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摘要：本文首先概述了高压输电线路铁塔和高压输电线路铁塔结构设计方法，然后分析了高压输电线路铁塔结构设计的基本原则，最后探讨了高压输电线路铁塔结构设计的要点。
关键词：高压输电线路；铁塔；结构设计；基本原则；要点
中图分类号：TU318文献标识码： A
1高压输电线路铁塔概述
随着我国经济建设的高速发展，高压输电线路已成为远距离电力输送的主要渠道，也是经济建设的重要命脉。铁塔作为高压输电线路的一项重要组成部分。其功能主要是用来支持导线、避雷线以及其它附件，使导线、避雷线保持一定的安全距离，并使导线对地面、交叉跨越物或其它建筑物保持允许的安全距离。铁塔承受的载荷主要包括：导线自重、风载、覆冰等的作用以及年平均气温的影响。而且在一定的风力作用下，导线会发生稳定的风致微幅振动，从而激励塔身振动，严重时会引起铁塔破坏。在这些载荷条件下，铁塔都应该保证有足够强度而不致被破坏。另外，对于一些特殊的工作条件，比如导线断裂，此时铁塔是否具有足够的强度来防止由于断线引起更进一步的严重破坏也是考核铁塔性能的一个重要指标。
随着输电电压等级的提高，铁塔的体积越来越庞大，重量也越来越重。目前我国己经有很多地方建成500kV的输电网，并且电压等级还在进一步提高，多回路、多分裂导线铁塔以及山区、过江等大跨越巨型铁塔的使用进一步提高了对输电铁塔的要求。按照铁塔在线路中的位置和作用不同，可以分为直线塔（Z）、跨越塔（K）、耐张塔（N）、转角塔(J)、终端塔（D）、换位塔（H)和变电构架等。按照铁塔结构、形状、特点来分，常见的有酒杯型铁塔(B)、猫头型铁塔(M)、干字形铁塔(G)、丰子型铁塔(F)等。按材料来分，有角钢钢板螺栓铁塔和钢管焊接螺栓铁塔等。
在我国，大多数采用角钢钢板螺栓铁塔，其构造主要采用角钢、钢板等部件制作，用螺栓联接组合而成，局部采用少量焊接件，基础座板采用电焊焊接。塔上部件一般都采用热浸镀锌防腐。总体结构上，自立式角钢塔的主体结构为构架型，主要有如下几个特点：
(1)铁塔的主材通常采用较大型号的角钢，并且主材通常不打断，而只在联接处打螺栓孔用螺栓或者联接板联接。
(2)斜材、辅材及横隔材采用较主材型号小的角钢，两联接端之间为一小段独立的角钢。
(3)铁塔的塔脚处通常用螺栓与塔脚板联接，并与地基相连。
(4)构成铁塔构件(角钢)的长细比较大。
(5)各个角钢联接处通常采用联接板(也有直接联接在主材上)用一个或者多个螺栓联接。
(6)主材、斜材及横隔材通常是受力材，将载荷从它们的施加点处往下传到铁塔的基础上，而辅助材是用来提供受力材的中间支撑。
2高压输电线路铁塔结构设计方法
输电铁塔一般由角钢加工而成、构件之间连接采用普通螺栓C级连接的空间桁架结构体系。计算自立式铁塔内力与变形时，杆件钢材变形为弹性的，一般情况下内力和变形可按叠加原理进行计算，结构变形或位移除了考虑构建弹性变形以外，通常还要考虑连接螺栓中心松动移位的影响。自立式铁塔内力分析方法有空间桁架方法(也称精确分析方法)、简化平面结构方法(也称简化分析方法)。空间桁架方法是把整个结构简化为空间桥架结构体系，即所连接点均为铰接点、连接点之间的构件为空间析架杆单元、采用杆系有限元分析力一法进行计算。通常应用成熟的有限元软件进行计算。
简化平面结构方法是20世纪60年代后东北设计院提出的铁塔简化分析方法。该方法处理的是截面为四边形的塔架结构，充分利用了结构空间对称性，因此又称“铁塔对称分析法”。该方法适用于一些简单结构，如上字型塔、干字型塔、双回路鼓型塔等超静定次数较少的结构。
3高压输电线路铁塔结构设计的基本原则
输电线路铁塔是我国电力供应与输送环节必不可少的基础设施之一，被广泛应用于各地区电力输送的主干线与分支输电线路上，有效保证了电力输送的安全与稳定，也是全面保障我国现代电力行业供电安全的先决条件之一。在输电线路铁塔结构的设计过程中，设计人员只有坚持按照相关规定原则开展工作，才能保证设计方案更具科学性、合理性。
3.1 设计气象条件
现行规程对设计气象条件根据输电线路级别取不同的重现期来确定，一般规定330KV及以下输电线路按15年一遇，500KV按30年一遇。对于多回路输电线路，首先必须按回路中最高电压等级来确定重现期，其次还必须根据多回输电线路在系统中的地位来确定是否适当提高取值，如其在系统中的重要性已经达到或超过上一电压等级水平，则应该提高气象条件取值标准。
3.2 导地线和金具安全的系数
导地线安全系数不仅影响线体的运行安全，而且关系到耐张铁塔的荷载大小。对于同塔多回输电线路。由于荷载巨大，所以导地线的安全系数选取应更为合理，做到既能满足输电线路的安全运行，又能有效控制工程投资。
3.3 绝缘配置
輸电线路的绝缘配合就是解决铁塔上和档距中各种可能的放电途径，使输电线路能在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下安全可靠地运行。考虑到多回输电线路的重要性和停电检修的困难，尽量减少维护工作量，延长绝缘子清扫周期，同塔多回路的泄漏比距可考虑提高一级进行设计。现行规程规定的相对地间隙和相间间隙是在理论研究和真型试验的基础上，结合多年的运行经验所修订，同塔多回路可参照执行。
同塔多回路通常应用在通道紧张地区，悬垂串推荐采用 V 型串布置。这样既可有效节约输电线路走廊。避免铁塔大风闪络现象，而且在相同绝缘子片数时V型串工频耐污电压将比I串提高20%以上。同塔多回路导线相间距离除应满足《技术规程DL/T5092-1999》的计算公式，在特定的导线布置形式情况下，不同回路间的相导线可能在同侧横担上相邻布置，其回路间水平距离还应比上述要求增加 0.5m。
3.4防雷特性
根据送电输电线路设计手册推荐，输电线路遭受雷击的次数为：N=rhT，h=hg-2f/3，式中，r 为地面落雷密度；h为避雷线平均高度；T为年雷暴日数；hg为避雷线悬挂点高度；f为避雷线弧垂。公式表明，输电线路遭受雷击次数随着地线的平均高度增高而增多，例如：500KV同塔四回路(导线双回垂直布置)导线的平均高度比双回路增加约30m，比单回路增加约50m，因而雷击次数为双回路的1.6～2.0倍，为单回路的3.1～3.5倍：其次是绕击，当地线保护角相同时，塔高增加20m，绕击率增大一倍；至于反击，同塔多回路塔高增加，铁塔的波阻和电感随之增大，雷击塔顶时，沿铁塔传播至接地装置所引起的反射波返回塔顶或上横担所需时间相对延长，电位升高值较大，因此反击引起的绝缘闪络跳闸率比单、双回路高。
3.5 塔身和基础
同塔多回路由于铁塔的外部荷载及塔身风压与单回输电线路相比，将成倍增加，铁塔的自重、基础作用力均将大幅度增加。为保证可靠性要求，多回路铁塔和基础设计可参照大跨越工程的重要工程乘重要系数的做法，对多回路结构设计的安全系数适当加强。对500KV或220KV大截面导线的同塔多回路，为降低材料的体形系数和塔身风压，可考虑采用钢管桁架结构，对跨越塔等特殊型式也可采用高强度钢材。由于多回路塔的导地线很多，因此设计中可能很多结构材料受安装工况控制，在设计中如适当限制施工作业工序，采用合理的施工手段，甚至加大施工临时拉线的平衡张力，则可以有效降低塔重。同塔多回路的铁塔和基础设计还应该遵循安全可靠的原则。
4高压输电线路铁塔结构设计的要点
4.1 高压输电线路铁塔的布置形式
高压输电线路铁塔的布置形式以交叉斜材式为主，将交叉斜材布置到导线横担根部，在节点上增设1根短角钢，以增强其抵抗纵向荷载的能力，与塔身横隔面侧面横材的中点相连接，使导线纵向荷载通过塔身横隔材直接传递到塔身上去， 从而解决主材和节点板弯曲变形的问题。
4.2 高压输电线路铁塔斜材的选择条件
制约高压输电线路铁塔塔身斜材的基本条件是荷载力矩和长度。其中，斜材对外荷载抵抗力矩的大小即斜材和水平面的夹角大小，将直接影响到该节间主材分段及主材选材。
4.3 高压输电线路铁塔塔型的选择
高压输电线路铁塔选型时应该对塔身主材、节间分段情况、接腿等多因素进行优化组合，高压输电线路铁塔的部位和布置形式等都是高压输电线路铁塔塔形选择的要点。
4.4 高压输电线路铁塔特别注意的问题
首先，在高压输电线路铁塔的主材和节点板、节点板和节点板、节点板和塔身斜材等关键部位应该加斜垫作为稳定的措施。其次，高压输电线路铁塔身主材若是单角钢应该采用设置双排螺栓保证高压输电线路铁塔塔身稳定。最后，如果用四角钢组合成十字断面，可直接采用制弯节点板的办法。
5结语
高压输电线路铁塔是电力线路工程建设的重要组成部分，随着经济的不断发展和自然环境的不断变化，只有不断地提高其结构设计水平，做到因地制宜、因时制宜，才能够适应现代电力规范、进步发展的要求。
参考文献
[1]徐国钧．我国输电铁塔型材应用现状及优化措施[J]．基建管理优化，2011，（3）
[2]柴玉华.架空线路设计[M].北京：水利水电出版社，2007
[3]吴家园.输电线路铁塔结构设计中先进技术的应用和改进[J]．东北电力大学学报，2008．（9）
关键词：高压输电线路；铁塔；结构设计；基本原则；要点
中图分类号：TU318文献标识码： A
1高压输电线路铁塔概述
随着我国经济建设的高速发展，高压输电线路已成为远距离电力输送的主要渠道，也是经济建设的重要命脉。铁塔作为高压输电线路的一项重要组成部分。其功能主要是用来支持导线、避雷线以及其它附件，使导线、避雷线保持一定的安全距离，并使导线对地面、交叉跨越物或其它建筑物保持允许的安全距离。铁塔承受的载荷主要包括：导线自重、风载、覆冰等的作用以及年平均气温的影响。而且在一定的风力作用下，导线会发生稳定的风致微幅振动，从而激励塔身振动，严重时会引起铁塔破坏。在这些载荷条件下，铁塔都应该保证有足够强度而不致被破坏。另外，对于一些特殊的工作条件，比如导线断裂，此时铁塔是否具有足够的强度来防止由于断线引起更进一步的严重破坏也是考核铁塔性能的一个重要指标。
随着输电电压等级的提高，铁塔的体积越来越庞大，重量也越来越重。目前我国己经有很多地方建成500kV的输电网，并且电压等级还在进一步提高，多回路、多分裂导线铁塔以及山区、过江等大跨越巨型铁塔的使用进一步提高了对输电铁塔的要求。按照铁塔在线路中的位置和作用不同，可以分为直线塔（Z）、跨越塔（K）、耐张塔（N）、转角塔(J)、终端塔（D）、换位塔（H)和变电构架等。按照铁塔结构、形状、特点来分，常见的有酒杯型铁塔(B)、猫头型铁塔(M)、干字形铁塔(G)、丰子型铁塔(F)等。按材料来分，有角钢钢板螺栓铁塔和钢管焊接螺栓铁塔等。
在我国，大多数采用角钢钢板螺栓铁塔，其构造主要采用角钢、钢板等部件制作，用螺栓联接组合而成，局部采用少量焊接件，基础座板采用电焊焊接。塔上部件一般都采用热浸镀锌防腐。总体结构上，自立式角钢塔的主体结构为构架型，主要有如下几个特点：
(1)铁塔的主材通常采用较大型号的角钢，并且主材通常不打断，而只在联接处打螺栓孔用螺栓或者联接板联接。
(2)斜材、辅材及横隔材采用较主材型号小的角钢，两联接端之间为一小段独立的角钢。
(3)铁塔的塔脚处通常用螺栓与塔脚板联接，并与地基相连。
(4)构成铁塔构件(角钢)的长细比较大。
(5)各个角钢联接处通常采用联接板(也有直接联接在主材上)用一个或者多个螺栓联接。
(6)主材、斜材及横隔材通常是受力材，将载荷从它们的施加点处往下传到铁塔的基础上，而辅助材是用来提供受力材的中间支撑。
2高压输电线路铁塔结构设计方法
输电铁塔一般由角钢加工而成、构件之间连接采用普通螺栓C级连接的空间桁架结构体系。计算自立式铁塔内力与变形时，杆件钢材变形为弹性的，一般情况下内力和变形可按叠加原理进行计算，结构变形或位移除了考虑构建弹性变形以外，通常还要考虑连接螺栓中心松动移位的影响。自立式铁塔内力分析方法有空间桁架方法(也称精确分析方法)、简化平面结构方法(也称简化分析方法)。空间桁架方法是把整个结构简化为空间桥架结构体系，即所连接点均为铰接点、连接点之间的构件为空间析架杆单元、采用杆系有限元分析力一法进行计算。通常应用成熟的有限元软件进行计算。
简化平面结构方法是20世纪60年代后东北设计院提出的铁塔简化分析方法。该方法处理的是截面为四边形的塔架结构，充分利用了结构空间对称性，因此又称“铁塔对称分析法”。该方法适用于一些简单结构，如上字型塔、干字型塔、双回路鼓型塔等超静定次数较少的结构。
3高压输电线路铁塔结构设计的基本原则
输电线路铁塔是我国电力供应与输送环节必不可少的基础设施之一，被广泛应用于各地区电力输送的主干线与分支输电线路上，有效保证了电力输送的安全与稳定，也是全面保障我国现代电力行业供电安全的先决条件之一。在输电线路铁塔结构的设计过程中，设计人员只有坚持按照相关规定原则开展工作，才能保证设计方案更具科学性、合理性。
3.1 设计气象条件
现行规程对设计气象条件根据输电线路级别取不同的重现期来确定，一般规定330KV及以下输电线路按15年一遇，500KV按30年一遇。对于多回路输电线路，首先必须按回路中最高电压等级来确定重现期，其次还必须根据多回输电线路在系统中的地位来确定是否适当提高取值，如其在系统中的重要性已经达到或超过上一电压等级水平，则应该提高气象条件取值标准。
3.2 导地线和金具安全的系数
导地线安全系数不仅影响线体的运行安全，而且关系到耐张铁塔的荷载大小。对于同塔多回输电线路。由于荷载巨大，所以导地线的安全系数选取应更为合理，做到既能满足输电线路的安全运行，又能有效控制工程投资。
3.3 绝缘配置
輸电线路的绝缘配合就是解决铁塔上和档距中各种可能的放电途径，使输电线路能在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下安全可靠地运行。考虑到多回输电线路的重要性和停电检修的困难，尽量减少维护工作量，延长绝缘子清扫周期，同塔多回路的泄漏比距可考虑提高一级进行设计。现行规程规定的相对地间隙和相间间隙是在理论研究和真型试验的基础上，结合多年的运行经验所修订，同塔多回路可参照执行。
同塔多回路通常应用在通道紧张地区，悬垂串推荐采用 V 型串布置。这样既可有效节约输电线路走廊。避免铁塔大风闪络现象，而且在相同绝缘子片数时V型串工频耐污电压将比I串提高20%以上。同塔多回路导线相间距离除应满足《技术规程DL/T5092-1999》的计算公式，在特定的导线布置形式情况下，不同回路间的相导线可能在同侧横担上相邻布置，其回路间水平距离还应比上述要求增加 0.5m。
3.4防雷特性
根据送电输电线路设计手册推荐，输电线路遭受雷击的次数为：N=rhT，h=hg-2f/3，式中，r 为地面落雷密度；h为避雷线平均高度；T为年雷暴日数；hg为避雷线悬挂点高度；f为避雷线弧垂。公式表明，输电线路遭受雷击次数随着地线的平均高度增高而增多，例如：500KV同塔四回路(导线双回垂直布置)导线的平均高度比双回路增加约30m，比单回路增加约50m，因而雷击次数为双回路的1.6～2.0倍，为单回路的3.1～3.5倍：其次是绕击，当地线保护角相同时，塔高增加20m，绕击率增大一倍；至于反击，同塔多回路塔高增加，铁塔的波阻和电感随之增大，雷击塔顶时，沿铁塔传播至接地装置所引起的反射波返回塔顶或上横担所需时间相对延长，电位升高值较大，因此反击引起的绝缘闪络跳闸率比单、双回路高。
3.5 塔身和基础
同塔多回路由于铁塔的外部荷载及塔身风压与单回输电线路相比，将成倍增加，铁塔的自重、基础作用力均将大幅度增加。为保证可靠性要求，多回路铁塔和基础设计可参照大跨越工程的重要工程乘重要系数的做法，对多回路结构设计的安全系数适当加强。对500KV或220KV大截面导线的同塔多回路，为降低材料的体形系数和塔身风压，可考虑采用钢管桁架结构，对跨越塔等特殊型式也可采用高强度钢材。由于多回路塔的导地线很多，因此设计中可能很多结构材料受安装工况控制，在设计中如适当限制施工作业工序，采用合理的施工手段，甚至加大施工临时拉线的平衡张力，则可以有效降低塔重。同塔多回路的铁塔和基础设计还应该遵循安全可靠的原则。
4高压输电线路铁塔结构设计的要点
4.1 高压输电线路铁塔的布置形式
高压输电线路铁塔的布置形式以交叉斜材式为主，将交叉斜材布置到导线横担根部，在节点上增设1根短角钢，以增强其抵抗纵向荷载的能力，与塔身横隔面侧面横材的中点相连接，使导线纵向荷载通过塔身横隔材直接传递到塔身上去， 从而解决主材和节点板弯曲变形的问题。
4.2 高压输电线路铁塔斜材的选择条件
制约高压输电线路铁塔塔身斜材的基本条件是荷载力矩和长度。其中，斜材对外荷载抵抗力矩的大小即斜材和水平面的夹角大小，将直接影响到该节间主材分段及主材选材。
4.3 高压输电线路铁塔塔型的选择
高压输电线路铁塔选型时应该对塔身主材、节间分段情况、接腿等多因素进行优化组合，高压输电线路铁塔的部位和布置形式等都是高压输电线路铁塔塔形选择的要点。
4.4 高压输电线路铁塔特别注意的问题
首先，在高压输电线路铁塔的主材和节点板、节点板和节点板、节点板和塔身斜材等关键部位应该加斜垫作为稳定的措施。其次，高压输电线路铁塔身主材若是单角钢应该采用设置双排螺栓保证高压输电线路铁塔塔身稳定。最后，如果用四角钢组合成十字断面，可直接采用制弯节点板的办法。
5结语
高压输电线路铁塔是电力线路工程建设的重要组成部分，随着经济的不断发展和自然环境的不断变化，只有不断地提高其结构设计水平，做到因地制宜、因时制宜，才能够适应现代电力规范、进步发展的要求。
参考文献
[1]徐国钧．我国输电铁塔型材应用现状及优化措施[J]．基建管理优化，2011，（3）
[2]柴玉华.架空线路设计[M].北京：水利水电出版社，2007
[3]吴家园.输电线路铁塔结构设计中先进技术的应用和改进[J]．东北电力大学学报，2008．（9）