關于輸電線路的鐵塔結構設計論述

方明輝(云南水利水電建設工程技術開發有限公司,昆明 650051)

關于輸電線路的鐵塔結構設計論述

方明輝
(云南水利水電建設工程技術開發有限公司,昆明 650051)

作為電力輸送的關鍵環節，良好的鐵塔結構設計對于保障電力系統運行的穩定性具有重要作用。本文首先介紹了輸電線路鐵塔結構的設計要點，然后具體探討了輸電線路鐵塔結構優化設計措施，以期為相關技術與設計人員提供參考。

輸電線路；鐵塔；結構設計

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線和避雷線的構筑物。依據線路回路數量、電壓強度、避雷線及導線布設方式，可將鐵塔分成不同類型。輸電線路鐵塔結構的穩定性，將直接影響著輸電線路工作的可靠性和安全性。鐵塔結構的設計，不僅要考慮地形及氣候特點，還需要考慮電壓等級、結構形式等因素。因此，加強有關輸電線路鐵塔結構的設計，對于改善輸電線路運行質量具有重要的理論和現實意義。

1 輸電線路鐵塔結構設計要點

1.1 交叉跨越設計

在對輸電線路鐵塔結構進行設計時，跨越桿塔應選用固定線夾；跨越河流的桿塔則應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防雷技術；當輸電線路跨越一級公路、鐵路或高于110kV的線路時，應選用雙串聯懸垂絕緣子串；對于大跨越導線，需依據發熱條件選取截面類型，且應依照導線實際可承受最高溫度對最大弧垂進行計量。

1.2 桿塔位優化排定

在排定桿塔位時，應依據架空輸電線路設計標準級實際工程桿塔設置條件具體開展；在線路穿過經濟林區或果園時，應避免砍伐通道，僅對部分垂直距離不符合標準的進行削頂、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，若需要對防護通道進行處理，則應依照線路寬度加林區主要樹木高度的2倍實施。

1.3 綜合考慮及勘察沿線水文、地形條件

相關設計單位應聯合地質勘探單位，對沿線進行鉆孔獲取水樣及土質，并試驗評定地質水文特征；或在現場實行靜力觸探，通過計算機統計地層耐力及相關參數；根據勘探數據，統計當地地貌單元，組合驗算極端低溫、最大風速、是否屬于重冰區、歷年平均雷暴日數、平均氣溫等氣象資料，以便于輸電線路鐵塔結構優化設計[1]。

1.4 優選主力桿塔類型

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

2 輸電線路鐵塔結構優化設計措施

2.1 酒杯型桿塔優化設計

（1）當前，國內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，同時三相導線多使用懸垂串掛線。在同種設計條件下，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；而酒杯型鐵塔導線采用水平布設方式，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，塔頭結構的優化可有效改善鐵塔結構方式。在此過程中，控制懸垂絕緣子串搖擺角是優化酒杯型塔頭尺寸的重要環節。實際設計時，可將立面設計成對稱三角形拱形結構，將跨矢比調整到1/4~1/5范圍內，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中心，由此可減少部分拱角推力。采用此種拱形結構，不僅能增大中導線間隙距離，且能使中橫擔立面斜材轉換為理論零桿，可大幅度降低耗鋼量，提高企業收益[2]。

2.2 優化鐵塔斜材的布置

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α較大時，斜材受力較小，則相應需求規格也較小；而當α較小時，斜材受力便會增大，相應需求規格則相對較大。根據相關模擬實驗數據分析發現，當斜材與主材夾角α調整到60。時，斜材受力相對合理；若斜材長細比低于95時，相比Q235型的角鋼，選用Q345型的角鋼更能節省重量。

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行連接，則會出現偏心受力問題。相關實證數據顯示，采用雙肢角鋼進行連接，可有效消除偏心問題。

2.3 優化調整塔頭及塔身坡度

鐵塔通常包含塔身、塔腿及塔頭三部分，地線及導線均在塔頭部位布設。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格大小產生重要影響。當坡度較低時，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，但相應的主材受力會較大，其規格及重量亦會增大。所以在實際設計中應根據具體條件驗算選定一個恰當坡度，以控制主材及斜材受力，提高鐵塔結構的經濟性[3]。

2.4 優化配置路徑及塔型

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準，且鋼管外型精美，安裝方便，占地較少，并能適應于城市平坦地形、線路方便施工、走廊寬度窄等條件，所以應加強此類走廊方式的應用。輸電線路主要包括風偏、塔頭尺寸、安全距離三部分，而調控風偏及塔頭尺寸是降低線路走廊寬度的主要方式。相關實證研究發現，選用固定掛點直線桿塔或固定跳線桿塔，可有效約束導線風偏及塔頭尺寸。

3 結束語

輸電線路鐵塔結構設計質量將直接關系著輸電線路的運行質量及經濟效益，因此，相關技術與研究人員應加強有關輸電線路鐵塔結構設計研究，總結鐵塔結構設計要點及關鍵優化設計措施，以逐步提升鐵塔結構設計水平。

[1]蘭長俊.架空輸電線路鐵塔結構與基礎設計要點研究[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構設計可靠度研究[J].電力建設,2010(11):18-23.

[3]楊常青.我國輸電線路鐵塔結構設計可靠度研究[J].中國新技術新產品,2014(21):54.

方明輝（1986-），男，湖北孝感人，本科.