淺析高壓輸電線路鋼管桿結構的優化設計

孔祥盼　游華武

摘 要：高壓輸電線路建設當中，鋼管桿結構是主要的構架組成，鋼管桿結構與傳統的鐵塔結構相比，鋼管結構設計的穩定性較高，占地面積小，又具有較高的美觀性，但是在高壓輸電線路當中需要的鋼管材料數量較多，鋼管材料的造價較高。通過對鋼管結構的優化設計，提高鋼管結構的質量，促進鋼管結構優勢的發揮，為高壓輸電線路穩定運行提供保障。本文將對高壓輸電線路鋼管桿結構的優化設計展開分析。

關鍵詞：高壓輸電線路 鋼管桿結構 優化設計

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0050-02

在經濟發展過程中，對供電的需求不斷升高，對供電系統建設的要求與標準也是隨之加大的。我國高壓輸電線路建設規模較大，數量較多，因而高壓輸電線路結構建設的合理性非常重要，保證高壓輸電線路運行的質量，才能為我國供電系統的穩定運行奠定基礎。目前高壓輸電線路建設經過優化與改良，廣泛應用鋼管結構進行設計，鋼管結構具有美觀性、穩定、輕巧便捷等特點，但在進行設計和建設時還有很多的影響因素需要進行綜合的管理與控制。

1 高壓輸電線路鋼管結構的特點分析

1.1 穩定性較高

在高壓輸電線工程當中應用鋼管結構進行建設，可以提升高壓輸電線路整體運行的穩定性，本身鋼管結構的尺寸規格是比較小的，高壓輸電線路建設的地點都是比較空曠的地帶，經常會有高強度大風，高壓電線路結構就需要承受風荷載，而鋼管結構橫截面積比較小，在空間當中承受的風荷載也相應的比較小，這樣可以降低高壓輸電線路承受的壓力值，也就提高了高壓輸電線路結構的穩定性。同時，鋼管結構的強度較高，但是也具有很高的柔性，當遇到強風時，不會出現鋼管斷裂的現象，進一步增強了高壓輸電線路結構的穩定性。

1.2 占地小，具有美觀性

我國城市化建設進程較快，大部分的城市土地資源都被用于發展建設，很少有大面積的空閑土地資源，而傳統的高壓電線路結構是采取鐵塔形式建設的，需要占用的土地面積較大，而采用傳統結構建設的話，被占用土地也無法在建設其它的內容，不能重復利用，這樣對于現階段土地資源緊缺的狀況來說并不適用。而利用鋼管結構進行設計建設可以有效的解決這一問題，鋼管結構所需要占用的土地面積較小，可以節約土地資源。

1.3 施工便捷度較高

高壓輸電線路的鋼管結構是需要進行組裝，鋼管結構施工材料運輸非常方便，鋼管結構組裝操作也非常簡單，施工程序較少，施工的便捷度較高。并且高壓輸電線建設是在外界環境當中，會受強風、強雨的侵襲，為提高鋼管結構的強度需要采用高強度的鋼材，這樣一來造價會更高。鋼管結構不適用于多回路的高壓線路，也只是在城市或城郊地區的高壓電線路中進行應用。

2 鋼管結構參數設計的優化

2.1 鋼管材料優化設計

在進行鋼管結構設計時，鋼管材料的選擇，對整體結構質量有直接的影響，在選材時要保證鋼管材料建設完成后強度符合高壓電線路建設的要求，由于外界自然因素會對鋼管結構產生較大的影響，鋼管結構需要有足夠的強度才能保證結構的穩定性，對鋼管材料強度的計算要根據鋼管桿撓度進行，可以通過鋼管桿預彎或預偏實驗，計算鋼管材料的撓度，當撓度在標準范圍之內時，鋼管材料的強度其實就是很大的了，鋼管材料強度荷載就足以承受外界因素帶來的影響。保證鋼管材料的強度參數，是為了保證鋼管結構不會出現彎曲或變形的情況，提高高壓電線路穩定性和可靠性。

2.2 鋼管主干坡度優化設計

在鋼管結構當中，鋼管主干坡度和梢徑優化設計的作用是降低材料使用量，提高鋼管結構的美觀性。鋼管主干坡度與鋼管結構的荷載力有直接的關聯，而荷載力可以與鋼管的梢徑有關聯，因而對于鋼管主干坡度的優化可以通過控制梢徑來實現，鋼管的梢徑越小鋼管主干坡度越大，鋼管主干坡度越大需要消耗的鋼管材料就越多。因而鋼管的梢徑不能過小，要適當加大，將鋼管坡度降低，以達到節約材料的效果，同時可以優化鋼管外形。在進行主干坡度設計時要進行多種方式調節，通過觀察比較，選擇效果最佳的坡度設計方案。

2.3 桿身分段長度

在進行鋼管結構設計時，可以對鋼管桿身分成均等的長度，通過分段可以提高鋼管結構的整體性能，鋼管每一段的長度需要根據工程建設的基本情況進行選擇，鋼管長度不能超過運輸車輛裝箱的長度，如果設計鋼管選擇的型號是鋼管壁較厚的，那么就需要將分段的長度適當的減少，以滿足鋼管結構整體均衡性的需求，通常情況下鋼管總長度都是相同的，將鋼管分成均等長度的桿段可以大幅度提高鋼管利用的有效率，在提高鋼管結構性能的同時也可以節省材料，降低造價。

3 鋼管結構設計影響因素的優化控制

高壓輸電線路鋼管結構設計優化還要對相關的影響因素進行控制，高壓輸電線路的外界、內界影響因素具有多樣化的特點，需要進行全面的優化和控制，才能切實提高鋼管結構設計方案可行性，促進高壓輸電線路運行的安全性與可靠性提升，下面對鋼管結構影響因素的優化設計進行具體分析。

3.1 氣候環境的優化設計

在進行鋼管設計時，要對建設區域的氣候環境特點進行調查，掌握氣候變化的基本過濾，然后根據高壓電線路電壓范圍對鋼管結構之間的跨越度進行控制，以延長高壓電線路鋼管結構使用壽命，降低鋼管結構的損耗，避免鋼管結構受惡劣天氣影響而出現較大的損耗，影響高壓線路的穩定運行。同時也是為了降低后期使用的維修成本，促進其經濟效益提升。

3.2 區分桿塔的類型

在高壓線路鋼管結構設計時，有耐張桿和直線桿兩種，在設計時要將兩種類型進行分隔，一方面降低高壓導地線對直線桿的拉力，如果拉力過大很容易造成直線桿故障或損壞。同時要對塔桿使用角度進行嚴格的控制，在建設的過程中要按照設計角度進行施工，保證角度的合理性，角度值對鋼管結構整體的荷載能力影響較大，要保證各個鋼管結構之間保持相對穩定、平衡的狀態，提高荷載能力。

3.3 桿頭與呼稱高

在鋼管桿結構設計中，首先應將電氣的間隙要求考慮其中，然后再在這一條件下控制線路走廊的寬度及優化桿頭與橫擔的長度，同時還應將城區10kV線路與樹木、路燈的交叉跨越高度考慮其中。在實際設計中，桿頭與呼稱高度的優化目標應選為桿塔重量最輕，同時適當考慮到根徑的尺寸。一般來講，對單或雙回路桿塔而言，應將其呼稱高極差控制在3m，而多回路桿塔則應控制在2m。

3.4 鋼管結構桿塔結構形式

對于高壓電線路的鋼管結構，桿塔的結構形式主要有兩種：一種是單桿結構，另一種是雙桿結構，在設計時要根據高壓電線工程整體的結構特點而進行優選，普通的正多邊形結構采用單桿結構形式即可，而如果是轉角、回路等結構參數值較大的情況下，選擇應用雙桿結構比較穩妥，通過合理的設計，降低桿塔的重量，保證荷載能力充足。在進行桿塔結構優化時，要注意設計時精準計算水平導地線與雙桿投影交叉角度的大小，對張力、回路等因素進行科學的計算與控制。

4 結語

對于高壓輸電線路鋼管結構的優化設計，涉及的優化內容比較紛雜，鋼管材料的選材優化、鋼管的各項性能參數的優化以及影響因素的優化設計，這些內容都對鋼管結構整體建設的效果有影響，高壓輸電線負責電力傳輸，本身對自身結構安全與穩定的性能有很高的要求，鋼管結構設計優化質量非常關鍵，只有高效的優化設計才能大幅度提升高壓輸電線路運行的穩定。

參考文獻

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