架空输电线路铁塔结构设计可靠度研究

架空输电线路铁塔结构设计可靠度研究

彭韶男

（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：随着电网建设的快速发展，电力安全备受重视。电能的耗费于需求量成正比，随着用电负荷的不断提升，对架空输电线路的输送容量和导线截面质量也不断提高。输电线路铁塔作为最重要的基础设施之一，承载着整体输电网络的负荷，其基础结构直接影响输电线路的安装正常运行。本文研究架空输电线路铁塔结构设计，并举例分析其设计的可靠性。

关键词：架空输电线路；铁塔；结构设计；可靠度

引言

铁塔结构是输电线路传输过程中的重要组成部分，其结构的稳定性直接影响输电线路的经济性、可靠性、连续性，也会对我们的正常生活造成影响。为了确保输电线路的安全、稳定运行，并为用户提供满意的电力服务，需要重视输电线路铁塔结构设计可靠度的研究。

1输电线路铁塔概述

输电线路铁塔也称电力铁塔，是一个立体的构筑物，可支持架空的输电线路、避雷线。在铁塔结构实际设计过程中，档距和塔的尺寸都有一定的标准和规范，导线和建筑物、地面、铁路、公路以及其他架空输电线路，导线与导线、导线与避雷线之间必须保持一定的最小安全距离。

一般电路铁塔主要包括塔头、塔身、塔腿三个部分。铁塔按照形状分为上字塔、猫头塔、门型塔、羊角塔等；按照用途可以分为耐张塔、转角塔、直线塔、终端塔等。以上所有塔形都具有共同的结构特点，均是空间桁架结构，由组合角钢或等边角钢组成的杆件间用粗制螺栓进行连接，主要靠的是螺栓的受剪力支持。

2输电线路铁塔结构设计

2.1塔身布材格局的设计

塔身的坡度设计，对塔身主材、斜材的规格和基础作用力的大小有直接的影响。我们应选择科学、合理的角度，确保塔材均匀分布。因此，应通过测算的方法，计算出在确保铁塔强度和刚度的条件下的最优坡度。

2.2塔身坡度的设计

铁塔的重量与塔身的坡度有直接的影响关系，其选才的规格、斜材的长度也会有影响。为了使塔身的坡度科学合理，可选取试算法或者动态规划法，这样有助于主材的受力充分且相对均匀，确保铁塔的刚度有所充足，也是目前满应力的主旨所在。

2.3局部结构中细部的设计

在主材和斜材的连接点可以使连接板的大小减小，对塔重的优化具有不可替代的作用。在横担根部的连接方式中，通常采用倒K材进行布置，这样不断可以降低杆件的长度，而且可以有效避免横担主材连接板产生的弯曲所引发的事故。

2.4拉线V型塔设计

在拉线V型塔塔头中主要有线支架和导线横担两部分，以上两部分占据了整个结构重量的40%，地线支架仅占4%。因此，在设计过程中应以导线横杆作为最主要的部分。横担杆件内力最为重要的影响因素是横担本身的杆件结构形式，在设计过程中必须重视对中横担的立面高度和主材节间的选择。同时在设计过程中也可以将以上影响因素作为设计的变量，依据设计的要求对以上变量进行适当的调整和优化，以实现最佳的设计既定目标。

2.5铁塔与基础同时设计

该设计方式中要依铁塔建设中适用的钢材数量最小为基本的设计目标。所以，在设计过程中应该先计算出塔身的最好波度，以提高铁塔的经济性。同时在设计时应结合基础设计，通常将塔件的倾斜程度控制在主材开合脚允许的范围内，否则不仅不会促进塔杆的稳定性，而且还会严重影响到钢材的使用量。

2.6交叉跨越结构设计

设计跨越结构的杆塔时应使用固定线夹，跨越河流杆塔应选择蜗牛式耐张线夹。如输电线路和弱电线路产生交叉，则必须对交叉档弱电线路的铁塔采取防雷措施。此外，输电线路跨大于等于110kV的线路、铁路、高速公路及一级公路、车流人流非常多的繁华地段时，悬垂绝缘子串最好选用双联串或2个单联串。大于等于330kV的线路绝缘子串及金具必须考虑采取均压及防电晕措施。覆冰比较严重的地区最好增加绝缘子串长度或选择V串、八字串。风口及容易舞动的区域尤其应当增加金具及绝缘子串的机械强度。对于大跨越的导线，其截面通常按照发热条件计算。应根据导线可以达到的最高温度(80℃)测算最大弧垂。

3某500kV线路中铁塔选型设计可靠性研究

3.1铁塔基础施工区域内的地质情况

以某500kV输电线路工程沿线的地貌大多数崇山峻岭，很多地区的基岩呈裸露状态，受到了非常严重的风化影响。同时岩石大多数为花岗岩、砂页岩、凝灰岩等等。采用Y40以及Y40+2.5两种类型的岩石基础用于真型试验的测量点，Y40范围内大多是砂页岩结构，岩体受到了严重风化影响，同时表面具有50mm左右厚度的基土；Y40+2.5范围内主要是石炭系砂岩，表面具有受到风化的砂砾，呈现出浅灰色，属于间隙块状结构。

3.2铁塔基础尺寸以及承重载荷的设计

在明确了设计尺寸之后就可以进行铁塔基础的施工建设内容。完成了铁塔基础的施工建设后，需要对基础的情况进行测量。测量所使用的仪器设备主要有：静载仪、应变测量仪以及500t的油压千斤顶，得到的具体数据如表1所示。

表1不同上拔力情况下铁塔地基位移高度

通过以上数据的可知，在4200kN上拔力的情况下，Y40和Y40+2.5两个测试点的铁塔基础只是发生了很小的位移。所以，铁塔基础的设计尺寸可以较好的满足实际方面的需求。

4结语

在电力企业快速发展的今天，对铁塔的需求量不断增加。所以，无论设计、施工管理还是维护，必须以贯彻、牢记并落实安全生产的理念，做到相互促进，尤其是确保设计的可靠度，确保了输电线路的安全、经济、可靠运行。

参考文献

[1]Q／GDW179-2008110kV～750kV架空输电线路设计技术规定[S].

[2]朱鸿斌.输电线路铁塔结构设计优化探讨[J].中国高新技术企业，2017，(03)：139-140.

[3]韩一冬.架空输电线路铁塔结构与基础设计研究[J].科技与创新，2016，(11)：93-94.

[4]程华虎.60度角钢和三角形断面铁塔的力学特性及其工程应用研究[J].南昌大学,2015.

[5]兰长俊.架空输电线路铁塔结构与基础设计要点研究[J].低碳世界,2014,(7):56-57.