高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究與應(yīng)用

江西恒能電力工程有限公司 張 松

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，有必要對塔的施工進行改進，我們必須做好每一步，從分析了解現(xiàn)代高壓輸電線路塔的設(shè)計對塔架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，完成整個工程。此外，國內(nèi)外對電力設(shè)施建設(shè)的關(guān)注也越來越多，現(xiàn)階段，輸電塔和電網(wǎng)建設(shè)是國際社會關(guān)注的問題困難，特別是在人口密集地區(qū)，建筑能源結(jié)構(gòu)不僅要影響人們的正常工作和生活，而且要保持一定的距離。因此，在美國、日本等人口相對集中的發(fā)達國家和地區(qū)，電網(wǎng)建設(shè)、高壓輸電鐵塔建設(shè)、多回路高壓選擇同一塔的高壓輸電塔。本實用新型與多回路塔相比，適用于土地資源稀缺的經(jīng)濟發(fā)達城市和地區(qū)。

1 優(yōu)化塔身結(jié)構(gòu)設(shè)計探析與思考

隨著社會的進步，城市能源網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)越來越受到人們的重視。例如，目前的能源網(wǎng)正在進行全面的設(shè)計。傳統(tǒng)電網(wǎng)只能在輸電塔之間使用電能，有些輸電塔可以安裝多個屋頂。從回路的角度來看，傳統(tǒng)的設(shè)計思想是輸電線路的設(shè)計思想。然而，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，一些材料具有比傳統(tǒng)材料更先進、更高效、更安全的因素。此外，新輸電線路的最大優(yōu)點是設(shè)計簡單、科學，降低了輸電帶來的安全風險，提高了輸電的安全性和準確性。在塔身設(shè)計過程中，線路清晰，降低了難度因素，既提高了工程效率，又保證了安全。此外，隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，能源網(wǎng)絡(luò)不再僅僅依靠塔樓傳輸能源，甚至可以利用互聯(lián)網(wǎng)對能源網(wǎng)絡(luò)進行控制。現(xiàn)在可以通過互聯(lián)網(wǎng)充電，雖然互聯(lián)網(wǎng)可以提高能源網(wǎng)絡(luò)的效率，但能源網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施也需要塔樓的支持。因此在設(shè)計塔架結(jié)構(gòu)時必須充分考慮安全因素、技術(shù)因素、質(zhì)量因素等。此外，塔的設(shè)計還必須考慮平衡以及抗沖擊能力等因素。此外，塔的設(shè)計必須符合一定的物理原理和建筑設(shè)計原則，初步設(shè)計必須現(xiàn)場勘察，塔的設(shè)計不應(yīng)只注重對結(jié)構(gòu)設(shè)計，也對建筑材料的選擇[1]。

1.1 有效途徑

斜塔材料的設(shè)計本文認為，減少塔身傾斜材料的主要方法是選擇和測量能夠抵抗外部荷載彎曲力矩地傾斜材料的長度。在這種情況下，荷載報酬對材料的彎曲功能有影響，即材料與傾斜面之間的角度受塔身結(jié)構(gòu)嚴格標準的約束。在設(shè)計過程中必須選擇一些材料，并且必須檢查水平面與塔體之間的特定角度。網(wǎng)絡(luò)管理一般在30度左右。該設(shè)計的一些缺點是只考慮了一側(cè)的水平腿約束，沒有充分考慮塔的維護能力。塔身設(shè)計中應(yīng)考慮以下因素：首先，塔的類型，在此基礎(chǔ)上必須考慮材料的選擇要求，除準確計算塔身長度外等，最終了解塔的承載力。在塔體斜材布置方法中，無論是采用雙斜料，還是采用斜截面材料，或采用雙斜分料截面的性質(zhì)，是選擇斜排列的材料為K形，或斜交叉的材料，或足夠的反排列的材料為K形等，同時，應(yīng)選擇什么樣的位置等。因此，在作出正確的決策之前，所有這些都需要精確的比較，這有助于塔的建造。

1.2 具體方案

為了減少基礎(chǔ)材料和基礎(chǔ)能力的消耗，僅有的500kV單回和大型裝載塔基于大量大型塔架。隨著500kV左右的雙回線在同一桿塔中并聯(lián)，越來越多的方式將被采用，如塔身大、塔身厚、塔座大等。最近，一個項目是與一條雙500kV輸電線路在同一個桿塔中的項目。由于施工材料是公司最弱的，因此航站樓塔身的適當材料高度傾斜，造成經(jīng)濟損失。后來，增加了隔墻板支撐材料的施工，繼續(xù)研究細節(jié)，改進塔體建筑，這是非常重要的。這種現(xiàn)象在中國非常普遍，此類事故的發(fā)生率相對較高，因此對塔架布局提出了最高要求。之后繼續(xù)進行細節(jié)工作，改進塔架施工。同時對牽引設(shè)備提出了最高要求[2]。

1.3 具體措施

在設(shè)計過程中，通過傾斜墊保持塔體的平衡，如在節(jié)點板和塔體中間加傾斜墊，可以提高塔體的穩(wěn)定性和強度。不過，由于它要求一定的水平，設(shè)計較為麻煩。為了確保節(jié)點不出現(xiàn)扭曲，可選擇單腳鐵，或單腳鋼可緊固在塔體內(nèi)，或雙排螺栓可緊固在塔體內(nèi)，以提高關(guān)鍵材料的加工精度。邊緣方面，如塔身設(shè)計使用了“雙角截藍截面”，則可使塔體斜板節(jié)點在同一平面上共同工作。如果鋼箱梁拼裝平臺的截面形狀為“十”字形，可直接使用普通鋼板的彎曲方式。而如果塔體的主體材和斜材均為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，在設(shè)計上則是十字形的，即既合乎熱力學原理，又可使整體構(gòu)造更加新穎。有很好的視覺效果。由中國人設(shè)計的500kV雙回路鋼管鐵塔主要是在今年設(shè)計的，通過過載試驗和全工況試驗，設(shè)計人員可以選擇供參考。然而，由于鋼管塔的施工成本比其他塔高，可以采用角鋼塔，也可以采用角鋼塔。

2 在國外的應(yīng)用

在一些歐美發(fā)達國家，電力建設(shè)處于世界前列。以德國為例，該國能源工業(yè)發(fā)展迅速，電力線路越來越多，該國最大的電壓已達到380V。這主要是由于德國土地面積小。因此，為了提高土地資源的使用率，有的放矢，高效利用土地資源，國家規(guī)定，如果必須修建電力走廊，同一塔中的線路必須修建兩條或兩條以上，但德國的高壓線路基本上是同一塔中的四倍。同一座塔的線路應(yīng)修建四次以上，線路較多。在所有能源建設(shè)中，同一塔中的運輸占了很大一部分投資，約占25%。對日本來說，地面空間越窄，即使在受力條件下，帶塔多回路電力線路的建設(shè)也比較普遍，而電壓在110V以上的線路是帶塔的四倍，同樣，帶塔多回路電力線路的建設(shè)500kV以上高壓線路帶桿塔的情況很少，但實際施工中經(jīng)?？梢钥吹綆U塔8回路的線路施工。

3 輸電技術(shù)的應(yīng)用原則

高壓直流輸電建設(shè)已具備了輸電容量大、電壓等級長的優(yōu)點，已步入了特高壓范圍內(nèi)，對國家電網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)、安全平穩(wěn)運營將產(chǎn)生重大的影響，對整個電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運營也提出了更高的技術(shù)要求。工程建設(shè)條款根據(jù)超高壓直流輸電工程建設(shè)，區(qū)別于傳統(tǒng)高壓直流輸電工程建設(shè)的主要特征。

3.1 電力系統(tǒng)規(guī)劃

由于在同一個塔架上建造多回路塔架的難度以及Institut電力設(shè)計有限公司的主要管理文本，因此，在施工前和同塔多圈塔架施工過程中，做好前期勘察工作十分必要，還應(yīng)注意保留較多線路，以便于隨后的地區(qū)網(wǎng)絡(luò)改造，并滿足能源網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求。

3.2 現(xiàn)有電網(wǎng)資源

成本是電力部門和市政部門必須考慮的關(guān)鍵問題之一，以最大限度地節(jié)約成本，提高效率。目前，電網(wǎng)建設(shè)的主要問題是年費用，同塔多回路塔的電網(wǎng)建設(shè)需要花費大量的資金，成本能源投資可以帶來更高的經(jīng)濟效益和社會效益，需要加以考慮。因此，有必要充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)約成本，提高效率。在不影響電耗和正常生產(chǎn)生活的前提下提高管道輸送能力，節(jié)約成本。

3.3 城市建設(shè)規(guī)劃

城市發(fā)展和人民生活工作意味著能源供應(yīng)充足，重組和更換能源網(wǎng)絡(luò)不會影響人們的正常工作和生活。所以隨著城市的快速發(fā)展，輸電必須跟上城市發(fā)展的步伐。因此，在人口稠密、土地資源稀缺的城市中，從同一塔樓上建造多圓塔具有十分重要的意義[3]。

4 技術(shù)經(jīng)濟指標

4.1 鐵塔基礎(chǔ)材料成本費用

在供電線路鐵幢的建設(shè)中，一般都必須考慮基礎(chǔ)成本，即除了鐵幢的基礎(chǔ)材料成本，還有電纜、鋼材和混凝土等的應(yīng)用。而塔式選材規(guī)范也多種多樣（三管塔、法蘭連接單管塔、連接單管塔、角鋼塔、桅桿電纜）。因為電網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)特點，同一電路下的電網(wǎng)施工成本超過了傳統(tǒng)電網(wǎng)。也因此，在同一威海市塔山中的多圈結(jié)構(gòu)的復雜性更大，需要更多的基礎(chǔ)材料。在通常情況下，同塔高壓鐵塔的施工規(guī)模很大，基礎(chǔ)線路材料成本也超過了普通的輸電高電壓鐵塔。

4.2 電氣材料成本費

本實用新型涉及一種電鐵塔結(jié)構(gòu)，其電鐵塔結(jié)構(gòu)的材料成本與傳統(tǒng)電鐵塔結(jié)構(gòu)的材料成本相同，鐵塔構(gòu)件采用熱軋鋼板Q345B、Q235B等熱軋材料，鋼板采用Q345、Q235鋼。然而，由于桿塔本身的特殊性，在線路施工過程中，線路絕緣子是在傳統(tǒng)線路的基礎(chǔ)上使用的。在同一座塔的施工中，電氣材料、電線和通信線路的使用情況基本相同。因此，在電氣材料成本方面，同一塔多回路塔與傳統(tǒng)回路塔的施工成本相同。

4.3 施工費用

與傳統(tǒng)的線路相比，電路鐵塔施工難度較大，對施工隊伍和施工人員的技術(shù)水平要求也較高，現(xiàn)階段我國同塔多回線路施工經(jīng)驗相對較少，因此同塔多回線路的造價也相對較高。

4.4 征地費用

由于線路桿塔的設(shè)計要求是以占地為基礎(chǔ)的，在土地資源稀缺的地區(qū)使用同一線路桿塔是不可能建成的。人口密集地區(qū)的能源網(wǎng)絡(luò)越來越多，因此，傳統(tǒng)的塔架線路被同一塔架中的大量電路所取代，這在大型項目中可以看到，同塔多回路的土地購置成本要比傳統(tǒng)的線路低。

5 鐵塔設(shè)計

5.1 鐵塔荷載

鐵塔荷載是指在同一座塔中的多回路塔的功能，包括自然條件、人為因素和能量消耗。設(shè)計過程充分考慮了塔樓所在區(qū)域50年內(nèi)不同的自然條件和可能的人為因素。正常情況下，同一桿塔中多條回路的使用壽命至少為50年。在施工過程中，施工隊以適當?shù)馁Y質(zhì)負責施工。

5.2 日常運行

在日常電力運行中，一般情況下主要分為三種：一種涉及風速，不結(jié)冰，不斷線；另一種是相對風速，冰，線不會斷裂；另一個是最低溫度，沒有冰，沒有風，沒有斷線。

5.3 斷線

輸電線路斷線原因可以分成兩類：一類為塔吊線斷開，環(huán)境溫度約為-5℃，結(jié)冰，若無風影響計算，在同一輸入線圈中，斷線時無導體，地導線連續(xù)，但斷開時無導體不能破壞它。另一個張力塔斷線，溫度也是-5℃，無冰，也無風，在同一個輸入線圈中，可以切斷了所有的地線圈，連一根也切斷了任何一條。所以，在不同的塔，斷開情況也有所不同。

5.4 不均勻荷載

同樣，這兩座塔，懸垂型桿塔和耐張型桿塔在相同的條件下，受力也不同。根據(jù)架空線路，在-5℃時，隨著覆冰不均勻，風速相同，兩側(cè)覆冰計算不同，第一類塔導體縱向不平衡應(yīng)力最大為10%，第二類塔導體縱向不平衡應(yīng)力最大為10%；在同一塔的情況下，不平衡張力為使用張力的30%。這說明第二類塔的非均勻荷載較大。因此，應(yīng)考慮地線間的不平衡應(yīng)力，即塔的最大承載力。

5.5 安裝

懸垂型桿塔安裝和荷載有兩個主要考慮因素。一是影響電線、地線及相關(guān)物體的負荷。包括各種鋼絲繩的重量及使用工具，如起重荷載，運行時考慮的動模量為1.1；其次，各種鋼絲繩的錨索作業(yè)。在實踐中，總結(jié)了錨索的豎向受力分量和地面線的重力和附加荷載，即懸點的豎向荷載量，而鋼絲繩的縱向受力而地應(yīng)力和錨索張力是混凝土縱向不平衡應(yīng)力的取值[4]。

耐張型桿塔的安裝主要考慮導線、接地線荷載、錨索、錨索、接地線和耐張導線的安裝。需要注意的是，導線電壓平衡值與標準值相同，按30kN計算，接地光纖必須滿足5kN標準。

牽引繩與地面之間的夾角通常小于20°。在計算導體的窄電壓時，將考慮初始長度和導體誤差、接地電纜和吸引力等因素。在同一塔四圈能量線的建設(shè)中，必須先修建接地電纜，然后采取進一步的施工步驟。

6 結(jié)語

當前，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源在我們的日常生活中越來越重要，電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在我國顯得越來越重要。許多問題在中國沒有得到解決。在投資等方面所占的比例相對較大，已成為我國建設(shè)交通干線的關(guān)鍵。輸電塔本身的設(shè)計要求設(shè)計人員在設(shè)計時必須考慮到塔身的新材料，以質(zhì)優(yōu)價廉的方式施工，保證不浪費資源和成本，它能保持高負荷能量，使輸電線路的建設(shè)安全、合理、經(jīng)濟，從而優(yōu)化輸電塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足基本的能源建設(shè)要求。促進中國電力的可持續(xù)運行和部分電網(wǎng)的安全運行，這關(guān)系到中國電力的發(fā)展和人民生活的舒適，因此輸電塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用對我國未來的能源消費具有重要意義。