输电线路直线杆塔结构设计与改进措施

胡开

摘 要：输电线路杆塔结构是电力架空线路设施中特殊的支撑结构件，是导线、地線、绝缘子串和基础的联结纽带，其结构设计将直接影响到整个电网线路的正常、稳定、安全运行。本文就输电线路直线杆塔结构设计与改进措施进行探讨。

关键词：输电线路；直线杆塔；设计；改进

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0145-01

1 输电线路杆塔概述

在输电线路中，杆塔是用于支撑和架空导线和地线的一种装置。为了电力输送不会受到恶劣天气因素以及人力破坏因素的影响，要始终保持输电线路与地面之间有一定的安全距离，只有这样，才能保证电力用户享受到正常供电，生活也质量会得到保证。所以，必须保证输电线路杆塔运行的稳定性，这对提升整个供电系统的供电质量起着非常重要的作用。

输电线路中使用的杆塔结构主要是钢筋混凝土电杆和铁塔，它们的结构形式是多种多样的。究竟采用那种结构形式杆塔主要取决于线路的电压等级、回路数、地形地质条件和使用条件等，最后还要通过经济技术的比较择优选用。我国的送电线路电压等级≥110KV的线路，常使用铁塔结构，≤66KV的线路，常使用钢筋混凝土电杆结构；在平坦或稻田地的直线路径上，使用拉线比较常见；在高电压等级的单回路线路上，采用导线呈水平排列的结构形式。

杆塔是架空线路的主要组成元件，按受力特点和用途可分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔等。其中，直线杆塔主要承担垂直荷载，而耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔即承担垂直荷载也承担水平荷载。一条输电线路的直线杆塔位于线路直线段上的中间部分，以垂直的方式支持导、地线，主要承受导、地线自重或覆冰等垂直荷载和风压及线路方向的不平衡拉力，其一般占全线电杆数的80%-85%。

2 输电线路直线杆塔结构改进设计

2.1 直线杆型的基本结构

以门型双杆直线杆中的Z-18杆型为例。杆型采用φ230上、下2段拔稍双杆，呈水平排列布置，无横梁（叉梁）型式，杆型高度为18m，适用于LGJ-150型导线；拉线使用4根GJ-70钢绞线对地夹角60°布置，杆塔基础采用底盘、拉盘直埋基础方式。杆塔上部由导线铁横担HZC-450-1（总长9m，总重150.5kg），1根横拉杆及4根斜拉杆（拉杆为φ16钢筋及调节螺栓等）组成[1]。

2.2 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，优化方向为重量轻，便于安装，并追求型式美观。所谓动态规划法是解决某一问题时，不止运用一种手段，而是同时采取多种方法相互结合，灵活运用，以达到优化的目的。每种方法对应的结果是不同的，要找到效果最明显的方法，以达到输电线路杆塔结构优化理想效果。设计人员需要根据杆塔安装的现场实际情况、力学原理和相关的计算法则，缩小杆塔的迎风面积，以及合理的选用塔材，减小杆塔的设计尺寸，减小占地面积，从而增强杆塔的实用性。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。通过一系列的探索与研究，才能找到最合理的设计方案，才能设计出外观更美、结构更简单、实用性更强的杆塔。

杆塔优化设计的原则为：增加导线悬挂高度，改进导线的悬挂方式，以及提升避雷线悬挂点，其余的双杆布置形式、杆塔电气性能、拉线悬挂及布置形式、杆塔基础及拉线基础、机械性能及整体结构稳定性保持不变[2]。

2.3 直线杆塔改进设计

淘汰以往使用的铁横担及横拉杆、斜拉杆等组件，用实心复合横担、复合绝缘子代替，并选择边相复合横担与中相悬式复合绝缘子结合的方式悬挂导线。两个边相布置成“∠”型：棒形悬式复合绝缘子与复合横担各一只。复合横担用于代替原边相导线铁横担，将其安装在电杆某一合适高度，水平安装，以支撑导线；棒形悬式复合绝缘子代替原斜拉杆。中相布置成“∨”型，使用材料为2只棒形悬式复合绝缘子，另外，为了固定“∨”型绝缘子串，还要在杆塔顶端加装铁横梁[3]。还有，以防杆塔扭曲变形，需要在杆塔中部布置铁横梁，以提高杆塔的整体稳定性。

边导线保护角核算。边导线保护角，即避雷线悬挂点和边导线的连线与避雷线悬挂点铅锤方向的夹角。是有相关规程规定：杆塔上避雷线对边导线的保护角一般不大于25°。用复合横担代替铁横担后，导线悬挂点相应升高，导致保护角变小，所以为了使保护角达到防雷要求，可以提升避雷线支架和缩短导线横担长度两种方法，但缩短导线横担长度后又不能达到电气绝缘间隙标准，因此，最好的方法还是提升避雷线支架。中导线不做保护角核算，因为杆塔采用的避雷线是两根对称排列，中导线位于两根避雷线中间。核算相关数据：避雷线支架安装高度2.7m，复合横担高于原导线铁横担1.5m，然后保证边导线保护角在规定范围内。计算得出导线悬挂高度需要提升约3.2m。

2.4 稳定性分析

杆塔基础是将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜、倒塌、下沉和上拔等的设施，主要影响杆塔的稳定性，可以防止因导线的重量、风荷载、破冰、竖向拉力和水平荷载等荷载作用下发生压力、拔出、倾覆等现象。改进后的杆塔风荷载、冰荷载和避雷线张力的可变荷载没有变化，但塔的恒载与导线避雷线绝缘子重力永久荷载互相抵消，从而降低了负荷，使重力荷载减小。改进后的杆塔设计只是改善了杆塔的结构和形式，没有改变塔身和电缆基础。因此，杆塔依然具有很高的稳定性。

3 复合横担、复合绝缘子设计及参数选定

复合横担结构如图1所示，该结构包括连接底座、芯棒（内部）、护套、伞裙和挂头五个小部件。连接底座由金属材料经制成，起连接复合横担与杆塔金具的作用，复合横担受到的各种弯曲负荷也由连接底座承载；挂头用于与导线绑扎固定，一般使用铸铝件，并设置有拉环。

选取产品的技术参数：（1）复合横担：结构高度1580mm，绝缘距离1260mm，芯棒直径 60mm，重量21.5kg。固定导线端部有拉环与斜拉绝缘子U型端头配合使用。（2）复合绝缘子：结构高度1490mm，绝缘距离1260mm，芯棒直径18mm，重4.8kg，两端采用U型金具。（3）避雷线选择使用2.7m高度的槽钢铁帽支架支撑。复合横担、复合绝缘子的制造要选择符合要求的原材料，制作时应严格遵照相关技术标准，还要在完成机械、电气性能和相关试验并达到合格标准后才能投入生产使用。

4 结语

输电线路杆塔是支承架空输电线路导线和地线，使它们之间以及与大地之间保持一定距离的杆形或塔形构筑物，它的安全稳定对于整个电路的稳定运行至关重要，其结构设计要具有安全可靠性、经济性和环保性等。在进行输电线路杆塔设计时，要因地制宜，根据具体情况不断优化其结构的科学性和稳定性，保证电力安全的同时，兼顾经济性与美观性。

参考文献

[1]魏伯万，王海涛.110kV输电线路直线杆塔结构设计[J].时代农机，2017，（3）：80+82.

[2]郑春生.110kV输电线路杆塔结构的改进设计[J].电力安全技术，2016，（5）：41-43.

[3]毛峰.基于有限元方法的不同覆冰状态输电塔线体系力学特性研究[D].重庆大学，2011.