苗長勝

[摘 要]當前我國超/特高壓送電線路桿塔結構設計標準尚不明確。為了研究送電線路桿塔結構可靠度探索影響規(guī)律。對送電線路桿塔設計與施工進行全方位分析，探索結構設計中安全性、適用性和耐久性的關系。在保證安全的前提下，盡可能減少造價，使項目經(jīng)濟利益得到最大化。研究得出：送電線路桿塔結構主控荷載為風荷載，對桿塔結構可靠度產(chǎn)生直接影響。輸電線路鐵塔是整個輸電線路的支點，對整個系統(tǒng)正常運行有著重要意義。

[關鍵詞]送電線路；桿塔；結構可靠度；影響；規(guī)律

中圖分類號：TU347 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）29-0129-01

1.前言

中國交流送電線路大多運用電壓上限為500KV。而長距離、高容量的送電，需要超高壓（送電電壓在330-1000KV）和特高壓（送電電壓在1000KV及以上）輸變電項目。超/特高壓送電線路送電能力強，效益高，損耗小?，F(xiàn)實和發(fā)展意義巨大，符合國家長遠發(fā)展戰(zhàn)需要[1]。

當前500KV及以下電壓送電線路桿塔結構設計可參照DL/T 5092-1999《110-00KV架空送電線路設計技術規(guī)程》及DL/T5154-2002《架空送電線路桿塔結構設計技術規(guī)定》，其實際設計與施工方面經(jīng)驗也較為豐富。但特高壓送電項目在世界范圍內(nèi)處于探索試驗階段，特別是桿塔結構設計標準尚不明確，各國相關規(guī)范不一。使得在實際設計施工中必須對單一項目定制化研究，并考慮一切可能發(fā)生的問題，極大的影響了工作進度，增加了工作量。設計原則上需明確桿塔結構可靠度問題。當前我國的做法是單純參照500KV及以下項目桿塔結構的設計表達式及取值予以放大。經(jīng)驗積累不足，缺乏規(guī)律性認識，其風荷載取值及其他設計參數(shù)的確定是迫切需要解決的問題[2]。

本文針對當前現(xiàn)狀，旨在歸納提出適應送電線路桿塔結構可靠度設計的影響參數(shù)并做規(guī)律性分析，為行業(yè)提供有效支撐。

2.送電線路桿塔結構可靠性的概念

結構設計廣泛運用與生產(chǎn)生活中，震動、載荷、耐久性等因素是評定結構設計是否合理的標準。結構可靠性指的是：結構在一定使用期限及其使用環(huán)境條件下完成預設功能的能力。所以結構可靠性是關于結構安全性、適用性和耐久性的總稱。在實際施工與設計中，為了方便定量計算分析，引入此概念[3]。

送電線路桿塔結構可靠性也在上述范疇之內(nèi)。具體表現(xiàn)在：

1、鐵塔強度問題，？鐵塔強度問題，鐵塔是導線和避雷線等在輸電線路長期運行的工作中直接支撐物，對荷載能力要求高，但又要考慮經(jīng)濟性故允許一定范圍內(nèi)的變形程度。所以項目結構設計中，強度問題設計必須考慮材料、受力形式及鐵塔的結構形式。

2、鐵塔基礎的問題，輸電線因路經(jīng)不同各段基礎型式也不同。所以需要結合各個地區(qū)的地形、因地質(zhì)環(huán)境而產(chǎn)生的施工條件和鐵塔的型號等因素才能確定。

3、連線工程，主要內(nèi)容包括架空線與壓接式耐張線夾的連接，架空導線間互連，導線與跳線間連接及架空導線損傷壓接修補余量等。在完成進線后，還要進行跳線，防止在導線正常工作時產(chǎn)生熱量累積而發(fā)生的火災。接地導線的跳線需與鐵塔地線相連[4]。

3.送電線路桿塔結構可靠度影響因素及規(guī)律分析

桿塔結構應具備較高高度，較小橫截面積且橫向荷載起主要作用的細長構筑物。桿塔結構按其形式可分為自立式塔架結構和桅式結構。自立式塔架結構造型美觀、占地小，但造價較貴。桅式結構造價較低，但斜向拉線占地面積較大。

結構可靠度影響分析首要考慮荷載，主要包括永久荷載效應和可變荷載。其中，可變荷載有風荷載、裹冰荷載、導地線張力荷載（由于只考慮線路運行過程中桿塔結構的可靠性，此處不考慮桿塔施工過程中的施工荷載），根據(jù)運行經(jīng)驗和設計原則可知，在線路運行過程中通常某一時刻只有單一可變荷載起控制作用。因為桿塔承受的各永久荷載變異系數(shù)小，所以將各種永久荷載作用統(tǒng)一看作為一種荷載效應。

一般性桿塔結構設計中，認為同一主材段是同一失效模式，可靠度計算可采用Ditlevsen算法，通過前人研究可得，影響結構體系可靠度的因素有：

1、若設計參數(shù)對結構構件可靠度有影響則對整體結構體系可靠度也有一定影響，而結構重要性系數(shù)和設計風速的取值兩項參數(shù)就有重要影響。

2、Ditlevsen算法中，可靠度計算，還涉及到結構體系的失效模式。解釋為：失效模式大致等于主材的節(jié)間數(shù)（段數(shù)）。

綜上所述體系可靠度計算是在桿件的可靠度計算的基礎上進行的，因為沒有考慮塔體的具體差異，所以利用Ditlevsen算法計算得出某一失效模式數(shù)下的體系失效概率上下限有一定誤差，但誤差可控，可以繼續(xù)計算進而得到的相應的可靠指標的上限和下限。計算發(fā)現(xiàn)，可靠指標的上下限非常接近。所以規(guī)律分析具體為：體系可靠度計算中考慮的參數(shù)組合與設計參數(shù)對體系可靠度的影響規(guī)律，因為各項目設計不同所以設計方面規(guī)律分析不展開討論。

4.基于可靠度的塔架結構優(yōu)化應用分析

在結構設計中，設計結構應在保證安全的前提下，盡可能減少造價，使項目經(jīng)濟利益得到最大化。滿足工程投資方預期，增加中標概率。結構材料用量與安全性在一定程度上成正比，同時工程造價也會提高。所以，必須要找到安全和造價間的平衡點，這也是基于可靠度的塔架結構優(yōu)化應用的精髓。

應用流程上首先建立結構優(yōu)化設計模型，然后確定結構的形式，所施加荷載確定，構件的抗力，荷載的隨機特征等參數(shù)。然后通過計算得出整體設計方案。最后撰寫可研報告。

從進年來優(yōu)化應用情況上看，設計人員還是趨向與保守。在充分保證安全的前提下不敢對可靠度上下限設定太寬，在加上工期與工程建設材料價格起伏的影響，所以經(jīng)濟效益并不明顯。下步應該：

1、充分研究結構優(yōu)化模型，并程序化。

2、建立超/特高壓送電線路桿塔特例化模型數(shù)據(jù)庫，方便設計人員調(diào)用。

3、加強相關基礎學科研究工作，制定并完善相關行業(yè)規(guī)范。

5.結論

送電線路桿塔結構主控荷載為風荷載，對桿塔結構可靠度產(chǎn)生直接影響。輸電線路鐵塔是整個輸電線路的支點，對整個系統(tǒng)正常運行有著重要意義。隨著當今經(jīng)濟和工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，環(huán)境也隨之不斷變化，這對我國的電力輸送系統(tǒng)及輸電設備等方面的安全都到來了影響，且實際施工過程中也不斷出現(xiàn)新的問題，所以對設計要求越來越高。下一步必須進一步提高鐵塔結構的穩(wěn)定性及可靠性，考慮安全余量充分的情況下，經(jīng)濟合理的保證輸電工作正常進行。

為增強電網(wǎng)抵御自然災害的能力，建議：我國現(xiàn)行規(guī)范修訂時，宜將冰、風荷載的載荷設計提高為50年一遇；對于特別重要的骨干電網(wǎng)和環(huán)境條件特別惡劣的架空送電線路鐵塔結構，冰、風荷載的重現(xiàn)期宜提高為100年一遇。

參考文獻

[1] 羅紫電.探討送電線路桿塔結構可靠度影響參數(shù)及規(guī)律[J].建筑工程技術與設計，2015（15）.

[2] 梁偉峰.分析影響送電線路桿塔結構可靠度的參數(shù)[J].全文版：工程技術，2015（14）：238-238.

[3] 王松濤，高斐略，李正良，等.現(xiàn)行輸電塔設計規(guī)范可靠度水準的評估與分析[J].廣東電力，2015（7）：100-108.

[4] 白海峰，李宏男.輸電線路桿塔疲勞可靠性研究[J].中國電機工程學報，2008，28（6）：25-31.