110kV输电线路直线杆塔结构设计研究

贵州电网有限责任公司凯里供电局 王月阳 杨 帆 陈 舸 陈 成 杨 诚

110kV输电线路的现有覆盖规模正在趋向于快速实现扩大，直线杆塔的系统组成结构也表现为复杂性。在输电线路的体系结构中，线路杆塔应当连接于绝缘子以及地线导线，进而体现了直线杆塔在电网电流平稳传输中的重要影响作用。近年来，输电线路的设计技术人员重点针对输电线路杆塔展开深入的探索研究，旨在确保输电线路网络中的杆塔达到基本的安全坚固要求，合理节约直线杆塔的设计资源成本。

1 110kV输电线路直线杆塔的结构组成

对于110kV的输电线路基本组成结构而言，直线杆塔的布置排列方式目前可以选择水平结构，布置双杆形式的输电线路杆塔体系。杆塔导线部分主要选择设计为LGJ-130型号，确保限定在50°左右的地面与钢绞线夹角。在直接埋设杆塔基础结构的前提下，应当保证拉盘与底盘达到最基本的结构设计规范。在杆塔的上部空间区域，应当视情况布置120kg重量以及10m左右长度的铁横担。通常来讲，铁横担应当包含斜拉杆（至少为4根）以及横拉杆（1根），运用指定型号规格的钢筋来构成拉杆，同时还需要布置可调节的螺栓[1]。

线路杆塔的基本组成结构具有纽带作用，其主要连接于线路系统中的绝缘子串以及地线导线等部分。输电线路所在的运行空间环境较为复杂，因此决定了线路杆塔容易受到多种外界冲击与干扰。直线杆塔的导线驰度必须保证达到悬挂导线的基本高度标准，对地安全距离也要得到合理的设计。为了实现合理优化直线杆塔体系结构的目标，那么关键性的设计技术思路应当落实于横拉杆以及铁横担的现有位置适当提升，布置双杆形式的直线杆塔结构。

2 110kV输电线路直线杆塔的结构设计要点

2.1 杆塔横担的结构设计

杆塔横担属于非常关键的线路组成部分，输电网络的正常运行使用必须依赖于杆塔横担的系统结构作为支撑。目前，现有的杆塔横担主要包含复合实心横担以及传统铁横担，线路工程的设计人员可以视情况来进行必要的选择。具体对于导线在进行悬挂操作处理时，应当保证复合绝缘子与复合横担达到30°的夹角，水平安装复合横担结构[2]。技术人员应当在电杆的适当高度位置安装水平的横担，确保达到导线固定的效果。铁横梁应当被安装在顶端的杆塔结构部位，以便于绝缘子串（V字形）能得到全面的固定。

此外，铁横梁应当布置在线路杆塔的中间部位，避免存在杆塔变形与扭曲的安全风险。技术人员通过进行精确的计算，应当能准确判断出避雷线的架空悬挂高度以及角度因素。按照目前现有的技术规范要求，对于输电线路网络应当确保控制在20°左右的导线与避雷线保护角。在提升导线原有的悬挂点时，应当密切重视保护角的设计数值变化。在必要的时候，对于导线原有的横担长度需要进行适度的缩短或者延伸，同时还需要保证电气绝缘间隙能满足规范要求。

2.2 复合绝缘子的结构设计

通常情况下，复合横担主要位于铁横梁的两侧结构部位，并且在横梁斜上方的两端部位设置悬式的棒形复合绝缘子[3]。复合绝缘子对于输电线路整体的运行稳定安全性能够给予保障，确保了输电线路满足绝缘性能的要求。具体而言，线路系统中的复合绝缘子以及复合横担至少需要包含护套、底座、伞裙、芯棒等组成部件，确保焊接处理后的金属材质底座能达到良好的安全使用性能标准。

对于导线需要进行绑扎操作处理，确保复合绝缘子达到1200mm以上的绝缘距离，以及1500mm左右的结构高度。线路工程的设计人员必须重点针对复合绝缘子进行合理的布局优化设计，确保控制在5kg左右的绝缘子自重，运用金具（通常为U字形）来连接两端的复合绝缘子部位。此外，避雷线的支撑系统结构应当包含钢槽的铁帽（长度约为3m）。技术人员通过实施电气性能测试等专业技术手段，确保经过合理优化后的复合绝缘子达到良好的安全性能需要。

图1 杆塔横担与复合绝缘子

图2 直线杆塔的横拉杆与斜拉杆结构

2.3 横拉杆与斜拉杆的结构设计

横拉杆以及斜拉杆应当布置在导线铁横担的连接部位，从而形成了坚固稳定的杆塔结构体系。目前现有的直线杆塔组成结构包含横向与倾斜的拉杆，确保按照现有的技术指标规范，来优化设计导线的铁横担结构。复合横担至少限定在20kg的自重以及1300mm左右的绝缘距离，确保达到1600mm的横担结构高度。横拉杆与斜拉杆都要达到安全坚固的基本质量要求，避免在覆冰荷载，以及风荷载的冲击影响下导致杆塔基础的断裂失稳。

在目前的输电线路优化设计中，要全面考虑杆塔本身的机械性能、电气性能与安全稳定性能，结合输电线路的特定运行环境，来实现必要的结构改进设计。如双避雷线的对称杆塔结构应当布置中间部位的导线，但同时还需考虑到边线的所在位置。安装避雷线的支架体系应当确保达到3m左右的高度要求，确保提升适当的悬挂导线距离。避雷线能够覆盖于导线保护角的整个空间区域，至少限定在1.5m的横拉杆架设高度，经过系统化改进设计保证复合横担的体系结构安全[4]。

3 110kV输电线路直线杆塔的结构设计完善对策

3.1 确保杆塔结构体系的稳定性

杆塔结构只有保持了较好的稳定性，那么输电线路才不会受到外界因素以及线路荷载因素的不利影响。在多数的情况下，输电线路比较容易受到绝缘子、避雷线、导线以及覆冰荷载等因素干扰，进而形成了输电线路中的杆塔失稳后果。由此可见，确保输电线路现有的杆塔坚固程度达标具有显著的实践意义。自然气候灾害重点表现为突发雪灾以及霜冻灾害，积雪厚度如果超出了输电线路的荷载承受限度，则会引发线路杆塔以及线路绝缘子的损坏后果。

存在过高运行负荷的线路结构体系比较容易发生杆塔倒塌等灾害，线路本体结构容易发生弯曲或者倾斜的后果[5]。在持续低温的状态下，出现线路冰害的可能性就会明显增大。冰闪跳闸的灾害事故后果通常形成于干燥气候条件，导电粒子以及悬浮颗粒物普遍存在于空气中，造成绝缘子发生闪络事故。污染性的悬浮颗粒物堆积在绝缘子的结构部位，对于线路系统的覆冰程度予以加重。冰桥主要形成于伞裙的绝缘子结构部位，从而产生了较高电导率的水膜。线路冰闪事故还可能发生于昼夜温差较大的自然气候区域，在气候温度逐渐升高的过程中，绝缘子的闪络风险将会明显增加，导致输电线路突然产生短路运行的后果。线路管理养护的具体负责人员务必做好实时性的线路冰害监测，及时清理存在积雪与积冰的输电线路部位。

例如，在某次的杆塔系统优化设计中，输电线路的工程设计人员将原有的杆塔组成方式，调整为复合绝缘子与导线铁横担相结合的形式，确保绝缘子的数目达到4个，复合铁横担达到两个。技术人员通过提升4m的悬挂导线高度点位，对于过小的安全间隔距离以及导线松弛的技术难题进行了有效的化解。杆塔组成结构的良好稳定性，以及安全性将会直接关系到杆塔的基本使用效能发挥，因此上述因素亟待得到工程设计人员的关注。表1为直线杆塔结构稳定性的影响因素。

表1 直线杆塔结构稳定性的影响因素占比统计结果

3.2 对于直线杆塔的定型结构进行合理优化

直线杆塔的定型结构目前需要得到合理的优化，旨在确保经过优化改进后的直线杆塔能延长原有的线路使用期限，同时还可避免产生重大性的电网传输安全故障。简化复合横担的线路组成结构，可以促进直线杆塔的整体使用效能达到最优，防止频繁产生杆塔运行中的大范围故障。从当前的输电线路设计现状来看，某些工程设计人员往往比较容易忽视开展杆塔安全性能的测试，进而埋下了重大性的杆塔安全事故风险。由此可见，线路工程的设计方案必须包含安全性能测试的重要环节，开展专业化的电气绝缘测试以及机械强度测验。

输电线路的现有杆塔形式表现为多样化的基本特征，悬挂后的绝缘子与横担共同发挥了杆塔安全运行保护的重要实践功能。系统设计人员对于目前现有的悬挂导线高度实施必要的调整，并且合理改变了交叉跨越距离的重要设计参数。导线应当保证满足最基本的对地安全间隔距离，以防附近区域的人员发生触电安全事故，切实促进杆塔结构体系的安全使用效能优化。电网体系不能缺少输电线路的杆塔体系支撑，杆塔体系需要得到定期的安全保养维护，严格防止表现为杆塔断裂或者基础部位失稳等后果。

输电线路的现场施工环节通常存在较多的施工安全隐患，输电线路的施工操作人员必须从事高空施工作业。输电线路的施工监理单位针对线路质量安全应当给予客观的判断，全面查找输电线路目前存在的工程安全运行风险。线路绝缘子的形状选择对于线路积冰现象将会产生显著的影响，因此决定了输电线路的规划设计人员务必确保线路绝缘子的体系结构合理。为了保证达到均匀的覆冰程度效果，那么线路设计人员应选择V形线路绝缘子，确保对于覆冰导致的输电运行压力予以合理的降低。对于覆冰灾害影响程度较低的输电网络区域而言，应当视情况选择插花串形状的绝缘子，并且严格控制绝缘子的间隔距离。输电线路规划设计的实施人员针对输电线路的设计文件需要进行妥善的监管。

3.3 创新现有的杆塔型式

近年来，电网设计人员重点针对电网杆塔的布局组成方式进行创新，其中关键体现在杆塔型式的优化改造。直线杆塔型式目前具有丰富多样的特征，那么决定了直线杆塔的系统设计人员应当运用综合考虑对比的方法，来选择最优的杆塔设计模式。创新目前现有的杆塔设计形式，应当能够全面考虑到杆塔设计规划的工程技术成本、杆塔施工流程的快捷性、杆塔运行使用的期限长度等。定型结构因素属于关键的杆塔设计组成部分，输电线路的系统设计人员务必须确保导线绑扎能达到坚固程度的指标要求，尤其是针对截面较大的输电导线而言。

横担悬挂端头部位的拉环至少需要保证在两个，分别将其布置在上下部位。在必要时，导线绑扎的传统实施方式应当得到灵活的改变，确保拉环能够悬挂导线，同时对于导线应当固定在指定的空间区域位置。技术人员应当将工字钢或者槽钢安装于中部的杆塔结构部位，以此来实现铁横梁的固定效果。通过全面实施以上的工程设计优化调整，杆塔外观形态主要为H形，满足了杆塔稳定性与安全性的要求。

输电线路必须确保符合抗冰结构的基本厚度标准，线路设计规划人员应当全面考虑到地形地质因素以及自然气候因素。技术人员在正式铺设线路网络结构之前，首先需要通过展开模拟测试的方式来确定线路布局规划的合理性。对于输电线路的绝缘子分布间隔距离、绝缘子形状，以及线路抗冰层的厚度参数都要给予全面的优化设计，切实保证输电线路达到较好的冰害抵抗能力。输电线路的工程采购人员应当经过综合性的分析比对，确定可行性最佳的工程材料采购规划。

经过分析可知，110kV的电网输电系统不能缺少直线杆塔的重要部件，直线杆塔在稳定传输电流，以及实现电网绝缘功能的过程中占据关键地位。然而在一些情况下，直线杆塔比较容易受到线路覆冰荷载、绝缘子自重、避雷线以及导线张力、风荷载等因素影响，从而造成了直线杆塔的正常使用功能无法得以发挥。具体在优化设计直线杆塔的实践工作中，关键性的技术改进措施就要落实于创新现有的杆塔结构组成。工程设计人员必须充分确保杆塔的坚固安全，避免外界因素给输电线路杆塔带来显著的不利影响。