輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

楊德明

摘 要：近年來，我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也不斷完善。但是在電力傳輸設(shè)備的建設(shè)過程中也存在一定的問題。架空高壓輸電作為電力運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的主干，其建設(shè)的質(zhì)量和安全性就十分重，桿塔結(jié)構(gòu)的建設(shè)又是架空高壓輸電建設(shè)中的重中之重。目前我國(guó)輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)建設(shè)存在一定的問題，本文就結(jié)合桿塔結(jié)構(gòu)建設(shè)的現(xiàn)狀，對(duì)于輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：輸電線路；桿塔結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.159

0 引言

架空高壓輸電對(duì)于電能的運(yùn)輸具有高效性的優(yōu)勢(shì)，這一優(yōu)勢(shì)主要來源于桿塔的支撐作用使得高壓導(dǎo)線遠(yuǎn)離地面。這就有效的避免了人為的對(duì)于高壓導(dǎo)線的破壞，避免了惡劣天氣對(duì)于電能輸送的影響，規(guī)避了許多供電故障。因此在電網(wǎng)建設(shè)過程中，對(duì)于桿塔的建設(shè)也十分重要。需要保證桿塔的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)做到經(jīng)濟(jì)高效，先進(jìn)適用。然而我國(guó)目前電力網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)存在一些問題，為了實(shí)現(xiàn)工程最優(yōu)化和最大的效益化，需要對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 架空輸電線路設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及問題

1.1 塔鋼結(jié)構(gòu)缺乏必要的合理性

架空輸電線路中主要采用的桿塔類型是拉線塔。拉線塔作為國(guó)內(nèi)最具有經(jīng)濟(jì)效益、結(jié)構(gòu)合理的工程技術(shù)形式，被應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)的許多領(lǐng)域。而在山區(qū)電網(wǎng)建設(shè)中，由于地形的復(fù)雜性，主要采用了自力式的鐵塔代替。這里主要對(duì)于拉線塔的相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。拉線塔的具體形式有絕緣支持式桿塔、拉線——拉索桿塔和拉 V 塔。對(duì)于絕緣支持式桿塔投入成本相對(duì)較大，在制造過程中難度也相對(duì)較高。因此，在現(xiàn)階段輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這種桿塔的使用率較低。而對(duì)于拉線——拉索桿塔，其最大的優(yōu)點(diǎn)是縮小線路傳輸?shù)木嚯x，提高電力運(yùn)輸?shù)男?。其不足之處主要表現(xiàn)在桿塔的占地面積較寬，在相對(duì)狹窄的區(qū)域難以很好的投入使用。對(duì)于拉 V 塔，這種技術(shù)形式主要廣泛的運(yùn)用在高壓線路之中，由于其機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較高，電力故障會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重的影響。

1.2 桿塔的強(qiáng)度設(shè)計(jì)不合理

桿塔最為高壓導(dǎo)線的重要支撐，桿塔強(qiáng)度是保證架空高壓輸電線路安全的基礎(chǔ)。桿塔的強(qiáng)度通常會(huì)受到制造材料、桿塔結(jié)構(gòu)的影響。我國(guó)在桿塔建設(shè)中為了保證施工質(zhì)量，通常采用環(huán)形截面混凝技術(shù)，提高混凝土的整體強(qiáng)度。而在實(shí)際施工和設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)桿塔承受力進(jìn)行科學(xué)的分析，充分保證鋼筋混凝土的穩(wěn)定性，以此提高桿塔穩(wěn)定性以及使用壽命。

1.3 桿塔自身質(zhì)量水平較低

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量不斷提高。但我們?cè)谝晃蹲非髷?shù)量的過程中沒有注重質(zhì)量，造成過多的低質(zhì)量的工業(yè)產(chǎn)品積壓。這一狀況在鋼鐵領(lǐng)域表現(xiàn)的十分明顯，我們擁有大量的建筑鋼鐵，但在對(duì)于東南亞國(guó)家的援助項(xiàng)目中卻不能滿足對(duì)于鋼鐵質(zhì)量的要求，導(dǎo)致我們高額購(gòu)買他國(guó)的高質(zhì)量鋼鐵。這一現(xiàn)象也表現(xiàn)在桿塔的生產(chǎn)中，目前對(duì)于輸電線路桿塔的生產(chǎn)說，無論是設(shè)計(jì)水平還是制造水平都較為低下，不能適應(yīng)當(dāng)前電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。國(guó)內(nèi)的桿塔主要包括兩類來源，民營(yíng)手工生產(chǎn)企業(yè)和大型國(guó)營(yíng)生活企業(yè)。 民營(yíng)手工生產(chǎn)企業(yè)由民營(yíng)、個(gè)體或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)構(gòu)成，這些企業(yè)在生產(chǎn)能力和加工能力上都不能達(dá)到較好的水平，有些精細(xì)的加工環(huán)節(jié)甚至依靠手工操作來進(jìn)行。而國(guó)營(yíng)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的桿塔，一般是由電力部門指定使用的，國(guó)營(yíng)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)力較民營(yíng)手工生產(chǎn)企強(qiáng)一些。 但也是處于80年代的技術(shù)水平而已，缺乏創(chuàng)新和必要的技術(shù)革新。

2 輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 動(dòng)態(tài)規(guī)劃桿塔設(shè)計(jì)

在桿塔優(yōu)化設(shè)計(jì)中，力求桿塔的重量輕、型式美、運(yùn)輸方便、加工簡(jiǎn)單。動(dòng)態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行桿塔設(shè)計(jì)中，綜合采取多種方法相互結(jié)合，以達(dá)到優(yōu)化的目的。 在對(duì)桿塔進(jìn)行制作之前，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)桿塔安裝的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、力學(xué)原理和相關(guān)的計(jì)算法則，縮小桿塔的迎風(fēng)面積。結(jié)合架空輸電線路設(shè)計(jì)的相關(guān)要求和知識(shí)，合理選用制造桿塔的材料。盡量減小桿塔的設(shè)計(jì)尺寸，減小桿塔的占地面積，同時(shí)需要保證桿塔的穩(wěn)固性和實(shí)用性。

2.2 優(yōu)化輸電線路桿塔主材布置及桿塔節(jié)點(diǎn)

對(duì)輸電線路桿塔的主材布置以及桿塔節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。主材有關(guān)系到輸電線路桿塔的承載力、構(gòu)件長(zhǎng)度和截面積等。輸電線路桿塔構(gòu)建的規(guī)格越大、長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，這就需要在其所承受的內(nèi)力保持不變的情況下，調(diào)整輸電線路桿塔塔身的斜材。

桿塔結(jié)構(gòu)的構(gòu)造力求受力明確， 各受力構(gòu)件的形心線應(yīng)匯交于一點(diǎn)，以減小偏心受力。主材、斜材盡可能使用多排螺栓連接，做到斜材直接與主材連接。 材在節(jié)點(diǎn)處要做到雙面?zhèn)髁?，否則就需要采取加強(qiáng)措施。

2.3 輸電線路桿塔頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇

最常見的塔頭形式包括兩種：干字形和羊字形塔頭。羊字形桿塔結(jié)構(gòu)合理，塔頭質(zhì)量較輕，在使用中的支撐能力相對(duì)容易。因此，對(duì)于地形地勢(shì)較為平緩的施工區(qū)域，工作人員多選擇羊字形的塔頭。這種塔頭可以滿足施工和后期使用的需要，且運(yùn)輸方便，經(jīng)濟(jì)效益高。而干字形塔頭的質(zhì)量則相對(duì)要重一些，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較羊字形塔頭大，承重能力也較羊字型塔頭強(qiáng)。目前僅有兩種塔頭結(jié)構(gòu)，不能滿足我國(guó)電網(wǎng)假設(shè)的需求。輸電線路設(shè)計(jì)人員應(yīng)該與制造單位緊密合作，設(shè)計(jì)出新型的更為科學(xué)合理的塔頭。

2.4 輸電線路桿塔身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化選擇

主要應(yīng)用的輸電線路桿塔的塔身主要有兩種，矩形塔和正方形塔。方塔相對(duì)于矩形塔而言，重量和占地面積都相對(duì)大一些，給運(yùn)輸和施工帶來一定的不便，但方塔在抗橫向、縱向承載力等方面都優(yōu)于矩形塔。輸電線路桿塔塔身尺寸分析中，水平檔距一般在400m 左右，同時(shí)垂直檔距為560m。 在固定的直線桿塔塔底以及橫擔(dān)長(zhǎng)度下，尋求最佳的輸電線路塔形。相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員積極配合工作的整合項(xiàng)目，滿足輸電桿塔的規(guī)范性，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性和實(shí)用性。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為架空高壓輸電線路建設(shè)的重中之重，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到目前建設(shè)過程中存在的問題，積極的提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，加強(qiáng)桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力。在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，要注重工程設(shè)計(jì)人員、桿塔制造方和施工方的配合。根據(jù)建設(shè)地的實(shí)際需要，按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則，從塔身，塔頭，主材料布置和節(jié)點(diǎn)設(shè)置方面對(duì)輸電線路桿塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。這將提高我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的質(zhì)量，建設(shè)安全、可靠、高效的電力網(wǎng)路系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春陽(yáng)，鄧薇.輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)解析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（21）：94-95.

[2]廖高慧.輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[J].通訊世界，2017（13）：221-222.