我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度分析

施昆

分鐵塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，再加上惡劣的天氣，例如冰雪災(zāi)害等狀況的發(fā)展，會對鐵塔的穩(wěn)定性造成一定程度上的損傷，其安全性和穩(wěn)定性也勢必會降低，甚至?xí)斐蓢?yán)重的電力事故，因此必須對鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性予以高度重視。

一、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容便是塔桿設(shè)計(jì)，塔桿的穩(wěn)定性取決于設(shè)計(jì)水平是否能夠達(dá)到運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。為了保證塔桿在外力作用下依然能夠保證穩(wěn)定運(yùn)行，首先要做的就是要做好塔桿的基礎(chǔ)。此外塔桿的位置選擇、選材、選型還有塔間距離，同樣重要。雷電等自然現(xiàn)象對于塔桿的可靠性和穩(wěn)定性也有一定的影響，所以防雷接地裝置的設(shè)置也必不可少，這就必須要考驗(yàn)接地網(wǎng)的穩(wěn)定性，為了降低電阻應(yīng)該采取埋設(shè)接地模塊的方法來提高技術(shù)的可靠性，這是保證鐵塔穩(wěn)定性的關(guān)鍵性技術(shù)之一?，F(xiàn)在除冰設(shè)計(jì)也作為鐵塔結(jié)構(gòu)可靠性檢測的一項(xiàng)重要內(nèi)容之一，覆冰的輸電線路非常容易導(dǎo)致斷線事故的發(fā)生，也會給鐵塔的承重負(fù)荷造成巨大的壓力，嚴(yán)重會導(dǎo)致鐵塔發(fā)生斷裂事故，從而引發(fā)大面積的停電事故，給社會生活與生產(chǎn)帶來巨大損失。當(dāng)前國內(nèi)的除冰技術(shù)還不夠成熟，采用最多的方式便是機(jī)械除冰方法，最近幾年才采用了有源防冰覆層、涂設(shè)等涂料方式，但是也要根據(jù)實(shí)際情況來采用這種除冰方法，來保證鐵塔運(yùn)行的可靠性。

二、結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算方法與步驟

本文根據(jù)DL/T55154-2002《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)公式進(jìn)行推演：（1）將定值SGk作為該計(jì)算要求的永久載荷效應(yīng)，將單元ρQ（ρQ1、ρQ2）作為設(shè)定好的比值，這樣就可以計(jì)算出對應(yīng)的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值SWk=ρQSGk（SWk=ρQ1SGk，Sik=ρQ2SGk）。（2）依照相異的效應(yīng)組合情況，對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的抗力的標(biāo)準(zhǔn)值Rk依據(jù)極限狀態(tài)方程來進(jìn)行求解，在工況1（最大風(fēng)）條件下，鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出的結(jié)果為Rk=γRγ0（γG+γQβCαwTρQ）SGk；在工況2（風(fēng)荷載、覆冰荷載）條件下鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出的結(jié)果為Rk=γRγ0（γG+γQβCαwTρQ2）SGk。（3）上面步驟中計(jì)算出的隨機(jī)變量值的均值與標(biāo)準(zhǔn)值相乘，求解出μxi（i=1，2，…，n），即變量的平均值，然后再計(jì)算各個(gè)變量的均方差μxi，該均方差的計(jì)算是通過δxi（變異系數(shù)）和μxi（平均值）相乘求解出來的，計(jì)算結(jié)果為μs=μksSk，σs=μsδs，μR=μkRRk，σR=μRδR。（4）驗(yàn)算點(diǎn)設(shè)定為P*，相應(yīng)的變量為xi*。坐標(biāo)設(shè)置為xi*（R*，S*），其中要設(shè)定為xi*=μxi。（5）區(qū)別不同單元的基本變量概率分布情況，正態(tài)化非正太隨機(jī)變量。

三、構(gòu)建可靠度計(jì)算結(jié)果評價(jià)

根據(jù)要求，將冰、風(fēng)的載荷重現(xiàn)期設(shè)定為3個(gè)定值分別是15年、30年和50年。風(fēng)速設(shè)置為20m/s，風(fēng)載荷系數(shù)為βc，設(shè)定值為1.2，其他情況下忽略風(fēng)載荷調(diào)整系數(shù)，設(shè)定值為1.0。

結(jié)論

在大風(fēng)情況下，2級構(gòu)件的穩(wěn)定性略高，其余情況下略低；在覆冰情況下，2級構(gòu)件的穩(wěn)定性略高；50年的可靠性比30年的可靠性要低0.5，失效率要高1個(gè)數(shù)量級；50年的可靠性比15年的可靠性要低1.0，失效率要高2個(gè)數(shù)量級。建議，應(yīng)該將冰、風(fēng)荷載重現(xiàn)期提高到50年，對于自然條件惡劣地區(qū)的鐵塔結(jié)構(gòu)把荷載要求提高到100年，或者在50年的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高冰、風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。從而提高我國現(xiàn)行的鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度和安全度。

（作者單位：中國電力建設(shè)集團(tuán)成都鐵塔廠）