架空输电线路铁塔结构与基础设计研究

韩一冬

摘 要：现代社会经济发展水平的不断提高使得各个行业、领域对电能的需求量持续增加，用电负荷也不断提升，架空输电线路在运行中所对应的输送容量以及导线截面持续增大。与此同时，城市地区架空输电线路还面临着线路走廊越来越窄，交叉跨越现象越来越多，跨越高度越来越大的问题。在这一背景下，对架空输电线路铁塔结构与基础的设计显得尤为重要。重点分析了架空输电线路铁塔在塔型结构和基础设计方面的操作要点。

关键词：架空输电线路；铁塔结构；基础设计；窄基铁塔

中图分类号：TM755 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.093

文章编号：2095-6835（2016）11-0093-02

在我国现代经济社会发展水平不断提升的背景下，电力系统在设计与运行过程中所依赖的基础条件也发生了相应的改变。作为我国当前电力供应的基础保障性设施，架空输电线路在电力供应系统中所发挥的作用是非常重要的。但结合我国电力行业实际情况来看，企业目前仍然是电力供应的主要对象，因此，在电力供应经济改善方面的需求仍然是非常明确的。在对架空输电线路铁塔的设计中，除需保障铁塔结构的安全、稳定以外，还需综合考虑设计的经济效益。在目前已发生的各类输电线路安全事故中，因铁塔结构设计不合理所致事故的比例是非常高的。因此，为提高架空输电线路运行安全性和稳定性，做好对铁塔结构与基础的设计、优化工作有着非常重要的意义与价值。

1 架空输电线路铁塔塔型设计

在有关架空输电线路铁塔内力的分析中，可将铁塔杆系节点作为铰接点。考虑到架空输电线路铁塔结构多在相对复杂的自然环境中运行，因此对铁塔塔型的规划必须兼顾技术和经济层面的合理性。根据架空输电线路工程导线型号、基本环境条件以及敷设路径情况选择基础塔型形式，基于铁塔所承受机械外负荷条件进行设计和计算，以确保铁塔结构稳定性、刚度、强度满足设计要求。除此以外，在架空输电线路铁塔塔型的选择设计上还应当考虑施工条件、施工技术以及运行便捷性等因素的影响。

根据底部宽度，可以将架空输电线路铁塔设置为窄基铁塔和宽基铁塔两种类型。其中，窄基铁塔底部宽度与塔体高度的比值在1/14～1/12的范围内，宽基铁塔底部宽度与塔体高度的比值则在1/6 ～1/4的范围内。对于窄基铁塔而言，由于铁塔底部宽度较小，因此主材所受作用力较大，适用于小挡距（使用挡距不足100 m）铁塔的设计选型；对于宽基铁塔而言，由于铁塔底部宽度较大，因此主材所受力作用力较小，适用于大挡距（使用挡距在100 m及以上）铁塔的设计选型。

2 架空输电线路铁塔结构设计

对于宽基铁塔而言，根据导线回数的不同可以采取不同的结构布置方案。比如对于采用单导线回路的铁塔而言，结构布置上具有“上”字型特点；对于采用双导线回路的铁塔而言，结构布置上则具有鼓型特点。

对于窄基铁塔而言，根据横担以及支架的通用情况可以采取以下两种不同的结构布置方案：①将塔头区域布置为垂直段，口宽固定，塔身开始起坡，铁塔整体高度与底部宽度参数一致，不考虑回路数划分影响；横担具有通用性特点，可根据架空输电线路实际回路数选择相应的横担数量。②铁塔塔身与塔头均设置通用坡度，铁塔总高度与上口宽度和底部宽度完全一致；横担固定不通用，可划分为单导线回路和双导线回路两种形式。

3 架空输电线路铁塔基础优化

在对架空输电线路铁塔结构基础进行优化设计的过程中，必须遵循以下三点基本原则：①优化设计前期，应当对沿线工程水文条件、地质条件和气象条件进行详尽的调查。②制订科学的铁塔杆塔位置排定原则，即在线路敷设经过各类作物林区时不砍伐通道。如果垂直距离受到影响，则对个别部位进行剪枝或削顶处理。③做好对架空输电线路沿线主力杆塔造影的优化设计工作。具体而言，结构基础设计中可采取的优化措施有以下几点。

3.1 强化架空输电线路铁塔基础

输电线路杆塔基础常见类型包括钢管杆、水泥杆和直立式铁塔系列基础三类。其中，钢管杆基础可见非原状混凝土、非原状土台阶式和非原状土直柱式柔性这三类；水泥杆基础则可见非原状土无拉线盘和非原状土有拉线盘这两类；直立式铁塔系列基础在基础类型方面划分更细，共有16种类型。

在杆塔基础的选型中，如果混凝土浇筑难度较大，则可以优先选择金属式基础或预制装配式基础。如果涉及到电杆及拉线，则建议选择预制装配式基础。

在基础设计过程中，以安全为前提，对架空输电线路铁塔基础受力性能进行分析。新基础计算的基本前提是铁塔基础所处区域地基基础承载力符合设计要求。但是，如果地基基础为淤泥质土或淤泥，则应当重新设计。

在对架空输电线路铁塔基础进行优化设计的过程中，必须充分评价工程实践中的施工条件、杆塔形式以及沿线地质条件对铁塔结构稳定性的影响，在最大程度上确保架空输电线路铁塔结构的基础稳定性和位移允许性。

3.2 适当降低架空输电线路铁塔接地电阻

高压输电线路接地电阻的大小与线路耐雷水平呈反相关，因此，为有效提高高压输电线路整体耐雷水平，应在基础设计环节中结合各基杆塔土壤电阻率取值情况，有效控制杆塔接地电阻的大小。在基础设计的优化中，可采取的措施包括以下几种：①若架空输电线路铁塔杆塔所处区域周边允许水平放设，则应当采取水平外延接地的处理措施。这样，一方面能够使冲击性接地电阻得到控制，另一方面能够有效降低工频接地电阻。②可结合架空输电线路铁塔结构的基本情况，适当增加埋设深度接地极，遵循就地原则增加垂直接地极。③若杆塔所处区域地下地质条件特殊，影响土壤电阻率水平，则可在基础设计中适当增加木炭及酸、碱性物质，以改善土壤电阻率水平。④可合理敷设降阻剂，以起到合理控制杆塔接地电阻大小的效果。

3.3 优化输电线路基础路径和塔型搭配

城市紧凑型多回路钢管杆走廊或钢管塔走廊在技术上能满足输电线路的实际要求，且钢管杆造型美观，安装快捷，占地面积小，还与城市地势较为平坦、走廊宽度小、线路施工方便等特点相适应，因此得以迅速发展。对于架空输电线路而言，线路走廊宽度主要会受到风偏、安全距离和塔头尺寸三方面参数的影响。其中，安全距离的波动范围小，因此，控制架空输电线路走廊宽度的关键在于合理控制风偏和塔头参数。结合实践经验来看，为有效限制导线风偏，对塔头尺寸进行控制，可采取固定挂点的直线式杆塔和固定跳线的耐杆塔。同时，考虑到城市地区架空输电线路有大截面和多回路发展的趋势，因此在基础设计环节中，可适当增大绝缘子部件、避雷线、接地和金具的安全系数。

4 结束语

架空输电线路铁塔结构与基础设施在输电线路设计体系中占据着非常重要的地位，其性能和设计质量直接关系到整个架空输电线路投入运行后的整体效益。结合本文对架空输电线路铁塔结构和基础设计要点的总结、分析，笔者认为，在具体设计中，应当以现代化科学理念为依据，在完善结构设计策略的同时不断改进并优化基础设计要点，以保障铁塔在架空输电线路运行中发挥相应功能，保障架空输电线路的安全、稳定运行。

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〔编辑：刘晓芳〕