（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司030001）
摘要：输电杆塔是电网建设的一个重要部分，其安全性与可靠性、经济性等都是建设过程中应当重视的三个要点。采取新型的复合材料来设计杆塔，不仅能够提高电网工程的经济与社会效益，还能大幅度提高杆塔的使用寿命。本文结合工程实例，主要对某输电杆塔结构的优化设计展开研究和分析。
关键词：输电线路；安全距离；复合横担；复合绝缘子
在输电线路工程中，杆塔的主要作用是支撑架空输电线路的导线以及地线，有效保证输电线路杆塔与地面之间的距离，实现电能的稳定传递，因此，在现阶段输电线路杆塔结构设计中，首先需要保证输电路设计的稳定性及安全性，通过对架空输电线路杆塔结构的优化，提高电能运输的保障性；另外，在输电线路杆塔结构优化设计中，还需要满足因地制宜地对杆塔结构进行合理选型，保证杆塔结构质量的可靠性、稳定性及适宜性，为电力企业的运行及发展奠定稳定基础。
1、架空输电线路设计中所面临的问题
1.1塔钢结构的合理选择
在对架空输电线路杆塔结构选择及分析中，需要充分考虑到输电线路设计中的经济效益。对于拉线塔而言，其作为国内具有多年运行经验的结构型式，因其耗钢量小的特点，被很多区域所使用。但是，由于其拉线设置需占用较大的平整场地，因此，对于山区而言，主要采用自力式的铁塔予以代替。通常状况下，拉线塔的形式相对多样，其具体形式分为以下几种：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。
1.2杆塔的强度问题
在输电线路正常使用的过程中，需要充分保证输电线路的持续性及稳定性，以满足用户的供电需求，因此在杆塔选型合理的基础上，通常需要保证杆塔的设计强度，而杆塔强度会受到杆塔制造材料、受力形式的影响，通过设计验算，选取合适的结构材料及结构截面。一般状况下，35kV-110kV输电线路采用的混凝土杆通常会选用环形截面混凝土，通过对施工质量的把关，可提高混凝土的整体强度。通过对杆塔强度的分析，同时需要充分保证施工过程中钢筋混凝土的处理，为杆塔稳定性以及使用寿命的提升提供保证。
2、杆型结构改进设计思路和分析
2.1直线杆型的基本结构
以Z-18杆型为例，其结构如图1所示。杆型采用小230上下2段拔稍双杆，呈水平排列布置，无横梁（叉梁）型式，杆型高度为18m，适用于LGJ-150型导线。拉线使用4根GJ-70钢绞线对地夹角60°布置，杆塔基础采用底盘、拉盘直埋基础方式。杆塔上部由导线铁横担HZC-450-1（总长9m，总重150.5kg），1根横拉杆及4根斜拉杆（拉杆为φ16钢筋及调节螺栓等）组成。
2.2杆塔改进思路及设计
（1）在不进行导线驰度调升的情况下，满足导线驰度对地安全距离要求最简便的办法是增大导线呼称高度，以提升导线悬挂高度，因而需要对杆塔上部导线铁横担及横拉杆、斜拉杆组件进行改进设计。由于导线铁横担及横拉杆均有穿钉与电杆成整体结构，因此通过提高导线铁横担及横拉杆安装高度，增大导线呼称高度以提升导线悬挂高度的办法不可行。
（2）杆塔改进的原则是：双杆布置型式、杆塔基础及拉线基础、拉线悬挂及布置型式、杆塔电气性能、机械性能及整体结构稳定性保持不变。只能通过提高导线悬挂高度和改变导线悬挂方式，同时提升避雷线悬挂点进行改进。
（3）选用实心复合横担、复合绝缘子替代悬挂导线的铁横担及横拉杆、斜拉杆等组件，采用“边相复合横担+中相悬式复合绝缘子”方式悬挂导线。2个边相各选用1只复合横担+1只棒形悬式复合绝缘子呈“∠”型布置。复合横担水平安装，固定在电杆适当高度，起到原边相导线铁横担作用，用于支撑导线；棒形悬式复合绝缘子起斜拉杆作用。中相选用2只棒形悬式复合绝缘子呈“∨”型布置，并在杆塔顶端加装铁横梁，用于固定“∨”型绝缘子串。为保证杆塔整体稳定性，在杆塔中部加装铁横梁，以防杆塔扭曲变形。改进设计后杆塔整体结构呈“H”型，如图1所示。
图1直线杆Z-18改进后的结构
（4）边导线保护角核算。提高架空避雷线悬挂高度，将双避雷线悬挂点上移，规程规定：杆塔上避雷线对边导线的保护角一般为15°。使用复合横担后，导线悬挂点升高，保护角变小，为使其保护角满足防雷要求，应提升避雷线支架或缩短导线横担长度，但显然缩短导线横担长度不能满足电气绝缘间隙要求。
由于杆塔采用对称双避雷线，中导线位于2避雷线中央，故中导线不做保护角核算，只需考虑边导线。按照避雷线支架安装高度2.7m，复合横担（导线悬挂点，导线呼称高度）安装在原导线铁横担横拉杆位置以上1.5m处核算，边相导线保护角在避雷线保护范围内。导线悬挂高度约提升3.2m。
2.3稳定性分析
杆塔基础作为输电线路结构的重要组成部分，主要对线路杆塔起到稳定作用，防止杆塔在导线自重、风载、覆冰、断线张力等垂直荷载、水平荷载或其他外力作用下而发生拔出、下压、倾覆等事故。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，由于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型式没有改变，杆塔、拉线基础也没有变动，因而杆塔稳定性相应也没改变。
3、复合横担、复合绝缘子设计及参数选定
复合横担、复合绝缘子由连接底座、护套、芯棒、伞裙和挂头5部分组成。连接底座是金属材料经加工焊接而成的，它是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，重21.5kg，芯棒直径60mm。固定导线端部有拉环与斜拉绝缘子U型端头配合使用。
（2）复合绝缘子：结构高度1490mm，绝缘距离1260mm，芯棒直径18mm，重量4.8kg，两端采用U型金具。
（3）避雷线选择使用2.7m高度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、电气性能和相关型式试验。
4、杆塔新结构的优点与改进建议
4.1新结构优点
（1）丰富了杆型型式。杆塔使用复合横担简化结构设计，对于110kV双杆取消了导线铁横担，降低了杆塔上部荷载，优化了杆塔结构，丰富了线路杆型型式。同时，110kV双杆线路导线使用复合横担与复合绝缘子悬挂，具有很高的实用价值。
（2）降低了线路改造成本。使用复合横担、复合绝缘子与原来采用增加杆塔等方式处理交叉跨越问题相比，能有效地利用狭窄的走廊，降低杆塔高度，施工简便易行，可节约大量的人力、物力和财力。
4.2优化定型结构
（1）大截面导线绑扎会在运行中存在隐患，因而横担挂头须采用上下2个拉环，并改变导线绑扎形式，用线夹固定导线并悬挂于挂头下拉环。
（2）杆塔中部加装的固定铁横梁应采用槽钢或工字钢。
5、结束语
（1）复合横担、复合绝缘子抗弯曲性能好、防污能力强、抗冲击能力强、防震和防脆断性能好、安装方便，可免维护、不需人工清扫，运行安全可靠性高。
（2）使用“2只复合横担+4只复合绝缘子”组合型式，简化原有杆塔结构，提升导线悬挂高度，调整交叉跨越距离是可行的。这对调整线路对地安全距离具有很好的借鉴作用，同时，施工简便、成本费用低廉。
（3）复合横担的运行维护经验尚需积累，运行年限有待实验研究，以确定合理的运行时间。
参考文献：
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[2]中华人民共和国住房和城乡建设部．GB/T50064—2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2014.
[3]张殿生．电力工程高压送电线路设计手册（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2003.