輸電線路桿塔結構優化設計的探討

鄭存波

（溫州電力設計有限公司，浙江 溫州 325000）

1 輸電線路桿塔的概述

輸電線路桿塔是在架空輸電線路中用來支撐輸電線路的支撐物。輸電線路桿塔多由鋼材或鋼筋混凝土制成，是架空輸電線路的主要支撐結構。輸電線路桿塔按使用材料分為鋼筋混凝土桿、角鋼塔、鋼管桿、鋼管塔。其中高壓輸電線路桿塔中最常見的是角鋼塔，其優點是堅固、可靠，使用期限長；缺點是鋼材消耗大、造價高、施工工藝較復雜。輸電線路桿塔上還包括絕緣子串、架空地線、跳線絕緣子串。[1]

2 輸電線路桿塔結構優化的設計

2.1 輸電線路桿塔結構優化的方法

輸電線路桿塔結構優化的方法采用的是動態規劃優化法，追求型式美、重量輕、加工時運輸方便。動態規劃優化法通常用于求解具有某種最優性質的問題。在這類問題中，可能會有許多可行解。每一個解都對應一個值，我們希望找到具有最優值的解，適合用于輸電線路桿塔結構優化的設計。設計者可以從物理的概念著手，以美感、重量最輕為目的，結合相關的點算程序，用動態規劃優化法對輸電線路桿塔結構進行優化設計。盡量減少迎風的面積和降低塔頭的高度是優化輸電線路桿塔結構的重要措施。

2.2 輸電線路桿塔塔頭形式的選擇

（1）常見的輸電線路桿塔直線塔的塔頭主要有干字形的和羊字形的，根據直線塔塔頭的滿應力計算得出，羊字形塔頭在重量上是最輕的，因此，我們選擇羊字形塔頭。（2）輸電線路桿塔還有轉角塔，轉角塔的計算受力比較大，塔頭一般是干字形的，理由是為了增強輸電線路桿塔的剛度。

2.3 輸電線路桿塔塔身變坡層數的選擇

（1）直線塔選擇兩變坡塔身，在最下面的一層的橫的平面處就是變坡。（2）轉角塔我們分析了在相同的負載情況下兩變坡和三變坡的重量計算。結果為：

塔身不同變坡重量的比較表

塔型 A B C塔高(m) 24 24 24重量（kg） 33166.1 33436.4 32756.4主材規格L160×12H 2L160×16H 2L200×16H L160×12H L200×24H 2L200×16H L180×14H 2L160×16H 2L200×16H

通過塔身不同變坡重量的比較表可以看出來，C方案為三變坡，一變坡在220kV的導線橫擔處，經過同樣的荷載計算得知，三個方案的塔高都是24m，但是A方案的重量比B方案的重量輕，C方案的重量比A方案的重量輕，因此采用C方案，減小了塔頭的身部寬度，降低了塔身的塔重。

2.4 輸電線路桿塔塔身尺寸的選擇

（1）輸電線路桿塔直線塔身尺寸水平檔距400m，垂直檔距560m，假設直線塔的塔根開不變，橫擔的長度也不變，求輸電線路桿塔直線塔頂和塔頭的下口處的寬度的最佳的尺寸。根據我國2011年設計的最佳坡度范圍，設置了9個直線塔塔頭的下口處的寬度分別為：4700mm、4000mm、3600mm、3200mm、2800mm、2600mm、2400mm、2200mm、2000mm，求出最小重量的直線塔塔頭的下口處的寬度，其中塔頭的高度為28m。根據相關的計算可以顯示出當塔頭的上部寬度為1100mm，下部寬為2800mm，30m的塔跟開7700mm的時候鐵塔是最輕的。因此我們可以得出直線塔頂的最佳的尺寸上口寬為1100mm，塔頭的下口處的寬度為2800mm，30m鐵塔跟開7700mm。（2）轉角塔的最優尺寸的計算主要是假設塔頂的上口寬變化，而中間的變坡、下口處和鐵塔的跟開都保持不變、橫擔的長度也保持不變。根據相關的計算我們可以得出最佳尺寸：塔頂的上口寬為2200mm，中間寬為2800mm，塔頭的下口寬為4200mm，鐵塔跟開為9000mm。[2]

2.5 輸電線路桿塔塔身斷面型式

輸電線路桿塔的直線塔塔身主要有兩種斷面形式，一種是矩形塔稱為扁塔，還有一種為正方形塔稱為方塔。扁塔的重量比方塔輕，但是抗縱向負載能力比方塔差且使用也沒有方塔靈活。方塔的抗縱向負載能力和使用的靈活程度相當扁塔好，方形塔的斷面塔頭在順線路的方向上還是有著比較強的剛度，斷線的沖擊以及串級倒塔的能力也相當扁塔強，雖然塔身比較重，但是綜合考慮，采用正方形的輸電線路桿塔塔身斷面型式是最優的結構。

2.6 輸電線路桿塔傳力線路優化

（1）輸電線路桿塔直線塔的傳力線路優化主要是在塔身的上面位置布置K型的結果斜材，不僅能夠防止輸電線路桿塔的下部分的塔身斜材同時受壓，還能夠大大地減輕輸電線路桿塔的重量。（2）輸電線路桿塔的轉角塔的傳力線路優化主要是在塔身的上面位置布置K型的結果斜材，不僅能夠防止輸電線路桿塔的下部分的塔身斜材同時受壓。還能夠大大地減輕輸電線路桿塔的重量，需要注意的是K型斜材的布置應當在110kV的橫擔處，因為此時的輸電線路桿塔的重量是最輕的。

2.7 輸電線路桿塔主材布置及節間優化

（1）調整輸電線路桿塔主材的計算長度。輸電線路桿塔的構件長度、構件的承載力、輸電線路的截面積都與主材有關。當強度控制著輸電線路桿塔的構件規格的時候，輸電線路桿塔的構件應選取的規格要與其所承擔的內力和構件的計算長度相關。當輸電線路桿塔的構件所承擔的內力保持不變的時候，輸電線路桿塔的構件的長度越長，規格就越大。（2）調整輸電線路桿塔塔身交叉斜材。減少斜材的規格主要是讓輸電線路桿塔塔身交叉斜材是不同時受到壓力的控制。輸電線路桿塔塔身交叉斜材比較常用的有：正K式的交叉斜材、交叉式交叉斜材、倒K式交叉斜材等。

[1]譚卓敏.大負荷直流輸電線路桿塔的選擇與結構優化[J].2012，（1）．

[2]周鋒.輸電線路桿塔接地裝置對人身安全性影響評估及防護措施研究[J].2012，（8）．