浅谈高压输电线路杆塔的设计应用

摘要：随着我国电网的不断完善和发展，输电线路工程逐渐向大型化、规模化、长距离的趋势发展。在输电线路结构设计中，也面临着复合材料的技术革新，本文结合应用实际，以高压架空线路设计中应用最为广泛的角钢塔及钢管杆塔作为切入点，对其设计应用提出一些新思路，为广大输电线路结构设计人员提供参考。

关键词：高压输电线路；杆塔结构优化设计

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、杆塔在南方电网标准化设计形势下的设计应用

1、杆塔结构设计存在的问题及不足

输电线路杆塔结构是电力架空线路设施中特殊的支撑结构件，是导线、地线、绝缘子串和基础的联结纽带，其结构性能直接影响着输电线路的安全性、经济性和运行可靠性。随着我国电网的不断完善和发展，输电线路工程向大型化、规模化、长距离的趋势发展。由于我国地理条件复杂、山地及丘陵地貌较多，输电线路设计必须穿越大量的山地及河流，独立运行于人迹罕至的区域，为了保障杆塔的安全稳定性一般会留有裕度，但裕度控制不足则容易造成材料浪费。大量钢结构杆塔的使用不仅消耗大量矿产资源，也给角钢塔及钢管型杆塔的设计制造、运行维护带来了诸多困难。因此，杆塔结构设计选型及优化对工程投资起着重要影响。

2、南方电网公司推广标准化设计的背景及优势

输电线路的杆塔设计是由工程的特点及工程实际需要所决定的。其具体的影响因素主要有电压等级、回路数、导线界面、地形条件、气象条件、铁塔型式、线路海拔高度及绝缘子串形式等。2010年，南方电网公司发布《南方电网公司110～500kV输电线路杆塔标准设计工作大纲》，组织各设计单位及省公司，对电网基建工程常用杆塔模块进行针对性的全新设计并且备案。其标准化模块设计为广大杆塔结构设计节约了大量的计算及校核时间，优化了设计流程，促进输电线路结构设计的高速和高效发展。

3、积极研究杆塔新型复合材料，抢夺技术制高点。

在推行标准化设计的同时，南方电网公司积极参与新型复合材料在输电线路设计中的应用研究。2012年深圳供电局组织的“输电线路负荷材料杆塔的应用研究”项目顺利通过验收。该项目研制的复合材料杆塔具备了质量轻、强度高、耐腐蚀、温度适应性强、绝缘性能好、可设计性好、维护性好、防撞和抗冲击性能及耐细菌性能良好等方面的特点。在超高压及多回路输电线路杆塔设计中，采用钢管杆塔与新型环保复合材料杆塔相互结合，将成为输电线路工程应用发展的趋势。

二、高压输电线路杆塔结构设计要点

1、新型标准设计方案，充分考虑风压系数，优化裕度方案，避免材料浪费。

在一般高压输电线路工程中，直线塔塔型采用较多，杆塔规划大都把直线塔的规划作为重点。而新型的标准设计则对直线塔采取“塔高每降低一定高度，杆塔水平档距相应增大一定百分比”的新设计方案，充分利用铁塔塔身和导地线的风压高度系数随高度变化的特点，对规划的同一直线塔型，使由于呼称高降低而减小的塔身和导地线风压等于导地线水平荷载的增大值。这样每一个塔型的使用条件都包括若干组不同呼称高和水平档距的组合，对这若干组使用条件均进行杆塔荷载和铁塔计算，以保证设计出的塔型能真正满足每组使用条件并达到满应力设计。这种先进的规划方法具有塔型种类不多且使用条件丰富的特点，能有效提高杆塔的利用系数，节约投资，响应国家低碳环保的节能主张。

2、优化城区线路设计，采用同塔多回路设计，减少土地占用。

输电线路在城区线路部分沿城市道路或者绿化带走线时，应采用钢管杆塔以减少对于城市用地面积的占用。跨越城市的送出线路设计应采用窄基铁塔或钢管型杆塔。在旧城区配电线路改造设计中，要进行设计核算，正确选择和使用杆塔型式，采用双回线同杆架设。例如多回路杆塔，可以同时架设和运行同一个或多个电压等级的线路。由于多回路杆塔的杆塔身具有很大的承受力，能承受各个不同方向的弯矩，一般为大拔销杆，钢管杆，窄基自立塔。其尺寸结构比较紧凑，重量较大，因此必须对杆塔基础进行相应的加固措施。

3、采用统一模块设计，结束杆塔类型千姿百态的混乱局面。

在推行标准化模块结构设计之前，各个设计单位均根据自己的计算进行核算，导致杆塔名称五花八门，杆塔类型千姿百态，不利于电网的运行维护及更换。南方电网公司按照各种主要影响因素，采用树状结构，建立杆塔模块库，将相同电压等级、回路数、自导线界面和还把高度范围的杆塔模块划分为一个大模块，再根据风速、覆冰情况、导线型号的不同进行子模块划分。待所有的模块及子模块均建立并且完善之后，南方电网公司可以统筹规划各个设计单位也可以相互借鉴使用，结束了以往型式混乱的杆塔设计历史。杆塔命名和主要设计原则统

一、结构设计优化也为杆塔的设计、制造、审查、施工、生产、运行等各阶段工作带来了极大的便利。杆塔的统一化标准化，也便于闲置物资的重复利用，是今后杆塔材料及物资信息优化的重要基础。而统一的设计原则则保障了各个设计单位设计成果的通用性和一致性，规范了图纸的内容和形式，保证了设计图纸的清晰及完整。

4、积极应用新材料可研成果，结合新理论创新塔型应用。

随着高强钢、钢管、耐候钢和冷弯型钢以及复合材料的研发及在工程上的应用，杆塔结构设计在荷载取值、节点构造、结构优化、风致振动等领域也取得了一些技术突破。设计人员应充分钻研前沿技术，将最新的技术成果应用于工程实际，使杆塔结构设计在设计理论和方法、承载性能试验以及新材料应用、新塔型等方面获得进步和优化空间。

5、充分利用二维及三维软件，对输电线路路径进行优化选择。

设计人员应针对路径范围内的地形采用计算机软件进行优化设计，对平地、山区、跨河段、转角点、覆冰地区、森林及特殊地带的输电线路路径选择采用不同的建模方式处理，采取不同的应对措施。输电线路杆塔定位设计主要程序包括制作定位弧垂模板、在平断面图上依序确定各种杆塔的位置及选型，定位后的档距、杆塔上拔、风偏、邻档断线和耐张绝缘子串倒挂等常规校验。在标准化模块设计的基础上，对路径进行优化选择，可以有效减少塔型选择的裕度浪费。

6、杆塔结构设计应充分考虑覆冰情况，杆塔结构的横担部分要进行强度计算校核。

杆塔的横担主要采用斜锥柱型箱型截面，其结构类型大致分直线型、耐张型和终端型三种。横担是一种悬臂梁结构，它因受自重和导线及附件重量或导线张力等构成的固定荷载和覆冰重量、检修人员、吊物重量等活动荷载的作用而发生弯曲变形，只有充分考虑这种变形，在设计上采取措施进行限定，才能使横担安全运行。特别是在广西2008年的冰灾中，由于原先的线路横担设计没有考虑如此严重的覆冰情况，横担强度不足，造成线路破坏和损伤，影响用电安全。因此，在南方电网最新的线路杆塔设计中，要求必须对横担进行强度计算以及校核，避免覆冰对线路造成的损坏和影响。

三、结束语

在南方电网标准化设计的背景下，广大设计人员应通读设计标准及相应规范，根据项目实际情况，对高压输电线线路杆塔结构设计的各项荷载取值及结构系数取值核算进一步落实研究，在保证塔架结构的可靠度要求的同时，优化杆塔结构指之材料最省重量降至最低。特别是在城区的配电网改造过程中，应尽量优化钢管塔的设计，加强基础结构优化，为城市建设提供更为稳定的电力供应，为区域城市建设发展奠定坚实基础。

参考文献：

1陈明亮.浅析架空输电线路杆塔结构设计[J].民营科技，2010年第11期

2张仕权.高压输电线路杆塔设计应注意的问题[J].价值工程,2011年第12期

3黄林.谈城市110kV以下配电线路改造杆塔的选型和使用[J].企业科技与发展，2012年第10期