共點，兩串拉力形成的水平力可保持指向橫擔(dān)中心，由此可減少部分拱角推力。采用此種拱形結(jié)構(gòu)，不僅能增大中導(dǎo)線間隙距離，且能使中橫擔(dān)立面斜材轉(zhuǎn)換為理論零桿，可大幅度降低耗鋼量，提高企業(yè)收益[2]。

2.2 優(yōu)化鐵塔斜材的布置

斜材計算長度及主材傳遞到斜材力的大小是決定鐵塔斜材的主要因素。而主材傳遞斜材力的大小，主要由斜材與主材的夾角α決定：當(dāng)α較大時，斜材受力較小，則相應(yīng)需求規(guī)格也較小；而當(dāng)α較小時，斜材受力便會增大，相應(yīng)需求規(guī)格則相對較大。根據(jù)相關(guān)模擬實驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)斜材與主材夾角α調(diào)整到60。時，斜材受力相對合理；若斜材長細(xì)比低于95時，相比Q235型的角鋼，選用Q345型的角鋼更能節(jié)省重量。

為有效控制塔身交叉斜材的同時受壓問題，一般會將正K或倒K布設(shè)的斜材安置在塔身橫隔面位置，但若選用單肢角鋼對斜材進(jìn)行連接，則會出現(xiàn)偏心受力問題。相關(guān)實證數(shù)據(jù)顯示，采用雙肢角鋼進(jìn)行連接，可有效消除偏心問題。

2.3 優(yōu)化調(diào)整塔頭及塔身坡度

鐵塔通常包含塔身、塔腿及塔頭三部分，地線及導(dǎo)線均在塔頭部位布設(shè)。頭部可選型式較多，其尺寸大小則主要由電氣間隙和地線雙邊保護(hù)角決定。通常對同種布材類型的塔身，在口寬固定條件下，塔身坡度的差異會對斜材及主材規(guī)格大小產(chǎn)生重要影響。當(dāng)坡度較低時，斜材計算長度也會較低，受力相對較小，由此斜材重量相對較輕，但相應(yīng)的主材受力會較大，其規(guī)格及重量亦會增大。所以在實際設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體條件驗算選定一個恰當(dāng)坡度，以控制主材及斜材受力，提高鐵塔結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性[3]。

2.4 優(yōu)化配置路徑及塔型

城市緊湊型多回路鋼管桿走廊或鋼管塔走廊，可充分滿足輸電線路電力輸送標(biāo)準(zhǔn)，且鋼管外型精美，安裝方便，占地較少，并能適應(yīng)于城市平坦地形、線路方便施工、走廊寬度窄等條件，所以應(yīng)加強此類走廊方式的應(yīng)用。輸電線路主要包括風(fēng)偏、塔頭尺寸、安全距離三部分，而調(diào)控風(fēng)偏及塔頭尺寸是降低線路走廊寬度的主要方式。相關(guān)實證研究發(fā)現(xiàn)，選用固定掛點直線桿塔或固定跳線桿塔，可有效約束導(dǎo)線風(fēng)偏及塔頭尺寸。

3 結(jié)束語

輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量將直接關(guān)系著輸電線路的運行質(zhì)量及經(jīng)濟效益，因此，相關(guān)技術(shù)與研究人員應(yīng)加強有關(guān)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，總結(jié)鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及關(guān)鍵優(yōu)化設(shè)計措施，以逐步提升鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。

[1]蘭長俊.架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)計要點研究[J].低碳世界,2014(07):56-57.

[2]李峰,袁駿,侯建國,安旭文.我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度研究[J].電力建設(shè),2010(11):18-23.

[3]楊常青.我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計可靠度研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2014(21):54.

方明輝（1986-），男，湖北孝感人，本科.