高压架空输电线路钢管杆结构优化设计研究黄巧
发表时间：2018-10-17T14:38:20.407Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：黄巧
[导读] 摘要：随着电网的快速发展，输电线路建设水平也面临更高的要求。

（中国电力工程顾问集团新能源有限公司西安分公司陕西西安 710032）
摘要：随着电网的快速发展，输电线路建设水平也面临更高的要求。

高压输电线路已经成为电网的主要组成部分，其直接影响电网的质量和电能供应质量。

钢管杆在高压架空输电线路中广泛应用，为了进一步完善钢管杆的设计，实现节约材料、降低成本、减轻工作量的目的。

我们对钢管杆结构设计进行优化，以保证钢管杆结构满足当下高压输电线路的要求。

关键词：高压线路；钢管杆结构；优化设计
1概述
1.1 高压架空输电线路
所谓高压架空输电线路是具有专业性较强，施工难度大，主要应用于基建行业领域的一种特殊线路。

高压架空输电线路通常采用输电杆塔将导线与地线悬挂在控制，使导线与导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间以及导线与地面障碍物之间保持安全距离，为完成输电任务奠定基础。

高压架空输电线路具有成本低、维护施工方便的优点，因而被电网建设广泛应用。

杆塔作为架空输电线路的重要组成部分，其设计的合理性直接影响其功能和作用，且对输电线路的施工速度、造价、运行、检修等均会造成影响。

架空输电线路的杆塔型式很多，在实际选择中因地制宜是选择方案的基本原则。

1.2 钢管杆
钢管杆是架空输电线路杆塔的一种，从其断面型式上可以分为圆形钢管杆和多边形钢管杆，从结构型式上可分为单杆和双杆。

其中圆形钢管杆不便采用套接，现场安装施工需要分段焊接，焊接接头在防腐性能方面存在缺陷。

而多边形钢管杆通常由多段套接而成，可以实现分段热侵镀锌，具有良好的防腐效果，且现场安装方便。

从外形上对比，多边形钢管杆尺寸紧凑、结构匀称、线条明快。

所以，综合以上分析，多边形钢管杆是最合理的一种钢管杆。

在实际中依据线路适用情况和导地线张力大小，合理选择单杆或双杆。

通常情况下高压架空输电线路主要选用单杆结构。

2钢管杆结构特的优点
2.1结构简单
高压输电线路的钢管杆结构通常都比较简单，且器件较小，使钢管结构具有较低的风载体形系数。

所以，作用于钢管杆结构本身的风荷载比铁塔小得多。

此外，钢管杆结构具有良好的柔性，利于高压输电线路在强风作用的安全运行，保障了输电的稳定性。

2.2 占用空间少
城市建设的快速发展，土地资源日益缺乏，为了有效节约土地资源，城市土地规划允许在走廊或绿化带上架设高压输电线路。

但是传统的铁打根宽度大，需要占用较大的土地空间，不适合在空间狭小的绿化带或走廊上铺设。

而钢管杆占地面积小，杆径小，无拉线，占用土地空间较小，可满足小空间架设需求。

同时钢管杆整体结构简单大方，于城市风貌相互协调，利于城市中建设高压输电线路的需求。

2.3 运送安装都很方便
高压输电线路钢管杆设计方式独特，在设计上是就采用分件形式，方便运输现场组装，从而钢管杆结构又有安装方便的特点。

同时与传统的铁塔结构比较，钢管杆结构还有杆塔组装方便的特点，省去了塔位平降基工序等一些工序，这些都是传统铁塔无法比拟的。

以上提到的优点可以充分说明钢管杆结构在高压输电线路施工中施工简单，有效提高了施工的效率，缩短了施工时间，有效节约了成本。

2.4 市容美观
城市建设中，城市的面容备受社会各界的关注和重视。

钢管杆整体线条明快，整个结构比较的匀称，加之有机翼型的横担，显得十分的动感十足。

如果涂上城市的主色调不但不会影响景观，反而对城市周围的景观会起到美化协调的作用。

所以，钢管杆结构能够被广泛应用高压架空输电线路。

但是当前使用的钢管杆结构钢材强度不大，不适用大容量多回路的输电线路。

因此，尽量采用高强度、荷载大的钢管杆。

输电线路建设中钢材费用占据了工程施工成本的主体，因此对于高压输电线路的钢管杆应用，多以城郊结合区域，有走廊限制的地带，不适宜在农村或走廊无限制的地区架设推广。

3高压架空输电线路钢管杆结构优化设计
高压输电线路钢管杆结构优化的目的是，设计方法在满足规定的各种荷载要求下，确保线路安全运行。

具体从以下几个方面进行优化设计：
3.1气象条件的选择
通过多年的工作经验总结出，气象条件的选择应依据线路沿线气象资料和已有线路的运行经验进行确定。

通常110kV-330kV输电线路及其大跨越重现期应取30年，500kV-750kV 输电线路及其大跨越重现期应取50年，实际使用中应该避免过大取用。

3.2材料选择
建议多回路、大截面导地线、分裂导线的杆塔采用高强度钢，这样也可以降低杆塔材料的用量。

3.3档距的优化
通过对各种导、地线最大使用张力的计算比较，选取合适的导、地线安全系数，一般取导线安全系数K=6.0-8.0，地线安全系数K=10.0-11.0，使用水平档距Lp=120m -150m，垂直档距Lv=200m -250m，最为经济合理。

3.4杆型选择
钢管杆杆型的选择是高压输电线路的关键，也是钢管杆结构优化的核心。

合理区分线路中的直线杆和耐张杆，尽量避免直线杆承受导地线的拉力。

合理规划杆塔使用转角度数，避免实际使用角度远小于设计角度，可以有效降低杆塔承受的荷载。

对于终端杆应区分有无进线档的设计情况，对于分支、T接、π线路的杆塔，需要根据实际使用情况考虑荷载组合，避免所有杆塔都按最不利的因素考虑。

3.5杆头高度及呼称高
在满足电气间隙要求的基础上，尽量减小线路走廊宽度，优化杆头高度和横担长度。

注意考虑城区线路、路灯和路边树木的交叉跨越高度要求，杆塔重量以最轻化为优化目标。

单双回路杆塔呼称高的极差按3m考虑，多回路按2m考虑。

通过减少杆塔高度，以降低杆塔的重
量。

3.6主杆坡度
杆塔的荷载大小决定主杆坡度，杆身承受的荷载越大，包络图弯矩斜率越高。

因此，杆身坡度要大，以确保所承受的压力在承受的范围内。

在实际优化设计中，因为挠度限制有要求，梢径不能太小。

故设计的坡度不能太大，如果太大会使得根径超过限制，影响美观的同时还会造成大量的材料浪费。

所以，优化设计时应充分考虑梢径、坡度，在满足需求的同时尽可能节约建材。

3.7横担形式
在钢管杆结构的优化设计中要重点对横担形式进行考虑，目前多采用变形截面型式的横担, 这种从顶部到根部的变形截面型式设计可以最大可能的去节省材料及更好的利用电气间隙，不仅如此还大大增加了杆型整体美观。

同时传统的横担在荷载的作用下,根部的承受压力的部分极易产生集中的应力，使得横担局部承受较大的压力,加之其杆身上部有着较薄的管壁,所以极易在这种压力下使得横担的局部部位受压产生形变,但是单单去加大壁厚又不能节约也不经济，因此在优化设计是可以考虑在杆身和横担的连接部位处做局部抗压处理以加强稳定性,可以考虑在杆身上焊接靴梁支座,以此把横担传来的集中的压力分担掉,避免局部部位的弯曲形变。

3.8杆身分段长度
钢管杆结构的钢材壁厚是逐渐变化的，所以需要分成若干段，同时又受到模压和运输、热镀锌工艺的影响，每段的杆段长度应当控制在10m左右。

4结语
为了确保高压输电线路的安全运行，应使钢管杆结构更科学、合理，钢管杆设计时要选择好设计参数，使钢管杆在稳定运行的前提下节约成本和降低工程造价。

同时钢管杆结构设计的不断优化，使其能在现代化城市电网建设中做出突出的贡献，从而进一步确保居民生活是的稳定。

参考文献
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