我國輸電線路鐵塔結構設計可靠度研究

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

我國輸電線路鐵塔結構設計可靠度研究

楊常青

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

在輸電系統中，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設施建設，即輸電線路鐵塔。文章首先分析了輸電線路鐵塔結構設計中的主要內容，繼而以500kV輸電線路為例，分析其鐵塔結構的可靠性，以供參考。

輸電線路；鐵塔；結構設計；可靠度；分析

近些年，我國的電力事業獲得了長足的發展，電力在社會生產中所起到的作用也越來越突出，人們對安全供電和穩定供電也提出了更高的要求。然而在實際的運行中發現，現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，如冰雪災害等惡劣天氣時，就會出現不同程度的損害，可靠性與安全性大大降低，甚至會造成不可估量的嚴重后果。為此，近些年電力單位對加強輸電線路鐵塔結構設計的可靠性給予了高度重視。以下本文就來具體談談這一問題。

一、我國輸電線路鐵塔結構設計的主要內容

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

其中，桿塔設計是輸電線路鐵塔結構的主體，其設計水平的高低直接決定了鐵塔結構的穩定性大小。在桿塔的設計中需要注意選擇打好桿塔的基礎，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定性與可靠性，為此必須要合理設計防雷接地裝置，這也是保證鐵塔結構設計可靠性的關鍵技術。一般輸電線路鐵塔的防雷接地結構設計中需要注意確保接地網的可靠性，可以采用埋設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構的可靠性與穩定性。

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

二、輸電線路鐵塔結構設計的可靠度研究

所謂結構的可靠性，就是指在一定的時間和條件下，結構可以保持預期功能。一般對于基建設施來講，其結構可靠性就是指其安全性、適用性與耐久性。而結構可靠度則是指可靠性的測度。輸電線路鐵塔作為輸電系統的重要基建設施，必須要保證其結構可靠性。而在結構設計中，要衡量結構的可靠性是否符合相關技術要求，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，來研究對其結構可靠度進行研究。

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，其構造多呈構架型，也就是說，鐵塔結構是由很多個構件以螺栓或焊接的方式連接到一起的。若對其實際結構模型進行可靠度分析，則需要對每個構件的可靠度進行分析，這將是一個極其復雜的計算過程。為了簡化計算過程，我們可以將鐵塔結構模型簡化為整體，即僅僅考慮能夠對結構產生破壞的構件進行分析。也就是可能會產生失效且對結構可靠性影響較大的構件，是分析可靠度的關鍵。

一般在對輸電線路鐵塔結構動荷載工況進行分析時，多數只考慮其正常運行、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失效情況，可忽略不計。為此，其結構可靠度的計算可重點考慮塔身結構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的確定

按可靠度理論，桿塔結構體系的可靠度取決于結構各構件的可靠度，通過對各構件的可靠度分析可研究鐵塔的可靠度。根據工程實際，500kV輸電鐵塔結構在實際使用時對相鄰的幾個節點之間的主材采用統一的規格，可以認為失效模式是一樣的。由于構件在實際使用中的限制，統材后主材構件的長度一般在10-12m。500kV輸電鐵塔的高度一般在30-60m，主材分段數在4-8之間，由前面的簡化模型可知，塔頭部分已經被簡化，因此正常運行情況下的荷載控制的主材段數為3-5。每一主材段認為是同一失效模式，所以500kV輸電鐵塔結構體系是具有3-5個主要失效模式數的串連結構體系。

2.2 500kV輸電鐵塔實際可靠度計算

結語

綜上所述，在當前的輸電線路鐵塔設計中，必須要充分考慮到其基建、接地防雷和防冰等多方面的設計，這是保證其結構可靠性的關鍵。另外，在設計的過程中，必須要建立一定的計算模型，對其結構進行可靠度計算，以確定設計可靠性與實際可靠性的差距，并采取對應措施，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用現狀及優化措施[J].廣東輸電與變電技術，2010（01）.

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