架空输电线路铁塔结构设计要点分析

架空输电线路铁塔结构设计要点分析

发表时间：2018-01-26T16:02:43.180Z 来源：《防护工程》2017年第27期作者：牟松芳

[导读] 本文围绕架空输电线路铁塔结构设计为研究对象，分析了架空输电线路铁塔结构设计的基本思路。

贵州电力设计研究院贵州省贵阳市 550002

摘要：本文围绕架空输电线路铁塔结构设计为研究对象，分析了架空输电线路铁塔结构设计的基本思路，并围绕具体的工程案例，对该工程项目中的铁塔结构设计思路做深入研究，希望能对相关人员工作有所帮助。

关键词：架空输电线路；铁塔结构；结构设计

前言：电力系统在当前社会生产中发挥着重要作用，为人们的工作与生活提供了稳定的能源。架空输电线路是电力系统的基础设施，在电力系统中占据着重要位置。因此在当前情况下，需要深入分析架空输电线路设计的要点，明确架空输电线路结构设计思路，为整个电力的顺利输送奠定良好基础。本文将以此为背景，对架空输电线路铁塔结构设计的相关内容做深入分析。

1.工程项目简介

雅中-江西±800kV特高压直流输电工程线路工程包8（施秉县剑河县界-新寨村（黔湘省界）标段线路，该包段西起施秉县剑河县界，东至天柱县竹林乡新寨村（黔湘省界），整个工程项目涉及3个县，在当地电力系统建设中占据着重要位置。

2.工程项目架空输电线路铁塔结构设计的基本思路

2.1杆塔塔型选择

本次工程在杆塔塔型选择中，充分收集国内外超高压、特高压直流输电项目塔型的基本资料后，基本确定了两种塔型，即拉线塔与自立塔两种（具体见图1）。

两种塔型各具有不同的优点，其中拉线塔的单基指标轻，对原材料的需求量少，并且工程造价低，因此能够得到多数工程项目的认可。同时与自立塔相比，拉线塔的技术更加成熟，曾经被广泛的应用在±500kV直流输电线路工程中。但是很多工程项目的实践经验证实[1]，这种塔型在后期管理中存在一定的问题，尤其是拉线防松问题表现的更加明显。同时，拉线塔对建筑工程项目的地理环境提出了一定的要求，只能在地势较为平坦的地区建设。在本次工程项目中，多为山地，地形崎岖。因此本次工程技术人员在综合考虑各种因素后，认为自立塔虽然存在造价高的问题，但是对地形的适应能力强，因此能被应用到本次工程项目中，进而成为本次工程中的杆塔塔型。

a.拉线塔

b.自立塔

图 1 杆塔塔型

2.2塔头轮廓优化

在本次工程设计中，塔头轮廓的优化的基本思路包括以下几点：

2.2.1悬垂塔塔头

在悬垂塔塔头设计中，技术人员根据既往的工程项目经验，分别推出了以下几种悬垂塔塔头结构型式，具体资料见表1。

上述悬垂塔塔头结构型式中，方案一所介绍的塔头结构为常规的塔头布置方式，这种结构的塔头简练，并且具有清晰的传力性能，导地线荷载能分别从导线横担、地线横担上传送到塔身上。方案二是方案一的改进型，能够进一步改善地线支架高度，并且在工程造价方面也具有优势，因此被广泛的应用在±500kV直流输电项目中，技术条件成熟。方案三是常用直流羊角塔的型式，较干字型塔外形上显得更轻巧，传力上导地线荷载在靠近塔身附近共同由导线横担传力，由此避免了构造要求增加的塔重；并且，塔重也较干字塔轻。方案四结合了前几种塔头结构的优点，并且还具有塔重轻、外形优美的特点。

在对上述四种方案进行分析后，技术人员最终决定采用方案四的结构。

2.2.2塔头深部的优化

在确定使用方案四之后，技术人员根据本次工程项目的具体情况，提出了塔头结构优化的基本思路。在优化过程中技术人员认为，为了保证上下主材能匹配工程项目的要求，在规划过程中应该设置相应的坡度；但是在头部塔身规划过程中，除了要分析头部主材与横担主材后，还应该充分考虑整个塔头身部。因此提出了两种方案，具体资料见表2。

上述结构中，方案1具有以下特点：①是横担与塔身相连接的角钢为垂直角钢断面进行火曲，方便加工；②是V串塔身挂点处支撑角钢不需要开合角，避免了角钢扭曲强度降低；③是选材比较协调；④是间隙在塔身上的最危险点处（变坡处）留有了充足的裕度。方案2的特点为：①是横担与塔身相连接的角钢需斜向角钢断面进行火曲，对于较大角钢不容易控制好加工精度；②是V串塔身挂点处支撑角钢需要开

合角，角钢扭曲，强度受到了削弱；③是变坡处上段塔身主斜材规格很接近，不太协调；④是变坡处塔身宽度较方案1大，杆塔抗扭能力较方案1强。

在综合考虑两种方案的特点后，技术人员认为：从节点处理效果来看，方案1的整体效果要明显优于方案2，虽然理论计算结果显示方案2的铁塔重量要明显优于方案1，但是在实际建设过程中，塔头的构件规格不可能做到完全的协调一致，甚至在后期施工过程中可能出现头部构件规格增大的问题，因此在实际上方案2的塔重要大于方案1，所以最终确定方案1为塔头身部的优化方案。

2.3塔杆变形控制

为了切实提高铁塔结构设计质量，设计人员提出了一系列塔杆变形的控制措施，主要包括：（1）横担变形控制。按照规程规定要求：在荷载的长期效应组合（无冰、风速5m/s及年平均气温）作用下，自立式悬垂塔的变形系数不应大于3‰。根开以往杆塔设计的情况来看适当增大塔身上口宽能够有效减小横担的变形，横担的横向变形很容易满足要求。对于轻冰区塔来说，变形最大的工况主要发生在大风情况，而顺线路风时由于线条风荷载仅为垂直线路风荷载的1/4（25％），对杆塔的纵向变形不起控制作用，当断线（不平衡张力）时，横担的纵向变形相对较大，由于不平衡张力均远小于横向大风，尽管断线时存在弯扭组合，但也远小于横向变形，并且该工况发生的概率较大风工况小得多。（2）接腿变形控制。±800kV杆塔根开较大，塔腿结构长达15米之多，因此容易产生变形问题。有研究显示，塔腿的整体刚度越大，整体的变形相应就小[2]。因此，在本次工程项目中，为了减小塔腿的变形，我们在满足地形坡度的情况下应尽量增大塔腿主、斜材的夹角。

结论：本文主要分析了架空输电线路铁塔结构设计的相关问题，最后结合实际案例对其设计思路进行了研究。本次研究结果显示，为确保架空输电线路铁塔结构能充分满足工程项目的要求，在设计过程中应该充分考虑工程造价、地质条件等因素的影响，最终选择有效的设计手段。同时从上述工程的实践效果来看，该工程项目所提出的架空输电线路铁塔结构设计思路具有可行性，因此应该得到相关人员的重视。

参考文献

[1]陈明亮.架空输电线路铁塔结构设计优化探析[J].工业设计，2017，(08):167-168.

[2]杨常青.我国输电线路铁塔结构设计可靠度研究[J].中国新技术新产品，2014，(21):54.