输电线路杆塔结构优化设计探讨

李伟

摘 要：随着我国经济的不断迅猛发展，电网建设也在不断的发展，输电线路杆塔也有了明显的加强，在架空高压的输出电线路中，输电线路杆塔的结构有着举足轻重的地位，输电线路杆塔结构的优化设计能对未来我国整个输电线路建设水平有着较大的提高。

关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）08-0088-02

输电线路杆塔对于架空高压的输电线路有着至关重要的作用，因此对于它的设计一直要遵循着安全可靠、经济合理、先进适用的原则。

1 输电线路杆塔的概念

输电线路杆塔是用于支撑架空输电线路的导线和地线，作用是要保持输电线路桿塔之间以及输电线路与地面之间有一定的距离，这样不管天气条件有多么的恶劣，电能也能得到顺利的输送，百姓的正常工作和生活也会得到保证，所以必须要保证其安全稳定，对整个电路的稳定运行都有着至关重要的作用。输电线路杆塔的主要制造成分是钢材或钢筋混凝土，是架空输电线路的主要支撑结构；而角钢塔则是高压输电线路杆塔的最常见形态之一，因为其安全稳固并且使用时间长，但是也存在着造价太高、施工困难等问题。

2 输电线路杆塔现状的设计与建设

与我国先进的制造业发展水平相比，目前我们国家的杆塔无论是设计还是制造水平都相对较为低下，不能完全适应我们社会发展的需求。目前国内的输电线路杆塔的生产制造主要分为两类：

①手工生产企业，主要是由民营企业、个体企业和乡镇企业组成，这些企业的生产能力和加工能力都比较薄弱，其中杆塔的放样等加工主要是靠手工操作来完成的，制造的质量不能得到保证。

②电力部门定点指定的生产厂家或者是一些比较大型的国营企业，这些杆塔生产厂家的技术力量和资金力量都较手工生产的企业强一些，但是也只达到80年代生产设计的技术水平。所以，现阶段应引进国外先进的设备和技术来提高我国线路杆塔的制造和设计水平。

在输电线路杆塔的设计方面，我国生产制造的单位与设计单位的生产模式是相对独立的，这样无论是对杆塔的制造质量还是设计水平都有着严重的影响。

设计单位没有很好的在计算方法的研究和计算机放样软件研究之间建立紧密的联系。

设计单位在完成了杆塔的力学计算和选材之后就算是完成了设计的工作，而杆塔的施工和工艺则由技术人员来完成，这样就大大降低了工作的效率。

3 输电线路杆塔结构的优化设计

3.1 输电线路杆塔结构优化的方法

输电线路杆塔结构的优化方法是追求重量轻、型式美、加工时运输方便等这类动态规划优化法，所谓动态规划法是指运用不止一种手段使解决过程达到优化状态。不过动态规划法只能适用于某种最优性质问题的求解，否则便失去了意义。在对输电线路杆塔的设计过程中，工作人员需要通过不断的探究来找到最好的方案，设计人员则要根据杆塔工程的安装现场实际情况、物理概念和相关的算法程序，设计出更有美感、质量更轻的杆塔，这个过程就是设计人员运用动态规划法来获得最优化方案的过程。设计人员应该从缩小杆塔的迎风面积，塔头的高度在适当的范围内降低来达到杆塔质量的保证。

3.2 输电线路杆塔塔头形式的选择

干字形和羊字形是输电线路杆塔直线塔塔头的主要形式，羊字形塔头更经常被选择是因为羊字形塔头的质量是最轻的；转角塔也是输电线路杆塔的一种，它的计算受力比直线塔大，所以一般用干字形作为塔头，也能对输电线路杆塔的刚度有所增强。

3.3 输电线路杆塔塔身断面型式

输电线路杆塔的直线塔塔身主要有两种断面形式，一种是矩形塔称为扁塔，还有一种为正方形塔称为方塔。方塔的灵活程度和抗纵向负载能力都比扁塔好，而且方塔的断面塔头在顺线路的方向上的刚度也比较强，虽然重量比扁塔重，但是综合起来考虑，正方形的输电线路杆塔塔身的断面型式是比较优化的结构。

3.4 输电线路杆塔塔身尺寸的选择

根据我国最新的对输电线路杆塔塔身尺寸数据的研究表明，直线塔的情况下，塔头上部的宽度为1 100 mm，下部的宽度为2 800 mm，30 mm的铁塔跟开7 700 mm的铁塔重量是最轻的，所以直线塔的最佳尺寸是塔顶上口是1 100 mm，塔头下口的宽度为2 800 mm，30 mm的铁塔跟开7 700 mm；转角塔的最佳尺寸数据是在假设转角塔的上口宽有所变化，中间的便坡以及下口处和铁塔的跟开都不变、横担的长度也需要保持不变的情况下，同过相应的计算得出塔顶上口的宽度为2 200 mm，中间宽为2 800 mm，塔头下口的宽度为4 200 mm，铁塔跟开为9 000 mm。

3.5 输电线路杆塔传力线路优化

输电线路杆塔传力线路优化是指不管是直线塔还是转角塔都要在能够减轻输电线路杆塔重量的情况下，还能够保证输电线路杆塔下部分的塔身斜材不被压迫。

3.6 输电线路杆塔主材布置及节点优化

输电线路杆塔主材的计算长度需要调整。输电线路杆塔的结构承载力、构件长度和输电线路杆塔的截面积都跟主材有关。当输电线路杆塔的构件规格是强度控制着的时候，它所承担的构建长度和内力就决定着输电线路杆塔的构陷所选取的规格。输电线路杆塔构建的规格越大、长度就越大，是需要在其所要承受的内力保持不变的情况下；输电线路杆塔塔身的斜材也需要调整。减少斜材的规格会使得输电线路杆塔塔身的压力不会同时受到控制。

4 我国输电线路杆塔结构的未来设计方法研究

4.1 设计理论体系

总体来看，我国输电线路杆塔的结构设计理论还较为传统，为了适应发展的需求，还需要形成更为先进和完善的理论体系。如何在输电杆塔设计中应用到非线性理论等现代结构的分析方法，还需要进一步的研究；而在初应力、初位移、加工误差等对杆件承载力的影响方面也需要更深入的研究。

4.2 荷载取值

输电线路杆塔的取值，目前是偏重与静力风荷载有关方面的研究。动力风荷载的取值，还缺少系统的研究，而对于冰荷载的取值，则因为幅员辽阔、地形复杂和气象资料的缺乏，主要根据工程的经验和调查的数据来确定。所以对于动力风、冰荷载、微气象区域、微地形的取值还需要加强研究工作。

4.3 节点构造的计算方法

我国输电杆塔的质量与重量跟国外相比都偏重、偏大，除了性能材料、设计理念等与国外有着差异外，节点构造也是重要的差异之一。目前我国对于影响杆件承载能力的因素，除了新性能节点、新材料还有节点构造等，都需要进一步研究。

4.4 设计计算软件

我国目前行业内所使用的设计计算软件都比较陈旧，近年来的一些新的研究成果和经验很少会被采纳，设计方法存在着明显的问题。未来输电线路杆塔的设计、运行和维护的发展必然趋势将会是“数字电网化”。

5 结 语

杆塔作为输电线路的重要的组成部分，它的设计和安装对整个输电线路都有着十分重要的影响，一点小的失误都有可能造成比较严重的问题，那不仅会对我国各项的经济发展会造成影响，也会对电力事业的发展有一定的阻碍，甚至会对人们的生命安全造成一定的威胁。因此，我们必须要做好输电线路杆塔结构的优化工作，使其更好地发挥作用，这也是相关部门和电力企业所要面临的重大工作难题之一。在输电线路杆塔的优化过程中，设计及技术人员必需要做好优化方法的选择、塔头类型的选择、传感路线的优化等工作。相信随着社会发展的需要，在各类工作人员的一致努力下，输电线路杆塔结构将会通过更加完善的优化来适应社会的发展需要。

参考文献：

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[2] 袁兆祥.杆塔模型对特高压变电站反击波过电压的影响[J].高电压技术，2008，（5）.

[3] 刘虹.输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（26）.