架空输电线路铁塔结构设计优化探析

陈明亮

摘 要：随着我国经济水平的不断提高，对电力的需求量越来越大，用电负荷也在不断的提升，架空输电线路在运行中所对应的输送容量以及导线截面持续增大。与此同时，城市地区的架空输电电路走廊越来越复杂，对输电线路铁塔的要求也越来越高，这就需要结合输电铁塔的实际情况进行结构的优化设计，进而提高铁塔整体的稳定性，保障人们的用电需求。本文对架空输电线路铁塔塔型设计和结构设计进行了比较深入的分析研究，在此基础上，进行了架空输电线路铁塔结构的设计优化，对从事架空输电线路铁塔设计工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

关键词：架空输电线路；铁塔结构；设计优化

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2017）08-0167-02

Abstract：with the increasing levels of China's economy， great demands for power， are also constantly upgrading the electricity load， overhead transmission lines corresponding to the operation of the transmission capacity and the wire section continues to increase. At the same time， the circuit overhead transmission corridor City area more and more complex， the transmission towers are increasingly high requirements， which need to be combined with the actual situation of the optimization design of transmission tower structure， and improve the stability of the whole tower， to protect the people's demand for electricity. This paper studies deeply on the overhead transmission line tower type design and structure design， on this basis， the design optimization of transmission line tower structure， which has a certain reference for the technical personnel engaged in the work of the design of overhead transmission line tower.

Key Words：overhead transmission line； tower structure； design optimization

電力系统在我国的社会经济发展中起着举足轻重的作用，为人们的日常生活和工作提供了充足的能源。作为电力供应的基础保障性设施，架空输电线路在电力供应系统中发挥着十分重要的实际意义。在实际的铁塔结构设计过程中，要对铁塔整体结构的安全、稳定进行系统全面的考虑，进而确保铁塔能够进行正常的工作，此外，还需要对铁塔的经济效益进行全面的分析，在确保铁塔安全的前提下，尽量减少铁塔的造价，进而提高铁塔整体的经济效益。因此，为提高架空输电线路运行安全性和稳定性，做好对铁塔结构与基础的设计、优化工作有着非常重要的意义与价值。

1架空输电线路铁塔塔型设计

在对架空输电线路铁塔进行内力分析时，可以将铁塔杆系节点看作成铰接点，进而进行有效的内力分析。由于架空输电线路铁塔的工作环境一般较为复杂，为了确保铁塔能够顺利的进行有效的工作，要对铁塔的塔型进行技术经济分析，优选最适宜的塔型。架空输电线路铁塔塔型的选择要充分考虑输电线的导线型号、铁塔的工作环境以及线路的敷设路径等因素，根据铁塔所承受的机械外负荷条件进行塔型的计算和设计工作，进而确保铁塔结构的刚度、强度、稳定性等满足实际工作的要求。此外，铁塔塔型的选择还要对铁塔的施工条件、施工技术以及维修的便捷性等影响因素进行充分的考虑。

根据铁塔底部宽度的不同，可以将架空输电线路的铁塔分为：窄基铁塔和宽基铁塔两种类型。其中，窄基铁塔的底部宽度与塔体的高度之比介于1/14～1/12之间，而宽基铁塔的底部宽度相对较大，其比值介于1/6～1/4之间。窄基铁塔的底部宽度相对较小，在同样的塔高条件下，其主材所承受的各种作用力相对较大，为了确保塔体的安全性，对主材的要求相对较高，该种类型的铁塔设计主要用于档距较小的铁塔之中，其挡距要小于100m；而宽基铁塔其底部宽度较大，能够将铁塔的作用力进行有效的分解，其主材所受到的作用力相对较小，该种类型的铁塔设计主要用于档距较大的铁塔之中，其档距不小于100m。

2架空输电线路铁塔结构设计

不同类型的铁塔其架空输电线路的结构设计不尽相同，其具体的结构设计如下：

2.1窄基铁塔的结构设计

依据横担以及铁塔支架的通用程度可以采用以下两种类型的结构布置方案：（1）可以将窄基铁塔的塔头区域设置为垂直的形式，对口宽进行固定，塔身开始逐渐起坡，其铁塔的整体高度与底部的宽度参数设置一致，不考虑输电线路回路数量划分的影响；铁塔横担具有良好的通用性，铁塔中所设置的横担数量要根据架空输电线路中实际的回路数量进行有针对性的设计。（2）铁塔塔身与塔头均按照要求设置一定的通用坡度，铁塔的总高度与铁塔的上口和底部宽度保持一致；横担设置成固定形式不进行通用设计，根据导线的数量可以分为单导线回路和双导线回路两种不同的形式。

2.2宽基铁塔的结构设计

根据铁塔中导线回路数量的不同可以采取不同类型的结构设计方案。其中，对于使用单导线回路的铁塔，其结构布置具有“上”字型的特点；对于使用双导线回路的铁塔，其结构布置上具有鼓型的特点。

3 架空输电线路铁塔结构设计优化

为了确保架空输电线路铁塔结构的设计优化具有一定的针对性，在进行结构优化设计的过程中，必须要严格遵守以下三条基本原则：（1）在进行铁塔优化设计的前期，要对铁塔施工沿线的水文条件、地质条件和气象条件进行系统全面的调查研究；（2）要根据铁塔位置的要求制定科学合理的杆塔位置排定，也就是在铁塔线路通过作物林区域时不砍伐通道。若距离铁塔的垂直距离不满足要求时，可以对距离过短的个别部位进行一定的修剪，以距离符合要求为止；（3）要对架空输电线路沿线主力杆塔造影进行一定的优化设计。

3.1强化架空输电线路铁塔基础

根据架空输电线路杆塔基础材质的不同，可以将杆塔基础分为：钢管杆、水泥杆以及直立式铁塔三种不同的类型。一半分为原状土基础和非原状土基础。具体根据现场地质情况、环保要求、综合造价等因素基于使用全寿命周期综合考虑设计。

在进行铁塔基础的设计工作时，最重要的就是要确保铁塔的整体安全，这就需要对铁塔基础的整体受力性能进行全面的分析。對于新设立的铁塔基础，其受力计算的基本前提是铁塔基础位置处地基基础的承载力符合设计的要求。若对于淤泥质土和淤泥的铁塔地基基础，要结合地基的实际情况，重新进行铁塔基础的设计工作。

要想做好架空输电线路铁塔基础的优化设计工作，要将铁塔实际施工的条件、杆塔形式以及线路沿线的地质条件对铁塔稳定性所造成的影响进行充分的分析研究，对于不符合基础要求的因素，要采取有效的改进措施，进而最大程度的减小不利因素所造成的影响，在最大程度上确保架空输电线路铁塔结构的基础稳定性和位移允许性。

3.2适当降低架空输电线路铁塔接地电阻

在架空输电线路铁塔的高压输电线路中，其接地线路的电阻大小与线路的耐雷水平呈反相关的关系，所以，为了尽可能的提升高压输电线路的耐雷程度，在进行架空输电线路铁塔的基础设计时，要充分考虑各个基杆塔处土壤电阻率的平均值，进行有针对性的设计，进而对杆塔的接地电阻大小进行有效的控制。在对铁塔基础设计进行优化的过程中，可以采取的有效处理措施如下所示：

1）当铁塔杆塔所处的位置处，其周边能够进行有效的水平放设，那么要充分结合实际情况采取水平外延接地的对策。通过这样的优化设计，不仅能够有效地控制冲击性接地电阻的大小，而且还能对工频接地电阻进行有效的降低。

2）要结合所选用铁塔结构的基本情况，可以将接地极的埋设深度进行适当的增加，根据就地原则的要求可以适当增加垂直接地极的数量。

3）当铁塔杆塔位置处的地质条件比较特殊，导致土壤电阻率水平受到严重的影响，则可以在铁塔的基础设计中采取有效的处理措施，向土壤中加入适量的木炭以及酸、碱性物质等，进而有效地改善土壤的电阻率水平。

4）在铁塔基础的适宜位置进行合理的降阻剂敷设，进而对杆塔处的接地电阻进行有效的控制。

3.4 优化输电线路基础路径和塔型搭配

架空输电线路铁塔的线路走廊宽度主要是由风偏、安全距离以及塔头尺寸这三个因素的影响。其中，铁塔的安全距离较为固定，一般不会发生较大的变化，因此，为了有效地控制架空输电线路走廊的宽度就要对风偏和塔头采取有效地控制措施。依据铁塔实际的施工经验，采取固定挂点的直线式杆塔和固定跳线的耐杆塔，就可以对导线风偏和塔头尺寸进行有效的控制。

4结语

总而言之，在进行架空输电线路铁塔结构设计的优化过程中，要对铁塔所处位置的水文条件、地质条件和气象条件进行充分的分析研究，并通过有效的计算，进而实现对铁塔结构设计优化的目的。本文对架空输电线路铁塔塔型和结构设计进行了比较深入的分析研究，在此基础上，探讨了架空输电线路铁塔结构设计的优化措施，对从事架空输电线路铁塔结构设计工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

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