输电线路塔杆结构设计优化

关于高压输电线路杆塔基础稳定性的研究

【摘 要】高压输电线路作为电力系统的重要组成部分，它不仅担负着分配与输送电能的任务，同时还联系各个变电站和发电厂使之能并列运行。然而由于我国幅员辽阔，导致了高压输电线路历程长，跨越区域环境复杂等特点，这就要求了杆塔基础必须具有足够的稳定性，以满足各种高压输电线路基础对承载能力的要求。本文结合工作实际，就高压输电线路杆塔基础的稳定性进行了研究与探讨。

【关键词】高压；输电线路；杆塔基础；稳定性

杆塔基础是高压输电线路的根本，它属于地下隐蔽工程，其稳定性是输电线路正常、可靠工作的前提，也关系到整体输电网络的安全。因而，在对高压输电线路杆塔基础实施工程建设时，应针对工程地质特点，对地基基础进行合理的选择、设计与施工，进而确保工程杆塔基础的稳定和安全。

一、高压输电线路杆塔基础分类和对稳定性的一般要求

1、倾覆类基础

这类杆塔基础主要承受的是倾覆力矩。属于此类基础的杆塔有无拉线单杆基础、整体式铁塔基础和宽身铁塔的联合基础等等。

2、上拔、下压类基础

这一类杆塔基础主要承受的荷载是上拔力或者下压力，有时还承受较小的水平力。属于此类基础的杆塔包括了拉线基础、带拉线的电杆基础和分开式的铁塔基础等等。

3、一般稳定性要求

杆塔基础类型选择和强度稳定性设计都与线路所通过地区的地质、水文、环境等情况有着直接的关系。因此，对基础的稳定性设计，应对高压输电线路详细勘测，并获得充分的地质水文资料以后才能进行。同时，对混凝土强度的等级要求为：预制钢筋混凝土基础的混凝土强度等级不宜低于c20级；普通钢筋混凝土基础的混凝土强度等级不宜低于c15级；混凝土基础的混凝土强度等级不宜低于c10级。

二、高压输电线路杆塔基础的选型

杆塔基础作为高压输电线路的重要组成部分之一，它的工期、造价在整个高压线路工程中占有较大的比重。因而，对杆塔基础的合理选型，对保证高压输电线路杆塔基础的稳定性与安全都有着重要的影响。

三峡大学机械与材料学院

课程设计说明书

学 期: 冬 季

专 业：输 电 线 路 工

程

课程名称：输电杆塔及基础设计

班级学号： 2007148231

姓 名：

指导老师：

2010 年 1 月 4 号

第一部分 确定杆塔的尺寸外形

⑴杆塔的总高度

⑵杆塔的呼称高度

（参考书－）公式（3－1）hhfHxmax

① 施工裕度h的确定，根据设计任务书提供的水平档距mLh245，查表（3－7）为了更加安全取h＝0.7m

② xh为导线到地面及被跨越物的安全距离，假定此杆塔安装处取非居民区，根据（参考书－）xh＝6.0m

③ 绝缘子串的长度：（参考书目五）

（图一）

件号 名称 质量(kg) 数量 型号＋(长度mm)

1 挂板 0.56 1 Z-7（60）

2 球头挂环 0.27 1 QP-7（50）

3 绝缘子 5.0 7 X-4.5（146）

4 悬垂线夹 5.7 1 CGU-5A（157）

5 预绞丝 1.44 1 FYH-240/40

绝缘子串长度 ＝1289mm

绝缘子串重量 42.97kg 适用导线 LGJ-240/40

（表一）

覆冰时导线的自重：G=nNALv04.486675.2773701035.47133（）。的取值来自后面的计算和A3

绝缘子串，金具的重量：NGj4.4218.997.42

绝缘子的最大使用载荷：NkTTR2.222227.260000][，K取2.7

由以上结果可以看出，绝缘子的强度时肯定足够的

④ 杆塔的最大弧垂maxf

⒈可能成为控制气象条件的最低温，最大风，覆冰有风和年均温，（参考书二）整理该典型气象Ⅱ区的相关参数如下表二

最低温 最大风 覆冰有风 年均温

输电线路杆塔 优化选型与布置

摘要：随着社会经济的不断发展与进步，我们的电网也得到了极大的完善。电网的核心内容就是架空高压输电，它在整个过程中具有非常重要的作用，而输电杆塔又是架空高压输电中的重中之重。其中塔腿作为输电杆塔的主要承重构件，其作用自然是不言而喻。本文主要对输电杆塔塔腿及塔腿V面布置进行分析和叙述，后提出相应的可优化策略。

关键词：输电线路；杆塔结构；塔腿结构布置

1 架空输电线路面临的问题

1.1 输电铁塔的重要性

随着经济的发展，社会对用电量的要求越来越高。输电铁塔成为了满足社会大用电量的必备条件。近年来，国家大大加速了特高压的建设。在如此密集的建设周期下，如何降低工程造价成为了必须要关注的话题。而一条输电线路工程中，铁塔造价约占20%-30%。因此，如何提高输电铁塔的经济性显得尤为重要。本文将从铁塔塔腿布置型式方面来探讨如何提高铁塔的经济性。

1.2 输电铁塔的经济性

输电铁塔主要承受由于大风引起的横向荷载，导线张力引起的纵向荷载以及导线等铁塔附属构件引起的垂直荷载。不同的铁塔型式对铁塔承载力影响非常大。铁塔主材是整个铁塔结构的骨架，主材的强弱直接影响铁塔的受力性能。据计算，主材重量占整个铁塔重量的40%左右。因此，提高主材的承载能力是非常重要的一步。

2 铁塔塔腿的受力性能分析

输电铁塔的实际受力是非常复杂的，为了简化计算，通常我们把铁塔当成一个桁架体系。主材主要承受拉力或者压力，在各种复杂的工况条件下，经常既承受拉力作用又承受压力作用。根据《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)第6.1.2规定：

式中：N——轴心压力设计值(N)；

——轴心受压构件稳定系数；

A——构件毛截面面积；

——压杆稳定强度折减系数；

——钢材的强度设计值。

其中为构件稳定系数，主要取决于受压构件的长细比，长细比越大，则越小，构件所能承受的受压稳定承载力就越小。当构件承受拉力作用时，构件的强度承载力与并无关系。因此，为了提高受压承载力，就必须减少主材的计算长度，除了合理的布置主材分段外，一般通过布置辅助才来增加主材分段，从而达到减少主材计算长度的目的。但布置过多的辅助才，不单单增加了铁塔重量，还增大了铁塔挡风面积，使得整个铁塔受力更大，主材规格可能需要更高。因此当铁塔主材是稳定控制时，合理的设置主材分段，达到最优长细比能够很好的控制整个塔重。

110kV输电线路杆塔结构优化设计

摘要：论述杆塔结构设计优化的方法和原则，对塔身断面型式、斜材布置、主材长度优化、节点优化做了分析比较，合理优化杆塔结构。

关键词：110kV输电线路；结构优化；斜材布置；节点优化

1. 优化原则

杆塔结构设计是在满足线路电气性能要求的基础上，通过荷载计算、结构体系选择、结构内力与变形分析，强度、稳定和刚度等计算，得出最优的杆塔型式的过程。设计中采取以概率论为基础的极限状态设计方法，用可靠度指标度量结构构件的可靠度。

杆塔按铰接的空间桁架结构进行内力分析。结构或构件的强度、稳定和连接强度，按承载能力极限状态的要求，采用荷载的基本组合，按下列设计表达式进行设计：

在结构和构件的强度、稳定及变形均满足要求的基础上，杆塔优化的原则就是追求杆塔及基础综合指标最优、外形美观。

铁塔的优化设计均根据工程的实际情况，针对不同类型铁塔的受力特点和规程规范的要求，在工程荷载和电气间隙条件下，经多方案计算比较，确定合理的控制尺寸和细部结构。

（1）塔头尺寸，在满足电气间隙的前提下尽量紧凑，以降低塔身受风面积，降低风荷载。这不但节约塔材，也有利于铁塔安全。

（2）塔身布置，在满足铁塔整体强度、稳定的前提下尽量简捷，保证构件正确传力，路线清晰直接。

（3）塔腿根开，选取塔重最小的方案，再结合基础作用力和材料消耗，选取最合理的方案。

（4）节点构造，减少偏心、减少节点板的使用，力求合理。

2.优化方法

优化设计计算方法的选择，是铁塔优化设计的前提。只有在确定计算程序的最优计算方法后才能对整个工程进行优化设计。在程序分析计算中每一次迭代中都要作一次结构分析；因此，设计变量的个数及迭代到收敛的迭代次数，就构成了问题的规模。正因为如此，数学规划法在铁塔计算的应用上受到了限制。单纯的准则法所求的解，只是最优解附近的解，而非最优解。同时，某些结构准则法会导致结构退化、迭代不收敛的情况。我们在使用准则法中还发现，准则法迭代到收敛的迭代次数，几乎不受设计变量数的影响。