输电线路杆塔结构优化设计分析

输电线路杆塔结构优化设计分析

马燕

国网山西送变电工程有限公司 山西省 太原市 030006

摘要：随着社会经济的不断发展与进步，我国的电力系统也得到了完善，但是在实际的操作过程中，仍然存在一些需要解决的问题。电力运输网络的核心内容就是架空高压输电，它在整个工程中具有重要的作用，不可忽视，然而输电线路杆塔结构是架空高压输电中的重要施工环节，本文主要对目前架空输电线路设计现状及问题进行分析和叙述，后提出相应的可优化策略。

关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计

1 引言
　　目前，在我国现代经济社会发展中，电力系统在实际运行和设计中基础的条件都出现了变化。我国的基础保障性设施其一就是电力供应，在电力供应系统中架空输电线路是一项十分重要的项目。进行架空输电线路铁塔设计过程中，不但要确保铁塔的结构能够稳定和安全外，同时还要全面的考虑设计方面的经济效益。为此，要想将架空输电线路运行能够确保稳定和安全性，就需要针对铁塔结构和基础设计采取优化。

2 输电线路杆塔的概述

在电网系统中，输电线路分为架空输电线路和电缆线路，其中杆塔是用来支撑监控输电线路的主要设备，其主要是通过将输电线路的导线和地线进行支撑，确保输电线路与地面保持安全的距离，从而避免线路降低线路受到环境影响出现故障的几率，保障输电线路能够在气候比较恶劣的环境下，依然能够正常输送电能，使人们能够正常用电，因此在电网系统中，杆塔具有重要的作用，其能够进一步保证电网系统安全稳定的运行。一般输电线路杆塔主要是利用钢材、刚劲混凝土等材料制作而成，主要是为了确保杆塔有足够的强度支撑输电线路。如今比较常见的高压输电线路杆塔结构为角钢塔，其具有安全性、稳固性、寿命长等优势，但其还存在成本高、施工难度大等问题。

3 架空输电线路设计中所面临的问题

3.1塔钢结构的选择

在对架空输电线路结构选择及分析中，需要充分考虑到输电线路设计中的经济效益，对于拉线塔而言，其作为国内具有经济、结构的工程技术形式，被很多区域所使用。但是，对于山区而言，主要采用了自力式的铁塔代替。通常状况下，拉线塔的形式相对多样，其具体形式分为以下几种 ：第一，绝缘支持式杆塔，这种结构形式投入成本相对较大，制造的难度也相对较高，所以，在现阶段输电线路杆塔结构设计中，使用的范围相对较小 ；第二，拉线——拉索杆塔，这种结构设计中最大的优点是可以保证线路的紧缩、缩小线路传输的距离，这种结构形式最早运用在美国等国家，但是，同样存在一定的缺点，主要是杆塔的占地面积相对较宽 ；第三，拉V 塔，这种技术形式主要广泛的运用在高压线路之中，但是，由于机械强度相对较高，会对故障造成严重的影响。

3.2杆塔的强度问题

杆塔强度通常会受到杆塔制造材料、受力形式的影响，在输电线路持续、稳定以及正常使用的过程中，需要充分保证输电线路的持续性及稳定性，满足用户的供电需求，而且，在该种结构强度分析中，需要满足用户的供电需求。一般状况下，我国的输电线路通常会采用环形截面混凝，通过对施工质量的提升，节约用料，并提高混凝土的整体强度，通过对杆塔强度的分析，需要充分保证钢筋混凝土的处理，为杆塔稳定性以及使用寿命的提升提供保证。

3 输电线路杆塔结构优化设计分析

3.1优化架空输电线路杆塔基础的设计方法

对于架空输电线路的塔杆优化而言，对于电网设计人员以及技术人员具有明确要求，需要明确架空输电线路杆塔建设的特殊性。并且在进行建设的前期就施工现场进行调查，了解施工现场的水文地质条件等因素，明确哪些因素可能对杆塔基础建设造成影响来进行设计。传统的设计方法具有一定局限性，不能很好适应电网建设的多样性，因此可以在传统设计方法的基础上进行优化，引入分享系数设计方法，在应用中增强架空输电线路建设合理性。同时设计人员在考虑自然环境以及地质条件对架空输电线路杆塔施工的影响的时候，在优化设计方法的前提下，对杆塔结构、原材料选用以及强度计算等方面进行全面提升优化。在改进和优化的基础上考虑经济效益，促进企业经济效益最大化的实现。

3.2输电线路杆塔头结构的优化选择

最常见的塔头形式包括两种：干字形和羊字形塔头。羊字形杆塔结构合理，塔头质量较轻，在使用中的支撑能力相对容易。因此，对于地形地势较为平缓的施工区域，工作人员多选择羊字形的塔头。这种塔头可以满足施工和后期使用的需要，且运输方便，经济效益高。而干字形塔头的质量则相对要重一些，结构强度较羊字形塔头大，承重能力也较羊字型塔头强。目前仅有两种塔头结构，不能满足我国电网假设的需求。输电线路设计人员应该与制造单位紧密合作，设计出新型的更为科学合理的塔头。

3.3铁塔塔身坡度优化

对有相同斜材形式的铁塔身部而言，能够对其主材和斜材产生直接作用的是塔身坡度的变化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口宽度和塔脚根开这三个独立的变量确定的，即为（塔脚根开－塔身瓶口宽度）/塔身高度。当塔头形式和呼高确定后，塔身就是一定值，这时塔身坡度就由塔身瓶口宽度和塔脚根开来确定。塔脚根开与塔身瓶口宽度的差值越大，塔身坡度越大；塔脚根开与瓶口宽度的差值越小，相应的塔身坡度越小。在塔身变坡处宽度一定的情况下，塔身坡度的优化实际上就是铁塔根开的优化，铁塔根开的大小会控制塔身主材，进而影响整基塔的重量，同时还会对基础作用力的大小产生较大的影响。塔身坡度越小，铁塔斜材越短。同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大，根据计算，铁塔主材一般要占整个塔重的40%左右，主材的大小对塔重的影响最大，因此，坡度越小塔重反而会增加。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材规格将会急剧增加，斜材基本受长细比控制，很明显，也是不经济合理的。

3.4设计计算软件

设计计算软件的应用也是必然的趋势，这是科技时代背景下的新手段，具有一定的先进性，人们能够利用先进的设计计算软件，进行更为精准的计算，尽量避免一些误差的产生。而且就目前而言，我国大多业内采用的设计计算软件是比较陈旧的，一些新的研究成果并没有纳入其中。因此，这就要求有关研究人员能够不断地优化设计计算软件，加快数字化电网的设计与构建，为电网的建设贡献出更大的力量，以提高整体结构设计优化效果，使得设计更为合理、可靠。

4 结语

总的来说，架空输电线路杆塔结构非常重要，在设计过程中需要根据实际情况进行设计，这样才能够保证具有较好的经济收益，并能够保证输电线路的稳定运行。相对于电缆线路来说，架空输电线路的建设成本低，缺陷、故障更容易查找，而且在维修过程中更加简单、方便，这也是当前使用架空输电线路的原因。设计人员在设计杆塔的过程中一定要注意设计内容的合理性，不能够马虎操作，那样不仅会影响环境，更会影响人们的人身安全。

参考文献

[1]曲以楠.输电线路杆塔结构优化设计分析[J].中国新技术新产品，2018（24）：116-117.

[2]张斌.输电线路杆塔塔身结构设计优化研究[J].电气传动自动化，2018，40（4）：25-27.

[3]杨德明.输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J].山东工业技术，2018（12）：180.

[4]赵丰帆，徐升.输电线路在电力工程施工中的质量控制要点[J].价值工程，2018，37(10):11-13.