高壓架空輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

呂勤甲

（國(guó)銳新電設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市的用電負(fù)荷也逐漸呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，伴隨而來(lái)電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模也有所增加。但是由于現(xiàn)今城市的土地資源日益短缺，城市高壓架空輸電線路走廊受到了土地面積上的限制，這就要求采用新的桿塔形式用以滿足架空輸電的需求。現(xiàn)今高壓架空輸電線路常用的桿塔主要有水泥桿、鋼管桿和角鋼塔等，其中水泥桿主要用于電壓等級(jí)比較低的配電線路，角鋼塔常用于遠(yuǎn)離城區(qū)、幅員遼闊的平原地區(qū)或山區(qū)，而城區(qū)用地緊張且高壓架空輸電線路一般沿道路架設(shè)，鋼管桿因其占地面積小的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于城區(qū)和近郊。

1 高壓架空輸電線路采用鋼管桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

高壓架空輸電線路鋼管桿的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼管桿具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度大的特點(diǎn)，使其風(fēng)承載形體系數(shù)較低，因此作用于鋼管桿結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載會(huì)比角鋼塔要小。此外，鋼管桿結(jié)構(gòu)還具有柔韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，這在一定程度上增加了鋼管桿結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)下的穩(wěn)定性以及安全性；二是占地面積小，傳統(tǒng)的鐵塔占地較大，不利于在綠化與走廊上鋪設(shè)，而鋼管桿具有桿徑小、無(wú)拉線等特點(diǎn)，使其實(shí)際占地面積有所減少，能夠滿足小空間設(shè)架的需要；三是運(yùn)輸安裝方便，鋼管桿結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)采用的是分段形式，通過法蘭連接或者插接，這給鋼管桿結(jié)構(gòu)的安裝與運(yùn)輸提供了較大的便利，在一定程度上提高了施工的效率，節(jié)約了更多的成本；四是美化市容，鋼管桿結(jié)構(gòu)的勻稱度較高且具有動(dòng)感，當(dāng)其涂上城市主色調(diào)時(shí)，具有一定美化城市的效果[1]。

2 高壓架空輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體方向

鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體方向，主要包括以下幾個(gè)方面：一是桿形設(shè)計(jì)，在選擇桿塔型式時(shí)，必須充分考慮輸電線路建設(shè)的實(shí)際需求、輸電電壓、運(yùn)輸及施工環(huán)境等多方面因素，兼顧桿塔應(yīng)用的技術(shù)難度和經(jīng)濟(jì)效益，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案的比較，做出因地制宜、科學(xué)合理的選擇，優(yōu)化的方向主要從外部環(huán)境協(xié)調(diào)性、先進(jìn)性等方面進(jìn)行考量。桿形還應(yīng)當(dāng)具有強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及空間占用小的特點(diǎn)；二是主桿坡度，主桿坡度對(duì)桿塔抵抗荷載能力具有直接影響，對(duì)于桿身坡度的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從承壓范圍上考量，科學(xué)的坡度還能夠有效節(jié)約材料；三是橫擔(dān)形式，鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重點(diǎn)在于橫擔(dān)形式，現(xiàn)今采用率較高的是變截面型式橫擔(dān)，這種方式能夠最大限度的節(jié)省材料、利用電氣間隙空間，還能夠增加桿型美觀度。但是在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)著重對(duì)局部抗壓進(jìn)行處理，用以促進(jìn)穩(wěn)定性的增強(qiáng)；四是桿身分段長(zhǎng)度，考慮到鋼管桿結(jié)構(gòu)中桿身壁厚不同桿段處于變化狀態(tài)，對(duì)此，對(duì)于桿段長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)盡可能控制在10m 左右[2]，若壁厚偏大，這時(shí)可以增加桿身直徑以減少壁厚。

3 高壓架空輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化措施

高壓架空輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考量：

1） 優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮到氣候條件，由于鋼管桿設(shè)計(jì)會(huì)受到環(huán)境因素的影響，在優(yōu)化鋼管桿結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)氣候條件進(jìn)行考量，并對(duì)當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，了解附近線路的運(yùn)行情況，以此作為氣候條件選擇的依據(jù)。一般而言，110kV 到330kV 的輸電線路重現(xiàn)期最大為三十年，500kV 到750kV 的輸電線重現(xiàn)期最大為五十年，且在實(shí)際的使用中應(yīng)當(dāng)避免選擇最大值；2） 桿塔類型的區(qū)分與選擇，在高壓架空輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)線路中的耐張桿和直線桿進(jìn)行合理區(qū)分，避免直線桿受到導(dǎo)地線的拉力限制，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)使用轉(zhuǎn)角度數(shù)進(jìn)行合理規(guī)劃，盡可能避免實(shí)際角度偏小的問題出現(xiàn)，這樣能夠有效降低桿塔實(shí)際的荷載；3） 使用檔距的優(yōu)化，在鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)各種導(dǎo)線和地線的張力進(jìn)行計(jì)算比較，選取適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)；在進(jìn)行鋼管桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，針對(duì)于桿頭高度的優(yōu)化，首先應(yīng)當(dāng)滿足電氣間隙的要求，盡可能的縮小線路走廊的寬度，并以此為依據(jù)對(duì)橫擔(dān)長(zhǎng)度以及桿頭高度進(jìn)行優(yōu)化。其次考慮到線路走廊兩側(cè)路燈、樹木以及城區(qū)10kV 線路等方面的要求，在優(yōu)化桿塔重量時(shí)應(yīng)當(dāng)以安全、輕便、經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)；4） 結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，一般桿塔多采用的是正多邊形的單桿設(shè)計(jì)，當(dāng)線路回路數(shù)較多、導(dǎo)地線張力過大以及轉(zhuǎn)角較大時(shí)，可以選擇雙桿的設(shè)計(jì)。通過合理布置導(dǎo)地線排列形式與塔頭尺寸間隙，滿足電氣距離和保證其張力的基礎(chǔ)上，選擇合適的桿身分段以及合理的壁厚；還有就是材料的選擇，高強(qiáng)鋼多適用于回路多、分裂數(shù)多的導(dǎo)地線以及大截面導(dǎo)地線的桿塔[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，現(xiàn)今電能對(duì)人們的影響力逐漸提高，為實(shí)現(xiàn)輸電損耗的降低，減少成本，提高供電的可靠性以及穩(wěn)定性，高壓架空輸電的方式已成為主流。但是隨著城市化進(jìn)程的加快，受到土地資源的限制，傳統(tǒng)的高壓輸電線路設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。