輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的探討

鄭存波

（溫州電力設(shè)計有限公司，浙江 溫州 325000）

1 輸電線路桿塔的概述

輸電線路桿塔是在架空輸電線路中用來支撐輸電線路的支撐物。輸電線路桿塔多由鋼材或鋼筋混凝土制成，是架空輸電線路的主要支撐結(jié)構(gòu)。輸電線路桿塔按使用材料分為鋼筋混凝土桿、角鋼塔、鋼管桿、鋼管塔。其中高壓輸電線路桿塔中最常見的是角鋼塔，其優(yōu)點是堅固、可靠，使用期限長；缺點是鋼材消耗大、造價高、施工工藝較復(fù)雜。輸電線路桿塔上還包括絕緣子串、架空地線、跳線絕緣子串。[1]

2 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計

2.1 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法

輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法采用的是動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法，追求型式美、重量輕、加工時運輸方便。動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法通常用于求解具有某種最優(yōu)性質(zhì)的問題。在這類問題中，可能會有許多可行解。每一個解都對應(yīng)一個值，我們希望找到具有最優(yōu)值的解，適合用于輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計。設(shè)計者可以從物理的概念著手，以美感、重量最輕為目的，結(jié)合相關(guān)的點算程序，用動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化法對輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。盡量減少迎風(fēng)的面積和降低塔頭的高度是優(yōu)化輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)的重要措施。

2.2 輸電線路桿塔塔頭形式的選擇

（1）常見的輸電線路桿塔直線塔的塔頭主要有干字形的和羊字形的，根據(jù)直線塔塔頭的滿應(yīng)力計算得出，羊字形塔頭在重量上是最輕的，因此，我們選擇羊字形塔頭。（2）輸電線路桿塔還有轉(zhuǎn)角塔，轉(zhuǎn)角塔的計算受力比較大，塔頭一般是干字形的，理由是為了增強輸電線路桿塔的剛度。

2.3 輸電線路桿塔塔身變坡層數(shù)的選擇

（1）直線塔選擇兩變坡塔身，在最下面的一層的橫的平面處就是變坡。（2）轉(zhuǎn)角塔我們分析了在相同的負載情況下兩變坡和三變坡的重量計算。結(jié)果為：

塔身不同變坡重量的比較表

塔型 A B C塔高(m) 24 24 24重量（kg） 33166.1 33436.4 32756.4主材規(guī)格L160×12H 2L160×16H 2L200×16H L160×12H L200×24H 2L200×16H L180×14H 2L160×16H 2L200×16H

通過塔身不同變坡重量的比較表可以看出來，C方案為三變坡，一變坡在220kV的導(dǎo)線橫擔(dān)處，經(jīng)過同樣的荷載計算得知，三個方案的塔高都是24m，但是A方案的重量比B方案的重量輕，C方案的重量比A方案的重量輕，因此采用C方案，減小了塔頭的身部寬度，降低了塔身的塔重。

2.4 輸電線路桿塔塔身尺寸的選擇

（1）輸電線路桿塔直線塔身尺寸水平檔距400m，垂直檔距560m，假設(shè)直線塔的塔根開不變，橫擔(dān)的長度也不變，求輸電線路桿塔直線塔頂和塔頭的下口處的寬度的最佳的尺寸。根據(jù)我國2011年設(shè)計的最佳坡度范圍，設(shè)置了9個直線塔塔頭的下口處的寬度分別為：4700mm、4000mm、3600mm、3200mm、2800mm、2600mm、2400mm、2200mm、2000mm，求出最小重量的直線塔塔頭的下口處的寬度，其中塔頭的高度為28m。根據(jù)相關(guān)的計算可以顯示出當(dāng)塔頭的上部寬度為1100mm，下部寬為2800mm，30m的塔跟開7700mm的時候鐵塔是最輕的。因此我們可以得出直線塔頂?shù)淖罴训某叽缟峡趯挒?100mm，塔頭的下口處的寬度為2800mm，30m鐵塔跟開7700mm。（2）轉(zhuǎn)角塔的最優(yōu)尺寸的計算主要是假設(shè)塔頂?shù)纳峡趯捵兓?，而中間的變坡、下口處和鐵塔的跟開都保持不變、橫擔(dān)的長度也保持不變。根據(jù)相關(guān)的計算我們可以得出最佳尺寸：塔頂?shù)纳峡趯挒?200mm，中間寬為2800mm，塔頭的下口寬為4200mm，鐵塔跟開為9000mm。[2]

2.5 輸電線路桿塔塔身斷面型式

輸電線路桿塔的直線塔塔身主要有兩種斷面形式，一種是矩形塔稱為扁塔，還有一種為正方形塔稱為方塔。扁塔的重量比方塔輕，但是抗縱向負載能力比方塔差且使用也沒有方塔靈活。方塔的抗縱向負載能力和使用的靈活程度相當(dāng)扁塔好，方形塔的斷面塔頭在順線路的方向上還是有著比較強的剛度，斷線的沖擊以及串級倒塔的能力也相當(dāng)扁塔強，雖然塔身比較重，但是綜合考慮，采用正方形的輸電線路桿塔塔身斷面型式是最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。

2.6 輸電線路桿塔傳力線路優(yōu)化

（1）輸電線路桿塔直線塔的傳力線路優(yōu)化主要是在塔身的上面位置布置K型的結(jié)果斜材，不僅能夠防止輸電線路桿塔的下部分的塔身斜材同時受壓，還能夠大大地減輕輸電線路桿塔的重量。（2）輸電線路桿塔的轉(zhuǎn)角塔的傳力線路優(yōu)化主要是在塔身的上面位置布置K型的結(jié)果斜材，不僅能夠防止輸電線路桿塔的下部分的塔身斜材同時受壓。還能夠大大地減輕輸電線路桿塔的重量，需要注意的是K型斜材的布置應(yīng)當(dāng)在110kV的橫擔(dān)處，因為此時的輸電線路桿塔的重量是最輕的。

2.7 輸電線路桿塔主材布置及節(jié)間優(yōu)化

（1）調(diào)整輸電線路桿塔主材的計算長度。輸電線路桿塔的構(gòu)件長度、構(gòu)件的承載力、輸電線路的截面積都與主材有關(guān)。當(dāng)強度控制著輸電線路桿塔的構(gòu)件規(guī)格的時候，輸電線路桿塔的構(gòu)件應(yīng)選取的規(guī)格要與其所承擔(dān)的內(nèi)力和構(gòu)件的計算長度相關(guān)。當(dāng)輸電線路桿塔的構(gòu)件所承擔(dān)的內(nèi)力保持不變的時候，輸電線路桿塔的構(gòu)件的長度越長，規(guī)格就越大。（2）調(diào)整輸電線路桿塔塔身交叉斜材。減少斜材的規(guī)格主要是讓輸電線路桿塔塔身交叉斜材是不同時受到壓力的控制。輸電線路桿塔塔身交叉斜材比較常用的有：正K式的交叉斜材、交叉式交叉斜材、倒K式交叉斜材等。

[1]譚卓敏.大負荷直流輸電線路桿塔的選擇與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].2012，（1）．

[2]周鋒.輸電線路桿塔接地裝置對人身安全性影響評估及防護措施研究[J].2012，（8）．