关于输电线路的铁塔结构设计论述

2015-07-17方明辉云南水利水电建设工程技术开发有限公司昆明650051

山东工业技术 2015年8期

关键词：铁塔杆塔导线

方明辉(云南水利水电建设工程技术开发有限公司,昆明 650051)

关于输电线路的铁塔结构设计论述

方明辉
(云南水利水电建设工程技术开发有限公司,昆明 650051)

作为电力输送的关键环节，良好的铁塔结构设计对于保障电力系统运行的稳定性具有重要作用。本文首先介绍了输电线路铁塔结构的设计要点，然后具体探讨了输电线路铁塔结构优化设计措施，以期为相关技术与设计人员提供参考。

输电线路；铁塔；结构设计

输电线路铁塔，是一种立体造型的、用于架空高压或超高压送电线路导线和避雷线的构筑物。依据线路回路数量、电压强度、避雷线及导线布设方式，可将铁塔分成不同类型。输电线路铁塔结构的稳定性，将直接影响着输电线路工作的可靠性和安全性。铁塔结构的设计，不仅要考虑地形及气候特点，还需要考虑电压等级、结构形式等因素。因此，加强有关输电线路铁塔结构的设计，对于改善输电线路运行质量具有重要的理论和现实意义。

1 输电线路铁塔结构设计要点

1.1 交叉跨越设计

在对输电线路铁塔结构进行设计时，跨越杆塔应选用固定线夹；跨越河流的杆塔则应选用蜗牛式耐张线夹，弱电线路与输电线路若存在交叉，则交叉挡弱电线路铁塔需采取相应防雷技术；当输电线路跨越一级公路、铁路或高于110kV的线路时，应选用双串联悬垂绝缘子串；对于大跨越导线，需依据发热条件选取截面类型，且应依照导线实际可承受最高温度对最大弧垂进行计量。

1.2 杆塔位优化排定

在排定杆塔位时，应依据架空输电线路设计标准级实际工程杆塔设置条件具体开展；在线路穿过经济林区或果园时，应避免砍伐通道，仅对部分垂直距离不符合标准的进行削顶、剪枝处理即可；若因地形限制或部分跨越树木零星分布，则可采取砍伐措施，若需要对防护通道进行处理，则应依照线路宽度加林区主要树木高度的2倍实施。

1.3 综合考虑及勘察沿线水文、地形条件

相关设计单位应联合地质勘探单位，对沿线进行钻孔获取水样及土质，并试验评定地质水文特征；或在现场实行静力触探，通过计算机统计地层耐力及相关参数；根据勘探数据，统计当地地貌单元，组合验算极端低温、最大风速、是否属于重冰区、历年平均雷暴日数、平均气温等气象资料，以便于输电线路铁塔结构优化设计[1]。

1.4 优选主力杆塔类型

对于丘陵、平原等施工及运输相对便利的区域，应尽量选用钢筋混凝土杆和拉线杆塔；对于山区，应结合地形特点和不等高基础，选用全方位长短腿结构类型；对于走廊过于狭窄区域，应选用导线垂直或三角形排列的杆塔，同时应考虑Y型、V型、L型绝缘子串，以尽可能降低线路走廊宽度。

2 输电线路铁塔结构优化设计措施

2.1 酒杯型杆塔优化设计

（1）当前，国内500kV以上的输电线路单回路自立式直线铁塔多选用猫头型铁塔和酒杯型铁塔，同时三相导线多使用悬垂串挂线。在同种设计条件下，相比酒杯型铁塔，猫头型铁塔线路走廊宽度及塔头尺寸均较小，线路走廊成本较低，可有效降低电能及电晕损失，但该种铁塔耐雷性能较差，单基耗钢量较大；而酒杯型铁塔导线采用水平布设方式，其铁塔整体高度较低，具有较高的整体刚度和较小的挠度变形，但其线间水平距离较大。（2）对于自立式铁塔，因塔头重量占到整体塔重量的2/5以上，塔头结构的优化可有效改善铁塔结构方式。在此过程中，控制悬垂绝缘子串摇摆角是优化酒杯型塔头尺寸的重要环节。实际设计时，可将立面设计成对称三角形拱形结构，将跨矢比调整到1/4~1/5范围内，保持与普通钢架屋一致，可有效提高其刚度；在起拱后，虽然会在一定程度上增大拱角推力，但因V型串挂点与拱角共点，两串拉力形成的水平力可保持指向横担中心，由此可减少部分拱角推力。采用此种拱形结构，不仅能增大中导线间隙距离，且能使中横担立面斜材转换为理论零杆，可大幅度降低耗钢量，提高企业收益[2]。

2.2 优化铁塔斜材的布置

斜材计算长度及主材传递到斜材力的大小是决定铁塔斜材的主要因素。而主材传递斜材力的大小，主要由斜材与主材的夹角α决定：当α较大时，斜材受力较小，则相应需求规格也较小；而当α较小时，斜材受力便会增大，相应需求规格则相对较大。根据相关模拟实验数据分析发现，当斜材与主材夹角α调整到60。时，斜材受力相对合理；若斜材长细比低于95时，相比Q235型的角钢，选用Q345型的角钢更能节省重量。

为有效控制塔身交叉斜材的同时受压问题，一般会将正K或倒K布设的斜材安置在塔身横隔面位置，但若选用单肢角钢对斜材进行连接，则会出现偏心受力问题。相关实证数据显示，采用双肢角钢进行连接，可有效消除偏心问题。

2.3 优化调整塔头及塔身坡度

铁塔通常包含塔身、塔腿及塔头三部分，地线及导线均在塔头部位布设。头部可选型式较多，其尺寸大小则主要由电气间隙和地线双边保护角决定。通常对同种布材类型的塔身，在口宽固定条件下，塔身坡度的差异会对斜材及主材规格大小产生重要影响。当坡度较低时，斜材计算长度也会较低，受力相对较小，由此斜材重量相对较轻，但相应的主材受力会较大，其规格及重量亦会增大。所以在实际设计中应根据具体条件验算选定一个恰当坡度，以控制主材及斜材受力，提高铁塔结构的经济性[3]。

2.4 优化配置路径及塔型

城市紧凑型多回路钢管杆走廊或钢管塔走廊，可充分满足输电线路电力输送标准，且钢管外型精美，安装方便，占地较少，并能适应于城市平坦地形、线路方便施工、走廊宽度窄等条件，所以应加强此类走廊方式的应用。输电线路主要包括风偏、塔头尺寸、安全距离三部分，而调控风偏及塔头尺寸是降低线路走廊宽度的主要方式。相关实证研究发现，选用固定挂点直线杆塔或固定跳线杆塔，可有效约束导线风偏及塔头尺寸。