输电线路铁塔结构设计的发展和现状研究

时间：2024-04-25

郭振民

青海科信电力设计院有限公司青海西宁 810001

输电线路铁塔长时间处在野外，由于人为或者是自然因素导致输电线路铁塔结构出现材料老化与结构损伤，从而威胁到安全可靠性。在电力事业逐步扩大与发展的形势之下，在人们生活与社会之中的作用优势凸显出来。在人们安全意识逐步加大的背景之下，近些年电力事故层出不穷，人们针对安全供电有着更为严格的标准，也就说明得要在最大限度之上来保障输电系统的安全稳定性，其会直接性的受到铁塔结构设计的影响[1]。

1 概述

输电铁塔是电网运行的重要支撑部件，对输电铁塔的主要构件进行分析可知，“头部、身部、腿部”是输电铁塔的核心，其中头部是指地线支架、上曲臂、下曲臂、横担，腿部是指铁塔的基础构件。在输电铁塔装配过程中，需使用到螺栓、脚钉、垫片等，输电铁塔的其他部件还包含主杆、斜杆、辅助材料等。输电铁塔的运行具有特殊性，铁塔需根据设计技术方案进行加工制造，主要包含板材加工和角钢加工。输电铁塔对加工构件的质量要求非常高，相关构件需具备一定强度、塑性与韧性，以保证构件后续使用的安全性与可靠性[2]。

2 我国输电线路铁塔结构设计的现状

我国近百年来均是通过铁塔架空电线来传输电能，在我国经济不断增长的形势之下，人们针对电能方面的需求量也在逐步变大，当然这也势必会加大用电容量。然受到我国地域宽泛因素的影响，我国运用电源地点也展现出来分散型特征，诸多电量均得借助电线来进行传输，所以铁塔也就出现在人们的视野之中。因为我国该类地域宽广特征，在设计铁塔结构的时候，得要考虑到线路的完整性，得要进行实地考察，才可以进行传输，换言之在设计的时候，得要考虑到电压、气候与地形等因素的影响，所以就给设计人员带来诸多挑战。结合实际情况来予以勘查，依据具体情况来设计出与当地特征相符的输电线路，从而来更好的传输电路。

3 输电线路铁塔结构设计分析

3.1 铁塔塔头的优化设计

在我国输电线路双回路线路之中，鼓型是其中一类普遍化的杆塔布置型式。运用该类形式来布设塔头，其具备着传输李直接明确、简便化的特点，通过垂直形式来进行导线的排列，塔头偏高，假使针对跨越指标提出更为严格标准的时候，那么为了达到电气针对地间距的要求，相应的就得要加大铁塔高程，从而引发塔身、上层导线都会形成相对较大的风荷载，这不但会导致铁塔建设阶段对于材料的消耗量，且还会出现较大的基础作用力。双层横担的V 串塔型为铁塔串设的普遍运用形式之一，塔头布置形式主要就是三角形[3]。

针对双层横担、对鼓型两类布塔形式来发呢西研究，并结合已经投运到输电线路工程之中已经相对成熟化的设计成果，当然上述两项布设形式都存在一定的优点与劣势。鼓型塔布设的流程与工序相对简便、传力清洗明了、走廊过于狭窄。在具体布设V 串双层横担塔之中，通过运用三角形式来进行导线的排列，该种形式可以促使塔高基本上会存在约为10m 的降幅，与鼓形塔对比分析用材量的减少率基本上为10%，基础作用力的减少率也在12%之上，建设过程之中会取得良好的社会经济效益。

3.2 优化铁塔塔身横断面样式

一般情况之下，电网过程之中直线型铁塔的塔身横断面的主要形式为长方形、正方形。依照以上诸多试验研究得知，直线型铁塔的水平荷载要大于纵向荷载。依照以上研究结果得知，将铁塔塔身横断面设计成长方形，通常情况均是科学合理化，值得注意的就是，抵抗荷载能力整体偏小，但是正方形塔在抵抗纵向荷载方面也会展现出更好的效能。

3.3 优化塔身坡度

在塔身斜材形式等同时，塔身坡度改变会对其主材与斜材形成直接影响。塔高、塔身瓶口宽与塔脚根开是决定坡度的三大指标。在设定塔头形式与呼高后，塔身便是恒定值，此时就需采用塔身瓶口宽与塔脚根开测算塔身坡度，塔身坡度大小和两者差值存在正相关性。当塔身变坡位置宽度值一定时，优化塔身坡度等同于优化铁塔根开，铁塔根开这一指标对塔身主材起到一定调控作用，借此方式影响塔体自重，也和基础作用力大小存在一定关联性。通过计算发现，主材在整塔重中所占比例约为40%，主材是决定塔重高低的主要因素，这提示塔身坡度越小塔体越重。

3.4 防腐设计

由于输电线路大跨铁塔长期暴露在室外，所以设计人员应积极考虑防腐材料的应用，保证所使用的防腐材料具有保证材料具有附着力强、防覆冰、耐热、耐盐雾性等特点，确保输电铁塔在湿度、盐度较高的环境中减缓金属物锈蚀、内部结构不受破坏，减少维修检修次数和维修频率。以舟山市册子岛海边的380m 输电高塔为例，该塔两段单侧重量为23.15t 的塔头横担组合件被缓缓吊至度标高302m，国网宁波供电公司与中科院材料所联手创建的电网新材料应用联合实验室着手将研制的新型石墨烯重防腐涂料应用到这座输电铁塔之上，根据该铁塔镀锌表面光滑度及当地施工环境，电网新材料应用联合实验室还对涂料底漆配方原料及干燥性能做了调整，得到中国工程院院士薛群基、国际腐蚀联盟执委李晓刚等多位专家的肯定。