摘要：杆塔结构是输电线路的关键部位，其作用是为了确保电网系统的安全、稳定、可靠运行，但是就目前而言，我国输电线路杆塔结构在设计方面还存在一些问题，包括自然因素、人为因素等，均有可能会对我国输电线路产生一定的影响，继而产生经济损失。基于此，本文对输电线路杆塔结构设计现状进行总结，对输电线路杆塔结构优化设计对策进行研究，对以后输电线路杆塔结构设计展望进行探讨。
关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计
引言
在现代化建设电网的进程中，输电线路杆塔是支乘架空输电线路导、地线并使它们与大地之间保持一定距离的杆形和塔形的构建物，其安全可靠性直接影响着输电线路的安全运行。气候变化异常对杆塔结构的安全可靠性、经济性是一个新的挑战。随着输电技术的不断进步，对杆塔结构的设计也有着更高的要求，既要做到安全可靠又要经济合理，所以输电线路杆塔结构设计面临巨大的挑战。
1输电线路杆塔的概述
输电线路杆塔是在架空输电线路中用来支撑输电线路的支撑物。输电线路杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要支撑结构。输电线路杆塔按使用材料分为钢筋混凝土杆、角钢塔、钢管杆、钢管塔。其中高压输电线路杆塔中最常见的是角钢塔，其优点是坚固、可靠，使用期限长；缺点是钢材消耗大、造价高、施工工艺较复杂。输电线路杆塔上还包括绝缘子串、架空地线、跳线绝缘子串。
2输电线路铁塔设计的基本原则
2.1气象条件
现在实行的规定中，设计气象条件要根据不同的输电线路级别来确定不同的重现期，一般规定330KV及以下输电线路按15年一遇，500KV按30年一遇。对于有多个回路的输电线路来说，要按照回路中最高电压的等级来确定重现期，然后再根据输电线路所扮演的角色等级来确定是否需要提高取值，如果这一角色的重要程度已经达到甚至是超过上一个等级，就必须要提高气象条件取值标准。
2.2导地线的安全系数
导地线的安全系数直接影响着线体运行的安全性，同时还关系着耐张体让他的荷载大小。对于同塔多回路的输电线路来说，因为荷载量过大，导致导地线对安全系数的选取应该更为合理，从而保证输电线路安全运行，最终有效控制住工程投资。
2.3绝缘配置
对输电线路进行绝缘配置就是要解决铁塔或者档距中输送电力时可能放电的途径问题，解决这一问题就可以使输电线路在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下都能安全可靠地运行。因为多回路的输电线路在停电检修中存在困难，为了减少在维护工作中的工作量，尽量延长对绝缘子的清扫周期，同塔多回路的泄漏比距可考虑提高一级进行设计。同塔多回路的铁塔可结合经过多年运行经验所修订的关于相对地间隙和相对间间隙的理论研究和实验，进行设计。同塔多回路通常运用在通道紧张的地区，悬垂串则采用V型串布置，从而节省在输电线路走廊的用料，进而避免铁塔大风闪络现象，同时在绝缘子片数相同时，V型串工频耐污电压将比I串提高百分之二十，甚至更多。在对导线特定的设置情况下，不同回路间的相导线可能在同侧横担上相邻布置，在回路上中间的水平距离比正常情况下还要加上零点五米。
2.4防雷特性
根据输电线路设计相关材料表明输电线路遭受雷击的次数等于地面落雷密度、避雷线平均高度和年雷暴日数的乘积，而避雷线的平均高度等于避雷线悬挂点高度减去三分之二的避雷线弧垂。通过上述描述可以看出，输电线路会遭到雷击的次数会随着地线的平均高度的增高而增高。另外绕击也是其中的一种因素，当地线保护角相同时，每当塔高增加二十米就会使绕击率增大一倍。此外，反击也不可小视，一旦同塔多回路塔高增加，铁塔的波阻和电感也会随之增加，当雷击到大塔顶时沿铁塔传播至接地装置所引起的反射波返回塔顶或上横担所需要的时间相对来说会有所延长，电位升高的值在相比之下会较大，所以在反击时引起的绝缘闪络跳闸率比单或者双回路都要高。
3输电线路杆塔结构设计的技术要点分析
3.1输电线路杆塔结构设计
输电线路杆塔结构优化的方法采用的是动态规划优化法，追求型式美、重量轻、加工时运输方便。动态规划优化法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应一个值，我们希望找到具有最优值的解，适合用于输电线路杆塔结构优化的设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设计者可以从物理的概念着手，以美感、重量最轻为目的，结合相关的点算程序，用动态规划优化法对输电线路杆塔结构进行优化设计。尽量减少迎风的面积和降低塔头的高度是优化输电线路杆塔结构的重要措施。
3.2杆塔塔头形式选择
干字形及羊角形是目前输电线路杆塔直线塔塔头的主要形式，其中羊角形塔头的应用非常广泛，主要是和其质量轻有关。此外，转角塔也是输电线路杆塔的类型之一，其计算受力和直线塔相比要大很多，因此大多选用干字形作为塔头形式。
3.3塔身坡度和塔根开尺寸的设计
塔身坡度与塔腿根开尺寸等因素，对于塔身斜材、主材的规格进行选取等会产生一定的影响，同时会对杆塔的美观度与总重量产生直接影响。对塔身坡度进行科学合理的选择，能够让塔材受力尽可能地均匀，可以让材料规格的调整和塔材应力分布的改变相互协调。研究发现，最佳坡度和根开能对整座铁塔的重量作为目标函数开展计算，考虑基础作用力以及构件受力性能等因素。
3.4输电线路杆塔塔身断面型式
输电线路杆塔的直线塔塔身主要有两种断面形式，一种是矩形塔称为扁塔，还有一种为正方形塔称为方塔。扁塔的重量比方塔轻，但是抗纵向负载能力比方塔差且使用也没有方塔灵活。方塔的抗纵向负载能力和使用的灵活程度相当扁塔好，方形塔的断面塔头在顺线路的方向上还是有着比较强的刚度，断线的冲击以及串级倒塔的能力也相当扁塔强，虽然塔身比较重，但是综合考虑，采用正方形的输电线路杆塔塔身断面型式是最优的结构。
3.5输电线路杆塔传力线路设计
（1）输电线路杆塔直线塔的传力线路优化主要是在塔身的上面位置布置K型的结果斜材，不仅能够防止输电线路杆塔的下部分的塔身斜材同时受压，还能够大大地减轻输电线路杆塔的重量。（2）输电线路杆塔的转角塔的传力线路优化主要是在塔身的上面位置布置K型的结果斜材，不仅能够防止输电线路杆塔的下部分的塔身斜材同时受压。还能够大大地减轻输电线路杆塔的重量，需要注意的是K型斜材的布置应当在110kV的横担处，因为此时的输电线路杆塔的重量是最轻的。
3.6输电线路杆塔主材布置及节间设计
（1）调整输电线路杆塔主材的计算长度。输电线路杆塔的构件长度、构件的承载力、输电线路的截面积都与主材有关。当强度控制着输电线路杆塔的构件规格的时候，输电线路杆塔的构件应选取的规格要与其所承担的内力和构件的计算长度相关。当输电线路杆塔的构件所承担的内力保持不变的时候，输电线路杆塔的构件的长度越长，规格就越大。（2）调整输电线路杆塔塔身交叉斜材。减少斜材的规格主要是让输电线路杆塔塔身交叉斜材是不同时受到压力的控制。输电线路杆塔塔身交叉斜材比较常用的有：正K式的交叉斜材、交叉式交叉斜材、倒K式交叉斜材等。
4输电线路杆塔结构设计展望
未来我国输电线路杆塔结构设计展望与发达国家相比，我国输电线路杆塔的结构还不完善，其设计需要进一步优化，相关工作人员必须深入分析和研究，力求找到最佳方案。未来，我国输电线路杆塔结构设计主要将沿着以下方向发展：（1）从设计理论方面来说，设计人员必须借鉴他国的先进经验，同时结合本国的实际情况，形成更加完善、先进的设计理论。同时，工作人员应仔细研究，尽量降低加工误差、初位移以及初应力对杆塔的影响。另外，工作人员要进一步研究杆塔与基础之间的相互作用，实现杆塔、塔基、线路设计的一体化。（2）在荷载取值方面，工作人员要加强动力风荷载取值的研究工作。在一些地形复杂的地区，可供选择的资料
本身就较少，工作人员很难对荷载取值作出精确的界定。所以，在这一方面，相关人员仍需作进一步努力。
结束语
作为输电线路的重要组成部分，杆塔的设计和安装合适与否会对整个输电线路产生十分重要的影响，稍有不慎就会出现这样或那样的问题，不仅会影响我国各项经济活动的正常进行，影响电力事业的正常发展，还会对人们的生命安全造成一定的威胁。因此，社会各方必须做好输电线路杆塔结构的优化工作，更好地发挥杆塔的功效，这也是当前电力企业及相关施工企业发展过程中面临的重大挑战之一。在优化过程中，工作人员必须做好优化方法选择、塔头类型选择、塔身尺寸优化、传力路线优化等方面的工作。相信未来，在各方工作人员的共同努力下，我国的输电线路杆塔结构将进一步优化，更加适应社会发展的要求，我国的电力事业也一定能更上一层楼。
参考文献
[1]谭卓敏.大负荷直流输电线路杆塔的选择与结构优化[J].2012（1）．
[2]周锋.输电线路杆塔接地装置对人身安全性影响评估及防护措施研究[J].2012（8）
论文作者:刘晨娟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/26
标签：杆塔论文; 线路论文; 回路论文; 地线论文; 结构论文; 构件论文; 结构设计论文; 《基层建设》2017年第10期论文;