簡(jiǎn)述輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化策略

孟曉禹

沈陽電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110003

1 電力工程輸電線路施工階段的常見問題

現(xiàn)階段電力工程輸電線路的施工過程中，施工設(shè)計(jì)是影響輸電線路建設(shè)的施工質(zhì)量最重要的因素之一。在施工作業(yè)開展之前，首先要進(jìn)行查勘并做好相應(yīng)的施工設(shè)計(jì)方案，然后合理安排施工進(jìn)度，保證施工建設(shè)安全、順利的開展。比如為保證桿塔的穩(wěn)定性，需要確定合理的桿塔埋深，一般確定桿塔的六分之一作為埋深，但是輸電線路的工程實(shí)際情況與施工設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)表現(xiàn)存在一定的差異，這會(huì)造成電力工程輸電線路的施工階段的安全系數(shù)下降，也會(huì)影響到施工質(zhì)量。另外，在土質(zhì)疏松的地基上進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，若沒有采取對(duì)地基進(jìn)行加固的措施，這就會(huì)給輸電線路遺留一定的安全隱患，安全性極大的降低。在施工過程中，必須采取相應(yīng)的安全措施，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全監(jiān)督，確保輸電線路建設(shè)嚴(yán)格按照國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與各類技術(shù)規(guī)范執(zhí)行[1]。由于我國地質(zhì)復(fù)雜及環(huán)境情況各異，輸電線路工程建設(shè)較為復(fù)雜，為應(yīng)對(duì)各類突發(fā)事件，因此需要因地制宜編制相應(yīng)的安全應(yīng)急處置方案，否則將會(huì)造成工程延期等各類狀況。

2 優(yōu)化措施分析

2.1 鐵塔塔頭優(yōu)化設(shè)計(jì)

在常規(guī)500kV雙回路中，塔頭一般布置為鼓筒形式。塔頭布置相對(duì)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)力清晰。由于電線垂直布置，塔頭偏高。穿越的要求，為了滿足電氣距離地面的要求，整個(gè)塔的高度相對(duì)較高，導(dǎo)致塔體的大型風(fēng)荷載和上部地面引導(dǎo)線，以及大的物質(zhì)消費(fèi)和基礎(chǔ)力量。另一種形式為雙交叉臂的v系列塔，塔頭呈三角形排列。鼓樓:簡(jiǎn)單明了的優(yōu)點(diǎn)掛點(diǎn)，明確傳播的壓力從上到下，垂直荷載和水平荷載的指導(dǎo)和地線轉(zhuǎn)移到塔的主體通過相應(yīng)的塔頭橫臂上的掛點(diǎn)，和狹窄的走廊。缺點(diǎn)是導(dǎo)線垂直布置，上下相的電氣距離要求塔頭較高，塔重約34800.0kg。雙層橫臂塔:優(yōu)點(diǎn)為導(dǎo)線三角布置，與傳統(tǒng)塔頭布置相比減少了一層橫臂，有效降低塔高。地導(dǎo)體和塔體的風(fēng)荷載顯著降低。塔的重量相對(duì)較輕，約29700.0kg，基本力較小。缺點(diǎn)是下部橫移臂較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，走廊較寬。通過對(duì)以上兩種形式的分析，并參考項(xiàng)目運(yùn)行中成熟的設(shè)計(jì)成果，可以看出這兩種形式各有利弊。鼓樓頭布局簡(jiǎn)單，傳動(dòng)力清晰，走廊狹窄。v系列雙層橫臂塔采用三角線布置，可有效降低塔高近10m。塔的材料比鼓樓低10%左右。同時(shí)，其基本力也降低了12%以上，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯。一般情況下，500kV線路對(duì)廊道要求較低，跨度要求較大。采用雙層交叉臂的v系列塔式對(duì)降低工程造價(jià)更有意義。

2.2 拉線V型塔優(yōu)化設(shè)計(jì)

v型塔的結(jié)構(gòu)更加合理，柱受壓，拉索受拉，分別采用壓桿構(gòu)件和高強(qiáng)度鋼鉸線，能充分發(fā)揮構(gòu)件和材料的力學(xué)性能。其整體剛度大，穩(wěn)定性高，抗風(fēng)性強(qiáng)，鋼材消耗低。但由于柱為細(xì)桿，需要考慮二階效應(yīng)。它占地面積大，阻礙農(nóng)田機(jī)耕作業(yè)，補(bǔ)償成本較高。是我省220kv - 500KV線路平丘非集約化農(nóng)田地區(qū)常用的基本塔式。v型塔頭由地線支架和導(dǎo)線臂組成，占塔身總重量的40%，其中導(dǎo)線臂占36%，導(dǎo)線臂僅占4%。因此，塔頭的優(yōu)化一般基于橫移臂。影響橫臂內(nèi)力和應(yīng)力的主要因素是橫臂本身的結(jié)構(gòu)布置，如鋼絲吊點(diǎn)與柱頂?shù)木嚯x；中橫臂的高程高度、主要材料節(jié)間的選取、主要傾斜材料結(jié)構(gòu)的布置類型等:可將這些因素作為設(shè)計(jì)變量，逐步進(jìn)行遞歸優(yōu)化[2]。

2.3 塔身斜材布置優(yōu)化

500kV雙回直線塔體較長(zhǎng)，受力下傾斜材料的合理形式不僅影響著受力下塔體的安全性和可靠性，而且對(duì)塔體的重量和相應(yīng)工程本身的造價(jià)也至關(guān)重要。因此，在設(shè)計(jì)計(jì)算中，還需要考慮斜料面料風(fēng)格的優(yōu)化。塔式斜料常用“K”式、“K”式、交叉式等布置方式，過去單交叉布置式斜料可同時(shí)產(chǎn)生壓縮，幾種組合布置方式可避免受力情況同時(shí)發(fā)生，使斜料受力并壓系統(tǒng)，充分利用拉壓系統(tǒng)的力學(xué)特性(桿對(duì)壓桿穩(wěn)定性的支撐作用進(jìn)行計(jì)算)，可降低斜配材料的規(guī)格，減小塔架。傾斜材料的布置形式與塔體主體材料的截面長(zhǎng)度和輔助材料的布置形式密切相關(guān)。受力斜材與主材之間的夾角可以使斜材的排列合理，外觀和諧。傾斜角度大，傾斜材料平整，排列致密，容易形成由長(zhǎng)細(xì)比控制的選材，不能充分發(fā)揮材料性能。但角度過小，內(nèi)力增大，會(huì)增加選材規(guī)格，增加材料的長(zhǎng)度。結(jié)合之前塔的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以看出，當(dāng)傾斜材料與水平面的夾角控制在35度- 45度之間時(shí)，塔的重量相對(duì)較輕。當(dāng)然，在初步確定布料材料后，需要不斷調(diào)整傾斜材料的排列，以使設(shè)計(jì)趨于最合理[3]。

3 結(jié)語

作為電力系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分，輸電線路具有著傳輸電能的使命，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電力工程輸電線路建設(shè)是保證電力供應(yīng)、實(shí)現(xiàn)國家能源戰(zhàn)略的重要一環(huán)，因此，提升行業(yè)相關(guān)人員的職業(yè)素養(yǎng)，強(qiáng)化施工隊(duì)伍建設(shè)，并不斷探索新工藝、新技術(shù)、新材料，不斷創(chuàng)新人才隊(duì)伍、施工工藝、操作設(shè)備，不斷為電力工程以及電網(wǎng)建設(shè)提供服務(wù)，使輸電線路施工技術(shù)始終保持先進(jìn)生產(chǎn)力，不斷推進(jìn)電網(wǎng)建設(shè)，為國家能源技術(shù)革新提供不懈動(dòng)力。