输电线路铁塔的选型设计与结构优化研究

刘 晓,李恒蔚

（国网山东青州市供电公司,山东 潍坊 262500）

0 前言

当前我国电网建设由于受经济发展与地理环境的影响，呈现出长距离、大规模、高等级等主要特点。目前我国的特高压工程与日俱增，在技术方面取得的成果也非常喜人，但与发达国家相比，我国输电线路铁塔在设计过程中的理念与技术还存在一些问题。因此，需要研究其选型设计与结构优化，以节约输电成本、提升输电质量。

1 选型设计

本文针对青州110kV的输电线路铁塔的经典选型进行研究。针对110kV输电线路的主要特征，加之青州地区的线路走廊情况，选择了两种主要塔型，分别为单回路与双回路；在导线方面选用的是钢芯铝绞线，型号为单根LGJ-300/40；地线方面选用的是铝包钢绞线，型号为JLB-100[1]。由于青州地区地形复杂，气候多样，想要在所有地区内运用典型塔型，其选型相对复杂，从气象角度看，在塔型设计过程中，风速与冰厚是对铁塔影响最大的两个方面，青州地区的最大风速为每秒27米，最大覆冰厚度为地线支架10毫米，导线5毫米。

在单回路直线塔中，选择的是猫头塔，直线塔角度为0°ZMl-15.0m；单回路转角塔中选择的是干字型塔，从经济转角的角度看可分为四级，分别为耐张塔0°—20°Jl-15.0m；20°—40°J2-15.0m；40°—60°J3-15.0m；60°—90°J4-15.0m。

在双回路直线塔中，选择的是鼓型塔，直线塔角度为0°SZl-15.0m，从经济转角的角度可分为四级，分别为耐张塔0°—20°SJl-15.0m；20°—40°SJ2-15.0m；40°—60°SJ3-15.0m；60°—90°SJ4-15.0m。以上经典塔型已经经过多年实践，直线塔可以在很大程度上节约路径走廊，耐张塔按照角度进行四段划分，与传统的三段划分相比，更加精细，对保证整个工程的经济性有很大作用[2]。

在对输电线路铁塔进行选型设计的过程中，还需要注意气象条件，主要根据以下数据进行选取：最高气温40℃，风速0m/s；最低气温-20℃，风速0m/s；覆冰气温-5℃，风速10m/s，厚度5mm；基本风速气温-5℃，风速25m/s；安装情况气温-10℃，风速10m/s；年平均气温10℃，风速0m/s；雷电过电压气温15℃，风速10m/s；操作过电压10℃，风速15m/s；带电作业气温15℃，风速10m/s。

2 结构优化

在铁塔的结构优化方面，现阶段主要有全概率设计法、概率理论设计法以及半概率半经验设计法三种。结构可靠度是结构可靠性的重要指标，属于定量描述，国际上用可靠指标β来表示，其计算公式如下：

我国在输电线路结构过程中，无论是设计参数还是设计方法，都符合同一时期内的民用与工业建筑，因此，行业特点在铁塔结构中表现得不太明显。从某个角度上说，建筑行业结构设计在很大程度上上影响着杆塔结构设计[3]。当前我国铁塔结构设计主要依托于概率理论设计法，其中包含了承载力与正常使用的两种极限状态。在对铁塔结构进行设计的过程中，还常常会受到施工环境的影响，要对持久状态、短暂状态以及偶然状态进行分别考虑，都要进行承载力极限状态的测评，针对于持久状态，还需要对正常使用状态进行验证，而短暂状态可以以正常使用状态为依托完成设计。

结构内力的计算需要综合结构、理论以及材料三种力学，所以，铁塔结构构件可以被理想简化，成为空间静定塔架[4]。这种结构的连接方式是直杆贯穿，其计算主要运用的是截面法与结点法，两者的有效结合能够将每个杆件的内力计算出来。

经过计算，得出优化以后的数据如下表：

表1 典型铁塔结构优化数据

3 结论

本文主要从输电线路铁塔的选型设计与结构优化两方面论述，并拥有充足的理论与数据支撑，随着社会对电力需求的逐渐增大，输电线路的压力也日益增加，想要确保电力输送的充足，就需要对铁塔的选型进行合理设计，并对其结构进行优化。

[1]韩军科,胡晓光,党会学等.考虑主材节点刚域影响的钢管输电塔变截面梁单元有限元模型[J].工程力学,2013,15(09):222-223.

[2]蒋代军,刘德仁,夏琼等.青藏铁路多年冻土地基输电塔热棒桩基稳定性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2014,14(07):125-126.

[3]刘玮婧,龚正洪,郑伟伟等.高新技术在输电线路铁塔中的集成与应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2010,06(11):176-178.

[4]郭菁菁,王少刚,吴林峰等.大跨度桁架式开沟机三维虚拟设计及运动仿真[J].技术与市场,2011,13(14):257-258.