我国输电线路铁塔结构设计可靠度分析

施昆

分铁塔结构的稳定性较差，再加上恶劣的天气，例如冰雪灾害等状况的发展，会对铁塔的稳定性造成一定程度上的损伤，其安全性和稳定性也势必会降低，甚至会造成严重的电力事故，因此必须对铁塔结构设计的稳定性予以高度重视。

一、输电线路铁塔结构设计的主要内容

输电线路铁塔设计的主要内容便是塔杆设计，塔杆的稳定性取决于设计水平是否能够达到运行标准。为了保证塔杆在外力作用下依然能够保证稳定运行，首先要做的就是要做好塔杆的基础。此外塔杆的位置选择、选材、选型还有塔间距离，同样重要。雷电等自然现象对于塔杆的可靠性和稳定性也有一定的影响，所以防雷接地装置的设置也必不可少，这就必须要考验接地网的稳定性，为了降低电阻应该采取埋设接地模块的方法来提高技术的可靠性，这是保证铁塔稳定性的关键性技术之一。现在除冰设计也作为铁塔结构可靠性检测的一项重要內容之一，覆冰的输电线路非常容易导致断线事故的发生，也会给铁塔的承重负荷造成巨大的压力，严重会导致铁塔发生断裂事故，从而引发大面积的停电事故，给社会生活与生产带来巨大损失。当前国内的除冰技术还不够成熟，采用最多的方式便是机械除冰方法，最近几年才采用了有源防冰覆层、涂设等涂料方式，但是也要根据实际情况来采用这种除冰方法，来保证铁塔运行的可靠性。

二、结构可靠度的计算方法与步骤

本文根据DL/T55154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中的相关技术标准要求，对输电线路铁塔结构的稳定性的相关技术标准与设计公式进行推演：（1）将定值SGk作为该计算要求的永久载荷效应，将单元ρQ（ρQ1、ρQ2）作为设定好的比值，这样就可以计算出对应的效应标准值SWk=ρQSGk（SWk=ρQ1SGk，Sik=ρQ2SGk）。（2）依照相异的效应组合情况，对输电线路铁塔结构的抗力的标准值Rk依据极限状态方程来进行求解，在工况1（最大风）条件下，铁塔结构构件的抗力标准值计算出的结果为Rk=γRγ0（γG+γQβCαwTρQ）SGk；在工况2（风荷载、覆冰荷载）条件下铁塔结构构件的抗力标准值计算出的结果为Rk=γRγ0（γG+γQβCαwTρQ2）SGk。（3）上面步骤中计算出的随机变量值的均值与标准值相乘，求解出μxi（i=1，2，…，n），即变量的平均值，然后再计算各个变量的均方差μxi，该均方差的计算是通过δxi（变异系数）和μxi（平均值）相乘求解出来的，计算结果为μs=μksSk，σs=μsδs，μR=μkRRk，σR=μRδR。（4）验算点设定为P*，相应的变量为xi*。坐标设置为xi*（R*，S*），其中要设定为xi*=μxi。（5）区别不同单元的基本变量概率分布情况，正态化非正太随机变量。

三、构建可靠度计算结果评价

根据要求，将冰、风的载荷重现期设定为3个定值分别是15年、30年和50年。风速设置为20m/s，风载荷系数为βc，设定值为1.2，其他情况下忽略风载荷调整系数，设定值为1.0。

结论

在大风情况下，2级构件的稳定性略高，其余情况下略低；在覆冰情况下，2级构件的稳定性略高；50年的可靠性比30年的可靠性要低0.5，失效率要高1个数量级；50年的可靠性比15年的可靠性要低1.0，失效率要高2个数量级。建议，应该将冰、风荷载重现期提高到50年，对于自然条件恶劣地区的铁塔结构把荷载要求提高到100年，或者在50年的基础上适当提高冰、风荷载的标准值。从而提高我国现行的铁塔结构设计的可靠度和安全度。

（作者单位：中国电力建设集团成都铁塔厂）