高压输电线路钢管杆结构的优化设计

胡滨

摘要：由于城市建设高速发展，用电负荷迅速增加，供电网络已不能满足用电负荷发展的需要，势必要新建高压输电线路，对原有的线路进行增容改造。传统的铁塔，占地面积大，造型又与现代城市环境不协调。采用高压电缆造价昂贵，采用钢筋混泥土电杆，它的纵向、环向裂纹问题，一直未能很好的解决。采用环形或多边形截面的拔梢型钢管杆，结构简单，受力清楚，加工制造容易，施工方便，运行安全可靠。本文针对高压输电线路钢管杆结构的优化设计进行了分析。

关键词：高压输电线路;钢管杆结构;优化设计

一、高压输电线路钢管结构的特点分析

1.1稳定性较高

在高压输电线路工程当中应用钢管结构进行建设，可以提升高压输电线路整体运行的稳定性，本身钢管结构的尺寸规格是比较小的，高压输电线路建设的地点都是比较空旷的地带，经常会有高强度大风，高压电线路结构就需要承受风荷载，而钢管结构横截面积比较小，在空间当中承受的风荷载也相应的比较小，这样可以降低高压输电线路承受的压力值，也就提高了高压输电线路结构的稳定性。同时，钢管结构的强度较高，但是也具有很高的柔性，当遇到强风时，不会出现钢管断裂的现象，进一步增强了高压输电线路结构的稳定性。

1.2占地小，具有美观性

我国城市化建设进程较快，大部分的城市土地资源都被用于发展建设，很少有大面积的空闲土地资源，而传统的高压电线路结构是采取铁塔形式建设的，需要占用的土地面积较大，而采用传统结构建设的话，被占用土地也無法在建设其它的内容，不能重复利用，这样对于现阶段土地资源紧缺的状况来说并不适用。而利用钢管结构进行设计建设可以有效的解决这一问题，钢管结构所需要占用的土地面积较小，可以节约土地资源。

1.3施工便捷度较高

高压输电线路的钢管结构是需要进行组装，钢管结构施工材料运输非常方便，钢管结构组装操作也非常简单，施工程序较少，施工的便捷度较高。并且高压输电线路建设是在外界环境当中，会受强风、强雨的侵袭，为提高钢管结构的强度需要采用高强度的钢材，这样一来造价会更高。钢管结构不适用于多回路的高压线路，也只是在城市或城郊地区的高压电线路中进行应用。

二、钢管结构参数设计的优化

2.1钢管材料优化设计

在进行钢管结构设计时，钢管材料的选择，对整体结构质量有直接的影响，在选材时要保证钢管材料建设完成后强度符合高压电线路建设的要求，由于外界自然因素会对钢管结构产生较大的影响，钢管结构需要有足够的强度才能保证结构的稳定性，对钢管材料强度的计算要根据钢管杆挠度进行，可以通过钢管杆预弯或预偏实验，计算钢管材料的挠度，当挠度在标准范围之内时，钢管材料的强度其实就已经很大了，钢管材料强度荷载就足以承受外界因素带来的影响。保证钢管材料的强度参数，是为了保证钢管结构不会出现弯曲或变形的情况，提高高压电线路稳定性和可靠性。

2.2钢管主干坡度优化设计

在钢管结构当中，钢管主干坡度和梢径优化设计的作用是降低材料使用量，提高钢管结构的美观性。钢管主干坡度与钢管结构的荷载力有直接的关联，而荷载力可以与钢管的梢径有关联，因而对于钢管主干坡度的优化可以通过控制梢径来实现，钢管的梢径越小钢管主干坡度越大，钢管主干坡度越大需要消耗的钢管材料就越多。因而钢管的梢径不能过小，要适当加大，将钢管坡度降低，以达到节约材料的效果，同时可以优化钢管外形。在进行主干坡度设计时要进行多种方式调节，通过观察比较，选择效果最佳的坡度设计方案。

2.3杆身分段长度

在进行钢管结构设计时，可以对钢管杆身分成均等的长度，通过分段可以提高钢管结构的整体性能，钢管每一段的长度需要根据工程建设的基本情况进行选择，钢管长度不能超过运输车辆装箱的长度，如果设计钢管选择的型号是钢管壁较厚的，那么就需要将分段的长度适当的减少，以满足钢管结构整体均衡性的需求，通常情况下钢管总长度都是相同的，将钢管分成均等长度的杆段可以大幅度提高钢管利用的有效率，在提高钢管结构性能的同时也可以节省材料，降低造价。

三、钢管结构设计影响因素的优化控制

高压输电线路钢管结构设计优化还要对相关的影响因素进行控制，高压输电线路的外界、内界影响因素具有多样化的特点，需要进行全面的优化和控制，才能切实提高钢管结构设计方案可行性，促进高压输电线路运行的安全性与可靠性提升，下面对钢管结构影响因素的优化设计进行具体分析。

3.1气候环境的优化设计

在进行钢管设计时，要对建设区域的气候环境特点进行调查，掌握气候变化的基本过滤，然后根据高压电线路电压范围对钢管结构之间的跨越度进行控制，以延长高压电线路钢管结构使用寿命，降低钢管结构的损耗，避免钢管结构受恶劣天气影响而出现较大的损耗，影响高压线路的稳定运行。同时也是为了降低后期使用的维修成本，促进其经济效益提升。

3.2区分杆塔的类型

在高压线路钢管结构设计时，有耐张杆和直线杆两种，在设计时要将两种类型进行分隔，一方面降低高压导地线对直线杆的拉力，如果拉力过大很容易造成直线杆故障或损坏。同时要对塔杆使用角度进行严格的控制，在建设的过程中要按照设计角度进行施工，保证角度的合理性，角度值对钢管结构整体的荷载能力影响较大，要保证各个钢管结构之间保持相对稳定、平衡的状态，提高荷载能力。

3.3杆头与呼称高

在钢管杆结构设计中，首先应将电气的间隙要求考虑其中，然后再在这一条件下控制线路走廊的宽度及优化杆头与横担的长度，同时还应将城区10kV线路与树木、路灯的交叉跨越高度考虑其中。在实际设计中，杆头与呼称高度的优化目标应选为杆塔重量最轻，同时适当考虑到根径的尺寸。一般来讲，对单或双回路杆塔而言，应将其呼称高极差控制在3m，而多回路杆塔则应控制在2m。

3.4钢管结构杆塔结构形式

对于高压电线路的钢管结构，杆塔的结构形式主要有两种：一种是单杆结构，另一种是双杆结构，在设计时要根据高压电线工程整体的结构特点而进行优选，普通的正多边形结构采用单杆结构形式即可，而如果是转角、回路等结构参数值较大的情况下，选择应用双杆结构比较稳妥，通过合理的设计，降低杆塔的重量，保证荷载能力充足。在进行杆塔结构优化时，要注意设计时精准计算水平导地线与双杆投影交叉角度的大小，对张力、回路等因素进行科学的计算与控制。

四、结语

对于高压输电线路钢管结构的优化设计，涉及的优化内容比较纷杂，钢管材料的选材优化、钢管的各项性能参数的优化以及影响因素的优化设计。这些内容都对钢管结构整体建设的效果有影响，高压输电线路负责电力传输，本身对自身结构安全与稳定的性能有很高的要求，钢管结构设计优化质量非常关键，只有高效的优化设计才能大幅度提升高压输电线路运行的稳定。

参考文献：

[1]侯伟.高压架空输电线路钢管杆结构优化设计研究[J].科技传播，2016，8（5）：184-185.

[2]谢东进.浅析钢管杆的优化设计[J].科技资讯，2016（5）：32-33.

[3]高贺男.浅谈高压输电线路钢管杆结构优化设计[J].黑龙江科技信息，2014（34）：5.