（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

我國(guó)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度研究

楊常青

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150000）

在輸電系統(tǒng)中，一般多會(huì)采用架空輸電線路，這就需要進(jìn)行一定的輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，即輸電線路鐵塔。文章首先分析了輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容，繼而以500kV輸電線路為例，分析其鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠性，以供參考。

輸電線路；鐵塔；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；可靠度；分析

近些年，我國(guó)的電力事業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，電力在社會(huì)生產(chǎn)中所起到的作用也越來(lái)越突出，人們對(duì)安全供電和穩(wěn)定供電也提出了更高的要求。然而在實(shí)際的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的很多輸電線路鐵塔在正常情況下能夠保持較高的可靠性，但是一旦遭遇一些特殊情況，如冰雪災(zāi)害等惡劣天氣時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不同程度的損害，可靠性與安全性大大降低，甚至?xí)斐刹豢晒懒康膰?yán)重后果。為此，近些年電力單位對(duì)加強(qiáng)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性給予了高度重視。以下本文就來(lái)具體談?wù)勥@一問題。

一、我國(guó)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

輸電線路的主要作用是實(shí)現(xiàn)電力的安全輸送，因此在對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，也同樣要遵循這一原則，將保證電力安全輸送作為設(shè)計(jì)的核心思想。一般我國(guó)的輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括桿塔設(shè)計(jì)、防雷接地設(shè)計(jì)等基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，近些年還將除冰設(shè)計(jì)加入了鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

其中，桿塔設(shè)計(jì)是輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的主體，其設(shè)計(jì)水平的高低直接決定了鐵塔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性大小。在桿塔的設(shè)計(jì)中需要注意選擇打好桿塔的基礎(chǔ)，這是保證鐵塔不會(huì)受外力因素輕易倒塌的重要前提，另外，還要合理的設(shè)置桿塔位置、控制最佳的塔間距離、正確選型和選材。由于輸電線路鐵塔多處于室外，很容易受雷電影響而降低其穩(wěn)定性與可靠性，為此必須要合理設(shè)計(jì)防雷接地裝置，這也是保證鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。一般輸電線路鐵塔的防雷接地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意確保接地網(wǎng)的可靠性，可以采用埋設(shè)接地模塊等方式來(lái)降低接地電阻，提高防雷接地效果。也可以假設(shè)耦合地線或安裝不平衡絕緣的方式來(lái)進(jìn)一步保證鐵塔防雷接地結(jié)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性。

另外，除冰設(shè)計(jì)最近也逐漸受到電力企業(yè)的重視。這是因?yàn)橐坏┹旊娋€路覆冰，就會(huì)導(dǎo)致斷線事故，甚至還會(huì)將鐵塔壓斷，從而導(dǎo)致該線路長(zhǎng)期中斷，難以短期內(nèi)恢復(fù)，給社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)極大損失，也嚴(yán)重影響了人們的生活。為此要保證輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，還必須要做好除冰設(shè)計(jì)工作。目前我國(guó)的除冰技術(shù)還不是十分先進(jìn)與成熟，多采用融冰技術(shù)或機(jī)械除冰技術(shù)，近些年還出現(xiàn)了有源防冰覆層、涂設(shè)相應(yīng)涂料等方式。這些除冰設(shè)計(jì)方式都需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇，以確保其有效性和可靠性。

二、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度研究

所謂結(jié)構(gòu)的可靠性，就是指在一定的時(shí)間和條件下，結(jié)構(gòu)可以保持預(yù)期功能。一般對(duì)于基建設(shè)施來(lái)講，其結(jié)構(gòu)可靠性就是指其安全性、適用性與耐久性。而結(jié)構(gòu)可靠度則是指可靠性的測(cè)度。輸電線路鐵塔作為輸電系統(tǒng)的重要基建設(shè)施，必須要保證其結(jié)構(gòu)可靠性。而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要衡量結(jié)構(gòu)的可靠性是否符合相關(guān)技術(shù)要求，就要確定其可靠度。我們可以通過(guò)建立一定的計(jì)算模型來(lái)確定其實(shí)際可靠度。以下我們就以500kV輸電線路鐵塔為例，來(lái)研究對(duì)其結(jié)構(gòu)可靠度進(jìn)行研究。

1計(jì)算模型簡(jiǎn)化

目前我國(guó)的輸電線路子鐵塔一般都是以角鋼鋼板螺栓鐵塔為主，其構(gòu)造多呈構(gòu)架型，也就是說(shuō)，鐵塔結(jié)構(gòu)是由很多個(gè)構(gòu)件以螺栓或焊接的方式連接到一起的。若對(duì)其實(shí)際結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行可靠度分析，則需要對(duì)每個(gè)構(gòu)件的可靠度進(jìn)行分析，這將是一個(gè)極其復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程。為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，我們可以將鐵塔結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化為整體，即僅僅考慮能夠?qū)Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的構(gòu)件進(jìn)行分析。也就是可能會(huì)產(chǎn)生失效且對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性影響較大的構(gòu)件，是分析可靠度的關(guān)鍵。

一般在對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載工況進(jìn)行分析時(shí)，多數(shù)只考慮其正常運(yùn)行、斷線以及安裝時(shí)的失效情況，其中重點(diǎn)考慮正常運(yùn)行時(shí)的失效情況。對(duì)于500kV輸電線路鐵塔來(lái)講，其塔頭部分一般不會(huì)出現(xiàn)失效情況，可忽略不計(jì)。為此，其結(jié)構(gòu)可靠度的計(jì)算可重點(diǎn)考慮塔身結(jié)構(gòu)中的主材與部分斜材。

2 500kV輸電鐵塔實(shí)際可靠度計(jì)算

2.1 500kV輸電鐵塔失效模式個(gè)數(shù)的確定

按可靠度理論，桿塔結(jié)構(gòu)體系的可靠度取決于結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的可靠度，通過(guò)對(duì)各構(gòu)件的可靠度分析可研究鐵塔的可靠度。根據(jù)工程實(shí)際，500kV輸電鐵塔結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用時(shí)對(duì)相鄰的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的主材采用統(tǒng)一的規(guī)格，可以認(rèn)為失效模式是一樣的。由于構(gòu)件在實(shí)際使用中的限制，統(tǒng)材后主材構(gòu)件的長(zhǎng)度一般在10-12m。500kV輸電鐵塔的高度一般在30-60m，主材分段數(shù)在4-8之間，由前面的簡(jiǎn)化模型可知，塔頭部分已經(jīng)被簡(jiǎn)化，因此正常運(yùn)行情況下的荷載控制的主材段數(shù)為3-5。每一主材段認(rèn)為是同一失效模式，所以500kV輸電鐵塔結(jié)構(gòu)體系是具有3-5個(gè)主要失效模式數(shù)的串連結(jié)構(gòu)體系。

2.2 500kV輸電鐵塔實(shí)際可靠度計(jì)算

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前的輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)中，必須要充分考慮到其基建、接地防雷和防冰等多方面的設(shè)計(jì)，這是保證其結(jié)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵。另外，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要建立一定的計(jì)算模型，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠度計(jì)算，以確定設(shè)計(jì)可靠性與實(shí)際可靠性的差距，并采取對(duì)應(yīng)措施，最大程度的保證輸電線路鐵塔的安全可靠運(yùn)行。

[1]徐國(guó)鈞.我國(guó)輸電鐵塔型材應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)化措施[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2010（01）.

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