(中国能源建设集团天津电力设计院有限公司天津市300000)
摘要：作为输电线路中的重要组成部分，杆塔的设计、生产与安装这一系列工作的完成质量，将对整个电力系统的健康发展起着相当重要的作用。鉴于此，本文对输电线路杆塔结构优化设计进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：输电线路；杆塔结构；优化设计
一、输电线路杆塔的概念
为了电力输送不会受到恶劣天气因素以及人力破坏因素的影响，要始终保持输电线路与地面之间有一定的安全距离，只有这样，才能保证电力用户享受到正常供电，生活质量也会得到保证。所以，必须保证输电线路杆塔运行的稳定性，这对提升整个供电系统的供电质量起着非常重要的作用。在输电线路中，杆塔的型式主要有角钢塔、预制水泥杆、钢管杆等，角钢塔是最常见的形态之一，它具有安全、稳固和使用寿命长的特点，但也具备造价成本高、施工难度大、维护工作量大等劣势。
二、架空输电线路设计中所面临的问题
1、强度问题
一般状况下，我国的输电线路通常采用环形截面混凝，通过对施工质量的提升，节约用料，并提高混凝土的整体强度，通过对杆塔强度的分析，需要充分保证钢筋混凝土的强度，为杆塔稳定性以及使用寿命的提升提供保证。杆塔强度通常会受到杆塔制造材料、受力形式的影响，在输电线路持续、稳定以及正常使用的过程中，需要充分保证输电线路的持续性及稳定性，满足用户的供电需求，而且，在该种结构强度分析中，需要满足用户的供电需求。
2、塔钢选择
第一，绝缘支持式杆塔，这种结构形式投入成本相对较大，制造的难度也相对较高，所以，在现阶段输电线路杆塔结构设计中，使用的范围相对较小。第二，拉线——拉索杆塔，这种结构设计中最大的优点是可以保证线路的紧缩、缩小线路传输的距离，这种结构形式最早运用在美国等国家，但是，同样存在着一定的缺点，主要是杆塔的占地面积相对较宽；第三，拉V塔，这种技术形式主要广泛的运用在高压线路之中，但是，由于机械强度相对较高，会对故障造成严重的影响。
三、输电线路杆塔结构优化设计
1、稳定性分析
杆塔基础作为输电线路结构的重要组成部分，主要对线路杆塔起稳定作用，防止杆塔在导线自重、风载、覆冰、断线张力等垂直荷载、水平荷载及其他外力作用下发生拔出、下压、倾覆等情况。
改进设计后的杆塔承受的风荷载、覆冰荷载及导线避雷线张力等可变荷载没有变化，但承受的杆塔自重荷载、导线避雷线绝缘子金具的重力等永久荷载会因导线铁横担及拉杆等的取消而变小，即减小了垂直于地面方向的荷载，因此，作用于杆塔上的所有重力荷载（垂直荷载G）变小。杆塔改进设计后其整体结构和形式没有改变，杆塔、拉线基础也没有变动，因此，杆塔的稳定性也没有改变。
2、输电线路杆塔塔身的尺寸优化
在对输电线路杆塔塔身尺寸分析中，其中较好的水平档距一般在400m左右的，垂直档距为560m，在直线杆塔根开以及横担长度不变的状况下，寻求最佳的输电线路杆塔组合，提高结构设计的优化整合机制，相关的专业人员也需要积极配合工作的整合项目，满足输电杆塔的规范性，保证宽度设计的合理性及整合性。具体工作中，需要施工人员及时认识到宽度表整合的必要性，按照宽度表表1的内容进行设计。
3、杆塔发展的新型式
近年来城市人均用电量不断增加，110～220kV变电站开始进入市区。受到城市地形和环境的制约，线路走廊的空间被进一步压缩，常规的角钢塔已不适用于城市架空输电线路，于是人们研制出了占地面积小的钢管杆。钢管杆加工工艺相对复杂，投资较大，但是结构简单，受力明确，能较好的与城市景观相互融合，美观大方，在城市架空输电线路中发展迅速。钢管杆的型式主要有单杆和双杆两种，其中单杆使用较多。钢管杆的优化设计可总结为以下几点：①前期要对线路走廊做详细的勘察，充分了解走廊的周围环境、气候条件；②合理的选择杆身、横担的连接方式，杆身的连接方式分为插接与法兰连接两种，法兰连接对于杆的重量和强度控制，要优于插接；③在符合规范对杆身挠度和强度要求的前提下，合理的选择钢板厚度和杆身的锥度以及分段长度，以达到优化钢管杆尺寸和重量的目的。
4、复合横担、复合绝缘子设计
复合横担、复合绝缘子由连接底座、护套、芯棒、伞裙和挂头五部分组成。连接底座是金属材料经加工焊接而成的，其复合横担与杆塔金具的连接部件承受着复合横担在运行过程中各种力作用下的弯曲负荷；护套、芯棒、伞裙的功能、材料及工艺制作与棒形悬式复合绝缘子基本相同；挂头采用铸铝件并具有拉环，直接与导线绑扎固定。
根据杆塔结构与导线悬挂纵向点上移安装，维持原杆型结构尺寸不变的原则，选取产品的技术参数如下：①复合横担。结构高度1580mm，绝缘距离1260mm，质量21.5kg，芯棒直径60mm。固定导线端部有拉环与斜拉绝缘子U形端头配合使用。②复合绝缘子。结构高度1490mm，绝缘距离1260mm，芯棒直径18mm，质量4.8kg，两端采用U形金具。③避雷线选择使用2.7m的槽钢铁帽支架支撑。
复合横担、复合绝缘子的材料选用与制作需按照相关文献的技术要求进行，并应完成机械、电气性能和相关形式的试验。
5、塔身形式的选择
输电线路杆塔的塔身的断面形式主要有以下两种：①矩形塔，也称扁塔；②正方形塔，也称方塔。其中，正方形塔的重量比矩形塔要大，占地面积也相对大一些，但是正方形塔在使用性和抗横向、纵向承载力等方面都要优于矩形塔。同时，正方形塔的断面塔头在顺线路方向上的结构刚度要强于矩形塔。所以，综合起来考虑，正方形塔身型式是相对实用和合理的选择。
6、动态规划法
杆塔结构的优化设计是追求重量轻、型式美、加工简单、运输方便等优势的动态规划法。动态规划法是指解决某一问题时，不止运用一种手段，而是同时采取多种方法相互结合，灵活运用，以达到优化的目的。在对杆塔进行设计的过程中，设计人员需要根据杆塔安装的现场实际情况、力学原理和相关的计算法则，缩小杆塔的迎风面积，以及合理的选用塔材，减小杆塔的设计尺寸，减小占地面积，从而增强杆塔的实用性。通过一系列的探索与研究，才能找到最合理的设计方案，才能设计出外观更美、结构更简单、实用性更强的杆塔。这就是动态规划法的主要思路和运用过程。
结束语
综上所述，必须要重视好输电线路杆塔结构的优化设计工作，使其在电力输送过程中能更好的发挥作用。这也是我国当前电力系统的工作重点。相信在电力系统全体人员的一致努力下，输电线路杆塔结构将会以更加优化的设计来适应社会的发展需要，为我国的电力系统实现更快、更好的发展提供强有力的保障。
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