輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展和現(xiàn)狀研究

郭振民

青?？菩烹娏υO(shè)計(jì)院有限公司 青海西寧 810001

輸電線路鐵塔長(zhǎng)時(shí)間處在野外，由于人為或者是自然因素導(dǎo)致輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)材料老化與結(jié)構(gòu)損傷，從而威脅到安全可靠性。在電力事業(yè)逐步擴(kuò)大與發(fā)展的形勢(shì)之下，在人們生活與社會(huì)之中的作用優(yōu)勢(shì)凸顯出來(lái)。在人們安全意識(shí)逐步加大的背景之下，近些年電力事故層出不窮，人們針對(duì)安全供電有著更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，也就說(shuō)明得要在最大限度之上來(lái)保障輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，其會(huì)直接性的受到鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響[1]。

1 概述

輸電鐵塔是電網(wǎng)運(yùn)行的重要支撐部件，對(duì)輸電鐵塔的主要構(gòu)件進(jìn)行分析可知，“頭部、身部、腿部”是輸電鐵塔的核心，其中頭部是指地線支架、上曲臂、下曲臂、橫擔(dān)，腿部是指鐵塔的基礎(chǔ)構(gòu)件。在輸電鐵塔裝配過(guò)程中，需使用到螺栓、腳釘、墊片等，輸電鐵塔的其他部件還包含主桿、斜桿、輔助材料等。輸電鐵塔的運(yùn)行具有特殊性，鐵塔需根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)方案進(jìn)行加工制造，主要包含板材加工和角鋼加工。輸電鐵塔對(duì)加工構(gòu)件的質(zhì)量要求非常高，相關(guān)構(gòu)件需具備一定強(qiáng)度、塑性與韌性，以保證構(gòu)件后續(xù)使用的安全性與可靠性[2]。

2 我國(guó)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

我國(guó)近百年來(lái)均是通過(guò)鐵塔架空電線來(lái)傳輸電能，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)的形勢(shì)之下，人們針對(duì)電能方面的需求量也在逐步變大，當(dāng)然這也勢(shì)必會(huì)加大用電容量。然受到我國(guó)地域?qū)挿阂蛩氐挠绊?，我?guó)運(yùn)用電源地點(diǎn)也展現(xiàn)出來(lái)分散型特征，諸多電量均得借助電線來(lái)進(jìn)行傳輸，所以鐵塔也就出現(xiàn)在人們的視野之中。因?yàn)槲覈?guó)該類地域?qū)拸V特征，在設(shè)計(jì)鐵塔結(jié)構(gòu)的時(shí)候，得要考慮到線路的完整性，得要進(jìn)行實(shí)地考察，才可以進(jìn)行傳輸，換言之在設(shè)計(jì)的時(shí)候，得要考慮到電壓、氣候與地形等因素的影響，所以就給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)予以勘查，依據(jù)具體情況來(lái)設(shè)計(jì)出與當(dāng)?shù)靥卣飨喾妮旊娋€路，從而來(lái)更好的傳輸電路。

3 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 鐵塔塔頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在我國(guó)輸電線路雙回路線路之中，鼓型是其中一類普遍化的桿塔布置型式。運(yùn)用該類形式來(lái)布設(shè)塔頭，其具備著傳輸李直接明確、簡(jiǎn)便化的特點(diǎn)，通過(guò)垂直形式來(lái)進(jìn)行導(dǎo)線的排列，塔頭偏高，假使針對(duì)跨越指標(biāo)提出更為嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，那么為了達(dá)到電氣針對(duì)地間距的要求，相應(yīng)的就得要加大鐵塔高程，從而引發(fā)塔身、上層導(dǎo)線都會(huì)形成相對(duì)較大的風(fēng)荷載，這不但會(huì)導(dǎo)致鐵塔建設(shè)階段對(duì)于材料的消耗量，且還會(huì)出現(xiàn)較大的基礎(chǔ)作用力。雙層橫擔(dān)的V 串塔型為鐵塔串設(shè)的普遍運(yùn)用形式之一，塔頭布置形式主要就是三角形[3]。

針對(duì)雙層橫擔(dān)、對(duì)鼓型兩類布塔形式來(lái)發(fā)呢西研究，并結(jié)合已經(jīng)投運(yùn)到輸電線路工程之中已經(jīng)相對(duì)成熟化的設(shè)計(jì)成果，當(dāng)然上述兩項(xiàng)布設(shè)形式都存在一定的優(yōu)點(diǎn)與劣勢(shì)。鼓型塔布設(shè)的流程與工序相對(duì)簡(jiǎn)便、傳力清洗明了、走廊過(guò)于狹窄。在具體布設(shè)V 串雙層橫擔(dān)塔之中，通過(guò)運(yùn)用三角形式來(lái)進(jìn)行導(dǎo)線的排列，該種形式可以促使塔高基本上會(huì)存在約為10m 的降幅，與鼓形塔對(duì)比分析用材量的減少率基本上為10%，基礎(chǔ)作用力的減少率也在12%之上，建設(shè)過(guò)程之中會(huì)取得良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 優(yōu)化鐵塔塔身橫斷面樣式

一般情況之下，電網(wǎng)過(guò)程之中直線型鐵塔的塔身橫斷面的主要形式為長(zhǎng)方形、正方形。依照以上諸多試驗(yàn)研究得知，直線型鐵塔的水平荷載要大于縱向荷載。依照以上研究結(jié)果得知，將鐵塔塔身橫斷面設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形，通常情況均是科學(xué)合理化，值得注意的就是，抵抗荷載能力整體偏小，但是正方形塔在抵抗縱向荷載方面也會(huì)展現(xiàn)出更好的效能。

3.3 優(yōu)化塔身坡度

在塔身斜材形式等同時(shí)，塔身坡度改變會(huì)對(duì)其主材與斜材形成直接影響。塔高、塔身瓶口寬與塔腳根開(kāi)是決定坡度的三大指標(biāo)。在設(shè)定塔頭形式與呼高后，塔身便是恒定值，此時(shí)就需采用塔身瓶口寬與塔腳根開(kāi)測(cè)算塔身坡度，塔身坡度大小和兩者差值存在正相關(guān)性。當(dāng)塔身變坡位置寬度值一定時(shí)，優(yōu)化塔身坡度等同于優(yōu)化鐵塔根開(kāi)，鐵塔根開(kāi)這一指標(biāo)對(duì)塔身主材起到一定調(diào)控作用，借此方式影響塔體自重，也和基礎(chǔ)作用力大小存在一定關(guān)聯(lián)性。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，主材在整塔重中所占比例約為40%，主材是決定塔重高低的主要因素，這提示塔身坡度越小塔體越重。

3.4 防腐設(shè)計(jì)

由于輸電線路大跨鐵塔長(zhǎng)期暴露在室外，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極考慮防腐材料的應(yīng)用，保證所使用的防腐材料具有保證材料具有附著力強(qiáng)、防覆冰、耐熱、耐鹽霧性等特點(diǎn)，確保輸電鐵塔在濕度、鹽度較高的環(huán)境中減緩金屬物銹蝕、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受破壞，減少維修檢修次數(shù)和維修頻率。以舟山市冊(cè)子島海邊的380m 輸電高塔為例，該塔兩段單側(cè)重量為23.15t 的塔頭橫擔(dān)組合件被緩緩吊至度標(biāo)高302m，國(guó)網(wǎng)寧波供電公司與中科院材料所聯(lián)手創(chuàng)建的電網(wǎng)新材料應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室著手將研制的新型石墨烯重防腐涂料應(yīng)用到這座輸電鐵塔之上，根據(jù)該鐵塔鍍鋅表面光滑度及當(dāng)?shù)厥┕きh(huán)境，電網(wǎng)新材料應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室還對(duì)涂料底漆配方原料及干燥性能做了調(diào)整，得到中國(guó)工程院院士薛群基、國(guó)際腐蝕聯(lián)盟執(zhí)委李曉剛等多位專家的肯定。

4 結(jié)語(yǔ)

在確定鐵塔符合輸電線路工程現(xiàn)實(shí)運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，還要盡量使其表現(xiàn)出塔重最輕、構(gòu)造美觀、運(yùn)行維護(hù)便捷等特征。這就要求在設(shè)計(jì)鐵塔時(shí)，在與構(gòu)造要求相匹配以后，依照外荷載特征盡量使鐵塔各個(gè)部件受力明確、傳力直接、節(jié)點(diǎn)處理簡(jiǎn)易、材料布置形式符合其自身受力特征。由此可見(jiàn)，本文的研究也就顯得十分的有意義。