输电线路铁塔的选型设计与结构优化研究牟林

输电线路铁塔的选型设计与结构优化研究牟林

牟林

（中国电力工程顾问集团新能源有限公司西安分公司陕西西安710032）

摘要：经济建设的发展，用电需求越来越高，加之输电线路电压等级日益提高，线路的局限性增加，我国输电线路铁塔朝着多回路、高等级的方向发展。传统的铁塔越来越无法适应发展需求，合理选择输电线路铁塔选型和优化结构成为现代电网建设不可缺少的内容。本文就输电线路铁塔的选型设计与结构优化进行研究。

关键词：输电线路；铁塔选型设计；结构优化

引言

当前电网建设呈现出长距离、大规模、高等级的特点，由于电网建设受经济发展和地理环境的影响，所以输电线路铁塔的选型设计与结构优化的作用越来越突出。输电线路杆塔形式全面、多样，而且设计精度很高，没有固定模式的局限，完全根据线路电气及路径条件的限制要求来针对具体工程优化杆塔，这样就使得杆塔外观简洁、结构轻巧，既节省杆塔材料又能很好的适应地形，减少了对生态环境的破坏。

1输电线路杆塔

输电线路杆塔是用来支撑和架空导线、避雷线和其他附件的塔架结构，该结构使导线与导线、导线与杆塔、导线与避雷线、导线对地面或交叉跨域物保持规定的安全距离的一种高耸式结构

2输电线路铁塔的选型设计

铁塔是由型钢组成用螺栓连接或焊接连接起来的空间桁架。铁塔有自立式铁塔、拉线铁塔。自立式铁塔主要有酒杯型塔、猫头型塔、上字型塔等。拉线塔有上字型塔、门型塔、V型塔、内拉门塔等。铁塔可分段运输，在交通不便和地形复杂的山区可方便运输。但是铁塔的钢材消耗量大、施工工艺复杂、维护工作量大。新形势造成输电线路所承受的荷载不断增加，而且安全性的影响不断增大，所以铁塔结构更加适合如今的输电线路建设，推动了输电线路铁塔行业的快速发展，同时也为铁塔的设计带来了新的挑战。

单回路线路中，导线的水平排列与三角形排列方式对，杆塔两侧的垂直荷载相互平衡，所以塔身的弯曲变形不明显。如果导线发生步均覆冰，这样不容易发生线间闪络事故，适合覆冰厚度较高的中、重冰区线路。导线水平排列通常架设双地线，从而具有较好的防雷性能。所以，水平排列的形式适用于多雷地区。同时该排列方式带电检修方便、维护工作量小。但是排列杆塔占用线路走廊宽，且小截面导线的线路中耗钢量大。因此，除过重冰区、多雷区、特高压输电线路外，建议适用导线呈三角形排列的铁塔。这样可有效降低线路工程投资成本。

双回路线路中六角型排列方式上横担短，相应的避雷线架设可以低一些，可以节省钢材耗量。但是中横担比较长，施工架设上导线时要绕过中导线横担，影响架设线路施工。倒伞形排列的铁塔对中层横担导线的防雷保护性能良好，架设施工与六角型排列方式铁塔对比较为方便，但是上导线横担较长，为了满足防雷保护角要求，避雷线支架相对较高大，在一定程度上增加了钢材耗量。蝴蝶型排列的铁塔在导线悬挂点与其他双回线路铁塔相同情况下，塔高较低，可以减少投资成本，是当前线路大跨越处常用的铁塔形式。但是该形式架设难度大，且线路走廊较宽。

总之，输电线路铁塔的选型应依据建设线路的具体情况进行选择设计，主要参考导线、避雷线规格、路径、所经地区气候条件，尤其是线路是否经过重冰区或多雷区等进行重点评价。同时还应考虑地形、地貌或者微地形区域，并综合地质情况、运输环境、施工条件、运行维护等因素综合考虑。对于较长的输电线路应结合各个杆塔型式特点，分区、分段、分情况选择最合适的铁塔形式。

3输电线路铁塔结构优化

3.1绝缘子的优化

目前，我国输电线路常用的绝缘子包括针式绝缘子、悬式绝缘子、横担绝缘子、棒形绝缘子和复合绝缘子等。针式绝缘子是将架空线用金属线绑扎在其上部槽中，其结构简单，造价低，但是其耐雷水平低容易发生闪络。故通常应用于35kv以下或受荷载较小的低压架空线路中。悬式绝缘子制作材料多为陶瓷或钢化玻璃，具有较好的接卸强度和电气性能、耐热性，且组装灵活。同时外悬式绝缘子适用周期长，伞型多样化，对不同区域不同气候的适应能力较强，适用于个点呀等级的输电线路。但是长期受各种环境的腐蚀后，其结构性能会逐渐劣化，劣化的绝缘片遭受雷击或污闪闪络时，可能会发生绝缘子串断裂。

横担绝缘子同时起到杆塔横担和绝缘子两种作用，它绝缘水平高，节省了杆塔金属横担材料，并且可以充分利用塔高节省大量钢材、安装方便。但是其机械强度低，易发生断裂，故通常应用于lOkV-35kV线路中。棒形绝缘子是一个瓷制的整体结构，其结构形式类似于将若干个悬式绝缘子组成的悬垂绝缘子串，但是较之前者其重量轻长度短、节省钢材还可以降低杆塔高度。棒形绝缘子的缺点是其制造工艺复杂，价钱高，且在运行中容易由于震动而发生破坏。

3.2绝缘子形式的优化

目前瓷绝缘子数量略占优势，而复合绝缘子和玻璃绝缘子所占比例正在逐渐上升。尤其是高压、特高压线路中，玻璃绝缘子使用比例较大。而复合绝缘子在500kV及以上电压等级的输电线路中使用比例较耐。为了提高绝缘子的闪络电压，应增大输电线路的绝缘水平、增加绝缘子爬电距离。

3.3防雷保护优化

所有铁塔型式均按照双避雷线设计。地线对边导线的保护角对于单回路不大于15度、双回路不大于10度。所有双回路铁塔采用不平衡绝缘方式进行设计。

3.4塔头间隙及尺寸优化

铁塔头部的尺寸大小是决定铁塔电气安全性的重要因素，同时也决定塔头部分所消耗的钢材大小。故合理的塔头尺寸可在满足电气要求的前提下有效节省铁塔钢材消耗量，使得输电线路的技术先进、经济合理。

4结语

输电线路铁塔的选型设计过程较为复杂，即使结构优化可以最大化满足需求，但是因为材料强度、角钢规格等原因，铁塔的设计也不能使每个杆件达到满应力状态下的完美铁塔。对于铁塔选型设计在满足预定限制条件的基础下，寻求某些关键性指标达到最优。而对于结构优化，即使在各种外力作用下，确保其强度和变形的条件，尽可能使输电铁塔具有最小的尺寸和最低的材料消耗，在保证其安全工作的前提下节约资源。但是这些要求往往是互相矛盾的，因此处理好这些矛盾，尽量使矛盾保持在一个最具性价比的临界点即可。

参考文献

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