输电线路杆塔结构优化设计探索

【摘要】2输电线路杆塔建设发展的现状 当前，输电线路杆塔无论是它的设计水平还是制造水平都较为低下，不能很好地适应当前社会发展的需要。国内输电线路杆塔生产制造单位主要分为以下两种类...

【摘要】杆塔结构是整个输电线路中的关键部位，它可以有效确保电网系统的安全、稳定、可靠运行。但是，目前我国的输电线路杆塔结构在设计方面还存在一些由自然因素和人为因素所引发的问题，这些问题均会对供电质量产生一定的影响，继而给供电企业带来经济损失，给居民正常用电带来不便。本文总结了输电线路杆塔结构设计的现状，对输电线路杆塔结构的优化设计进行了研究。

【关键词】输电线路；杆塔；结构优化；设计

输电线路中的杆塔主要起到支撑架空输电线路与地线作用，通过它可以使输电线路与地面之间保持一定的距离，以免受到恶劣天气影响或人为外力破坏而出现供电故障，确保了输电线路的正常运行。因为海拔高度会影响杆塔电气间隙，决定着杆塔结构耗钢量，所以在进行输电线路杆的结构设计时，要针对不同的地势环境制定不同的设计方案，这也是优化杆塔结构设计的技术要点。

1输电线路杆塔的概念

在输电线路中，杆塔是用于支撑和架空导线和地线一种装置，其主要是由钢材或钢筋混凝土制造而成。为了电力输送不会受到恶劣天气因素以及人力破坏因素的影响，要始终保持输电线路与地面之间有一定的安全距离，只有这样，才能保证电力用户享受到正常供电，生活也质量会得到保证。所以，必须保证输电线路杆塔运行的稳定性，这对提升整个供电系统的供电质量起着非常重要的作用。在输电线路中，杆塔的型式主要有角钢塔、预制水泥杆、钢管杆等，角钢塔是最常见的形态之一，它具有安全、稳固和使用寿命长的特点，但也具备造价成本高、施工难度大、维护工作量大等劣势。

2输电线路杆塔建设发展的现状

当前，输电线路杆塔无论是它的设计水平还是制造水平都较为低下，不能很好地适应当前社会发展的需要。国内输电线路杆塔生产制造单位主要分为以下两种类型：①手工生产企业。这一类企业主要是由民营、个体或乡镇企业所构成，他们无论是在生产能力方面还是加工能力方面都比较低下，有些放样、加工环节甚至是依靠手工操作来完成。在这种情况下，不能很好的保障杆塔的质量和强度；②大型的国营生产企业。这些企业一般都是由电力部门指定的生产厂家，他们的生产实力要较手工生产企强一些。即使这样，也仅仅是达到80年代的生产技术水平而已。因此，就现阶段而言，我们还是应从国外引进先进的生产技术和生产设备，这样可以快速提高我国的杆塔生产制造水平。在杆塔的设计方面，生产单位与设计单位还处于独立的工作状态，没有形成一个相互联系的整体。在这样的模式下，设计单位在完成了力学计算和结构选材之后，自身的工作任务就已经基本完成了，却没有很好的在计算方法与计算机放样软件之间建立紧密的联系。而杆塔的生产加工环节则由生产企业来完成。这种设计与生产相分离的方式，无论是对杆塔的设计质量还是生产水平都很不利，还使工作效率大幅降低。

3杆塔结构的优化设计

3.1动态规划法

杆塔结构的优化设计是追求重量轻、型式美、加工简单、运输方便等优势的动态规划法。其中，所谓动态规划法是解决某一问题时，不止运用一种手段，而是同时采取多种方法相互结合，灵活运用，以达到优化的目的。在对杆塔进行设计的过程中，设计人员需要根据杆塔安装的现场实际情况、力学原理和相关的计算法则，缩小杆塔的迎风面积，以及合理的选用塔材，减小杆塔的设计尺寸，减小占地面积，从而增强杆塔的实用性。通过一系列的探索与研究，才能找到最合理的设计方案，才能设计出外观更美、结构更简单、实用性更强的杆塔。这就是动态规划法的主要思路和运用过程。

3.2塔头形式的选择

干字形和羊字形塔头是直线角钢塔最常见的两种塔头型式。其中，羊字形塔头的使用率较高一些，因这种塔头的结构简单，质量较轻，干字形则相对要重一些，而干字形塔头的结构强度较羊字形塔头大。转角塔的计算受力较直线塔大，因此塔头型式一般采用干字形。

3.3塔身形式的选择

输电线路杆塔的塔身的断面形式主要有以下两种：①矩形塔，也称扁塔；②正方形塔，也称方塔。其中，正方形塔的重量比矩形塔要大，占地面积也相对大一些，但是正方形塔在使用性和抗横向、纵向承载力等方面都要优于矩形塔。同时，正方形塔的断面塔头在顺线路方向上的结构刚度要强于矩形塔。所以，综合起来考虑，正方形塔身型式是相对实用和合理的选择。

3.4杆塔主材布置及节点的优化

杆塔结构的构造力求简单，结构受力明确。各受力构件的形心线应尽可能的汇交于一点，力求减小偏心受力。主材、斜材应尽可能使用多排螺栓连接，斜材尽量直接与主材连接。主材在节点处尽可能做到双面传力，否则应采取加强措施。杆塔的结构强度、构件规格和杆塔的截面面积都与主材有关。在其所要承受的内力保持不变的情况下，杆塔的构件规格越大，长度也就越大。同时，杆塔塔身的斜材也需要做出相应调整。

3.5杆塔发展的新型式

近年来城市人均用电量不断增加，110～220kV变电站开始进入市区。受到城市地形和环境的制约，线路走廊的空间被进一步压缩，常规的角钢塔已不适用于城市架空输电线路，于是人们研制出了占地面积小的钢管杆。钢管杆加工工艺相对复杂，投资较大，但是结构简单，受力明确，能较好的与城市景观相互融合，美观大方，在城市架空输电线路中发展迅速。钢管杆的型式主要有单杆和双杆两种，其中单杆使用较多。钢管杆的优化设计可总结为以下几点：①前期要对线路走廊做详细的勘察，充分了解走廊的周围环境、气候条件；②合理的选择杆身、横担的连接方式，杆身的连接方式分为插接与法兰连接两种，法兰连接对于杆的重量和强度控制，要优于插接；③在符合规范对杆身挠度和强度要求的前提下，合理的选择钢板厚度和杆身的锥度以及分段长度，以达到优化钢管杆尺寸和重量的目的。

4未来杆塔结构设计的发展方向

4.1设计理论体系

就我国目前的输电线路杆塔的结构设计理念来看，还是相对传统一些的。为了满足电力系统的发展需要，必须引进更为先进的理论体系。那么，如何将现代结构的分析方法应用到杆塔结构设计中，还在研究与探索的过程当中。而且，应着重在初应力、初位移、加工误差等对杆件承载力的影响这几方面展开深入的探索与研究。

4.2荷载取值

我国目前对于杆塔风荷载的取值和计算，主要为静力风荷载，而对于动力风荷载，还没有形成系统的理论。对于覆冰荷载的研究，则因为地域跨度大、地形条件复杂和气象资料收集不够充分等原因，仅仅是根据运行经验和数据推论来进行经验性的取值。因此，对于杆塔风荷载的研究和取值，尚需更进一步的研究和论证。

4.3节点构造的计算方法

我国目前的输电线路杆塔与国外的相比，除了性能、材料、设计理念等与国外有很大差异之外，在重量和体积方面也都较为偏重和偏大，同时，在节点构造上也存在着不小的差异。目前，在影响杆件承载能力的几项因素当中，对新性能节点、新材料还有节点构造等几方都还需要做出更加细致的研究，使其进一步的完善。

4.4设计软件的应用

我国目前所使用的线路杆塔结构设计软件还存在一些缺陷，致使许多先进的研究成果和优秀的经验无法得到有效运用。未来输电线路杆塔的设计、运行和维护等工作，将朝着“数字电网化”的方向发展。在这方面，我国的电力系统还具有很大的发展空间。

5结束语

作为输电线路中的重要组成部分，杆塔的设计、生产与安装这一系列工作的完成质量，将对整个电力系统的健康发展起着相当重要的作用。因此，必须要重视好输电线路杆塔结构的优化设计工作，使其在电力输送过程中能更好的发挥作用。这也是我国当前电力系统的工作重点。相信在电力系统全体人员的一致努力下，输电线路杆塔结构将会以更加优化的设计来适应社会的发展需要，为我国的电力系统实现更快、更好的发展提供强有力的保障。

参考文献

[1]郭日彩，许子智，李喜来，等.110～500kV输电线路典型设计[J].电网技术，2007，31（1）：56~64.

[2]闫小峰.关于输电线路杆塔结构优化设计分析[J].黑龙江科技信息，2016，20（3）：43.

[3]刘广登.110kV输电线路直线杆塔结构设计[J].科技与创新，2017，25（1）：76~77.

作者：廖高慧 单位：广西绿能电力勘察设计有限公司