同塔多回高压输电铁塔结构设计及应用研究

孙兆辉

摘 要：随着我国人口的与日俱增，用电需求的不断扩大，输电线路走廊的建设也日益增多，铁塔高度和电压等级也随之加强。而且目前，我国政府由于土地资源紧缺等原因对土地的审批也就越来越严格，同时在政府和企业中的投资也比较大，所以，电网的建设离不开同塔多回路高压电的应用，与此同时，这和高压输电铁塔的结构设计也有关系。因此，为解决人们和企业对于电力的需求，本文主要从同塔多回高压输电铁塔结构设计及应用研究做以下探究。

关键词：同塔多回路；高压输电；铁塔结构设计

中图分类号：TM753 文献标志码：A

同塔多回路高压电的输电方式实际上在经济发达的第一世界国家应用比较普遍，这是由于大多数国家的土地资源不丰富以及线路通道的工程建设物力财力投入较大，最终导致了其应用较广。而在我国，铁塔的结构安全设计还在研究，因其是多回路高压输电线路的主要承受力的基础，同时，高压电的输出率增加和暴风雪等恶劣天气的来临，对于电塔的承受力的要求也严格了起来，因此在电塔的结构设计必须满足能承受高压并且安全等特点，但我国这方面的经验还不足，因此如何进行合理的电塔结构设计以及科学应用是我们探讨的重点。

1 国外的应用

在一些欧美第一世界的发达国家，它们的电力建设已经走在了世界的前列。例如德国，随着电力工业的高速发展，它们的电力线路通道就建设的比较多，其国家的最高电压等级已经达到了380V。这主要因为德国国土面积相对不大，因此为了增加土地资源的利用率，进行有针对并有效的使用，建立了电力线路走廊通道，其国家规定如果是最新建立的线路一定要同塔中建立两回或两回以上，但是德国的高压线路基本都是同塔四回，当然同塔四回以上的也有，同塔六回的输电线路也不少，这种输电线路走廊通道在电力建设总投资上占比很大，大概在25%左右。同塔四回电力线路的运行目前只能满足最大高压380V运行两次；对于日本来说，国土面积更是狭小，所以用地紧张的前提下，其同塔多回路电力线路建设较常见，而电压在110V以上的线路多是同塔四回，至于500V以上的高压同塔四回线路的建造就很少见了，但是同塔8回线路建设还是在实际建设中能经常看到的。

2 同塔多回路成本

2.1铁塔钢材

例如图1，经过比较可以知道，同塔双回路的塔基要比同塔4回路的要重，耐张力也比同塔4回的架空输电的线路重。其实这是因为铁塔的高度直接导致的，因此成本上有一定支出。

2.2 铁塔基础材料

高压多回路的电力铁塔建设的基本材料有水泥及钢筋，因为要多回路线路架空，所以电力铁塔自身的重量和高压电力的承受力要求都有所增加，以至于所需建设的材料也要增加。就常理而言，电力铁塔建设的工作量要比两个同塔双回线路的建设还要多，所以，电力铁塔的材料本身成本是高的。

2.3 电气材料

当然，进行电力线路建设时，还要考虑其中的电气材料成本费用。电气材料有通信线和导线等，两个同塔双回输电线路和同塔4回输电线路做比较，通信线和导线等的耗电量是一样，但是同塔4回输电线路节省了两根线路的同时绝缘部分又增加了一些，因此，电气耗费上是一样的，电气材料的成本在这上面基本是不可调整的。

2.4 施工

在进行电塔的输电线路建设工作时，要合理利用资金，节约投资成本，因此工程中的施工费用是必须考虑的，这是与工程项目建设息息相关的，甚至关乎最后的完工质量等。而线路施工费用包含相关人员的工资、施工材料等。其影响因素有施工技术、难度以及工期等，所以，如果输电线路的施工工作复杂，并且工期长，那么相对其总体建设施工费用就要高。

2.5 征地

输电线路的施工过程中，其征地费用也要考虑在内。征地费用主要是指电力线路走廊通道的覆盖面积，在实际应用中，两条同塔双回输电线路和同塔4回输电线路相比较而言，还是同塔4回的征地费用花费较少，大概节省1/2。因此，征地费用上的成本是可以节省的。

3 铁塔设计

3.1 铁塔荷载

在我国的电力铁塔工程建设中，要求各种塔型的使用和电力铁塔荷载量的计算必须符合《塔型规划及技术条件》中的规定，为其实际施工提供了依据和标准。

3.2 日常运行

在日常电力运行中，常见考虑的情况基本分为3类：一种是涉及风速、没有冰、线路未断；另一种是相对风速、覆冰、线路未断；最后一种为最低温度、没有冰、没有风、线路未断。

3.3 断线

输电线路断线的情况一般分为以下两种：一种是悬垂型杆塔断线，温度为-5℃，有冰状态，无风影响计算，在同一档内，断任意一导线，地线不断，同样断任意一地线，导线未断。而另一种为耐张型杆塔断线，温度也是-5℃，有冰状态，无风计算下，同档内，断任意一地线，单导线也断任意一根。因此不同的杆塔，断线的情况是不同的。

3.4 不均匀荷载

同样，以上两种杆塔，悬垂型杆塔和耐张型杆塔在同样条件下，荷载情况也是不同的。按未断线路、-5℃、有不均匀的冰、风速相同、两侧覆冰不同计算，第一种杆塔导线的纵向不平衡张力是最大使用张力的10%；而第二种杆塔在相同情况下，不平衡张力是使用张力的30%。这就说明，第二种杆塔的不均匀荷载要相对大一些。因此，各种杆塔的建设应该考虑导线和地线的不平衡张力，即杆塔的所能承受的最大荷载力。

3.5 安裝

（1）悬垂型杆塔安装以及荷载量的情况主要考虑以下两个方面。一是导线、地线以及具有相关荷载量的物体的影响。包含各种电线的重量和使用工具等荷载量的提升，过程中要考虑动力系数1.1；二是各种电线锚线作业的影响。锚线对地夹角应小于20°，动力系数一样，实际应用中，锚线张线的垂直分量和地线重力及附加荷载等因素汇总即挂线点垂直荷载量，而导线、地线张力和锚线张力的纵向之差就是纵向不平衡张力具体值。

（2）耐张型杆塔安装主要考虑导线、地线荷载、锚线、锚导线、紧地线和紧导线的架设。导线与地夹角应该小于45°，值得注意的是，导线的拉线与平衡张力标准值相同，为30kN计算，地线的拉线则按5kN标准计算。

（3）线牵引绳与地夹角通常少于20°。导线和地线的初始长度和误差以及牵引力等影响都应该在紧线张力的计算内。而在进行同塔4回电力线路施工时，地线施工是第一步，然后再进行其他施工步骤。

结语

我国在电力需求方面逐年加大，使得对输电塔的设计要求越来越高。因此在投资等方面的比重也比较大，成为我国在输电线建设中的主要部分。输电塔的设计本身就要求设计师要考虑物美价廉的建筑塔新型材料，保证不浪费资源和耗损成本，能够承载高负荷电量，使之安全又合理，经济又合理地完成输电线路的建设部分，从而优化电塔的结构设计，达到电力建设的基本要求。促进我国电力的持续运转和电网间运行部分的安全，这对我国以后的电力发展和人们的舒适生活密切相关，所以，输电塔的结构设计和应用对我国今后的用电情况具有重大意义。

参考文献

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[2]陈佐霞.高压输电铁塔结构优化设计方法研究与应用[J].工程技术：文摘版，2016（8）：240.

[3]董静.多回路超高输电铁塔结构设计安全性研究[D].西安理工大学，2015：7-12.