输电线路杆塔结构优化设计的探讨

郑存波

（温州电力设计有限公司，浙江 温州 325000）

1 输电线路杆塔的概述

输电线路杆塔是在架空输电线路中用来支撑输电线路的支撑物。输电线路杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要支撑结构。输电线路杆塔按使用材料分为钢筋混凝土杆、角钢塔、钢管杆、钢管塔。其中高压输电线路杆塔中最常见的是角钢塔，其优点是坚固、可靠，使用期限长；缺点是钢材消耗大、造价高、施工工艺较复杂。输电线路杆塔上还包括绝缘子串、架空地线、跳线绝缘子串。[1]

2 输电线路杆塔结构优化的设计

2.1 输电线路杆塔结构优化的方法

输电线路杆塔结构优化的方法采用的是动态规划优化法，追求型式美、重量轻、加工时运输方便。动态规划优化法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应一个值，我们希望找到具有最优值的解，适合用于输电线路杆塔结构优化的设计。设计者可以从物理的概念着手，以美感、重量最轻为目的，结合相关的点算程序，用动态规划优化法对输电线路杆塔结构进行优化设计。尽量减少迎风的面积和降低塔头的高度是优化输电线路杆塔结构的重要措施。

2.2 输电线路杆塔塔头形式的选择

（1）常见的输电线路杆塔直线塔的塔头主要有干字形的和羊字形的，根据直线塔塔头的满应力计算得出，羊字形塔头在重量上是最轻的，因此，我们选择羊字形塔头。（2）输电线路杆塔还有转角塔，转角塔的计算受力比较大，塔头一般是干字形的，理由是为了增强输电线路杆塔的刚度。

2.3 输电线路杆塔塔身变坡层数的选择

（1）直线塔选择两变坡塔身，在最下面的一层的横的平面处就是变坡。（2）转角塔我们分析了在相同的负载情况下两变坡和三变坡的重量计算。结果为：

塔身不同变坡重量的比较表

塔型 A B C塔高(m) 24 24 24重量（kg） 33166.1 33436.4 32756.4主材规格L160×12H 2L160×16H 2L200×16H L160×12H L200×24H 2L200×16H L180×14H 2L160×16H 2L200×16H

通过塔身不同变坡重量的比较表可以看出来，C方案为三变坡，一变坡在220kV的导线横担处，经过同样的荷载计算得知，三个方案的塔高都是24m，但是A方案的重量比B方案的重量轻，C方案的重量比A方案的重量轻，因此采用C方案，减小了塔头的身部宽度，降低了塔身的塔重。

2.4 输电线路杆塔塔身尺寸的选择

（1）输电线路杆塔直线塔身尺寸水平档距400m，垂直档距560m，假设直线塔的塔根开不变，横担的长度也不变，求输电线路杆塔直线塔顶和塔头的下口处的宽度的最佳的尺寸。根据我国2011年设计的最佳坡度范围，设置了9个直线塔塔头的下口处的宽度分别为：4700mm、4000mm、3600mm、3200mm、2800mm、2600mm、2400mm、2200mm、2000mm，求出最小重量的直线塔塔头的下口处的宽度，其中塔头的高度为28m。根据相关的计算可以显示出当塔头的上部宽度为1100mm，下部宽为2800mm，30m的塔跟开7700mm的时候铁塔是最轻的。因此我们可以得出直线塔顶的最佳的尺寸上口宽为1100mm，塔头的下口处的宽度为2800mm，30m铁塔跟开7700mm。（2）转角塔的最优尺寸的计算主要是假设塔顶的上口宽变化，而中间的变坡、下口处和铁塔的跟开都保持不变、横担的长度也保持不变。根据相关的计算我们可以得出最佳尺寸：塔顶的上口宽为2200mm，中间宽为2800mm，塔头的下口宽为4200mm，铁塔跟开为9000mm。[2]

2.5 输电线路杆塔塔身断面型式

输电线路杆塔的直线塔塔身主要有两种断面形式，一种是矩形塔称为扁塔，还有一种为正方形塔称为方塔。扁塔的重量比方塔轻，但是抗纵向负载能力比方塔差且使用也没有方塔灵活。方塔的抗纵向负载能力和使用的灵活程度相当扁塔好，方形塔的断面塔头在顺线路的方向上还是有着比较强的刚度，断线的冲击以及串级倒塔的能力也相当扁塔强，虽然塔身比较重，但是综合考虑，采用正方形的输电线路杆塔塔身断面型式是最优的结构。

2.6 输电线路杆塔传力线路优化

（1）输电线路杆塔直线塔的传力线路优化主要是在塔身的上面位置布置K型的结果斜材，不仅能够防止输电线路杆塔的下部分的塔身斜材同时受压，还能够大大地减轻输电线路杆塔的重量。（2）输电线路杆塔的转角塔的传力线路优化主要是在塔身的上面位置布置K型的结果斜材，不仅能够防止输电线路杆塔的下部分的塔身斜材同时受压。还能够大大地减轻输电线路杆塔的重量，需要注意的是K型斜材的布置应当在110kV的横担处，因为此时的输电线路杆塔的重量是最轻的。

2.7 输电线路杆塔主材布置及节间优化

（1）调整输电线路杆塔主材的计算长度。输电线路杆塔的构件长度、构件的承载力、输电线路的截面积都与主材有关。当强度控制着输电线路杆塔的构件规格的时候，输电线路杆塔的构件应选取的规格要与其所承担的内力和构件的计算长度相关。当输电线路杆塔的构件所承担的内力保持不变的时候，输电线路杆塔的构件的长度越长，规格就越大。（2）调整输电线路杆塔塔身交叉斜材。减少斜材的规格主要是让输电线路杆塔塔身交叉斜材是不同时受到压力的控制。输电线路杆塔塔身交叉斜材比较常用的有：正K式的交叉斜材、交叉式交叉斜材、倒K式交叉斜材等。

[1]谭卓敏.大负荷直流输电线路杆塔的选择与结构优化[J].2012，（1）．

[2]周锋.输电线路杆塔接地装置对人身安全性影响评估及防护措施研究[J].2012，（8）．