[科普中国]-输电铁塔

输电塔则是架空线路的支撑点，在输电塔上架设一个回路则是单回路输电塔，在输电塔上架设两个回路则是双回路输电塔。单回路就是指一个负荷有一个供电电源的回路；双回路就是指一个负荷有2个供电电源的回路。一般，对供电可靠性要求高的企业，或地区重要变电站，均采用双回线供电，这样可保护其中一个电源因故停电，另一个电源可继续供电.但对一般的对供电可靠性要求不高的中小用户往往采用单电源供电。

简介输电铁塔为高耸构筑物，对倾斜变形非常敏感，对地基不均匀沉降要求也高。输电铁塔基础常用的结构形式有独立基础、扩大基础和桩基础，输电铁塔的结构形式主要采用钢结构。常规输电铁塔及基础结构难以适应煤矿采空区的地表移动变形，有可能造成输电铁塔偏斜甚至倾覆。

目前，国内对处于煤矿采空区输电线路铁塔可靠性的研究较少。山西省电力勘测设计院在长期的设计、工代过程中不断总结经验，在通过煤矿采空区及计采区时，根据输电线路的设计和运行经验，采取了一定的技术措施。中国电力科学研究院采用有限元软件关于煤矿采空区基础沉降与倾斜变形对特高压杆塔承载能力的影响进行了数值分析。北京国电华北电力工程有限公司针对特高压输电线路煤矿采动影响区铁塔基础设计进行了研究，分析了大板基础不同板厚时的弯矩，认为大板厚度不应太大也不应太小。中国矿业大学在充州矿区进行了35~110kV高压输电线路下采煤的实践研究。虽然当时一些设计单位对通过采空区的输电线路使用了复合防护板基础。但未对复合防护板的抗变形机理与设计理论开展研究。近几年，山西省电力勘测设计院与中国矿业大学合作对复合防护板的抗变形机理与设计理沦进行了研究，并取得了一定的成果。1

国内输电铁塔现状长期以来，我国输电线路铁塔用材主要以Q235和Q345热轧角钢为主，与国际先进国家相比，我国输电铁塔所用钢材的材质单一、强度值偏低、材质的可选择余地小。随着我国电力需求的不断增长，同时由于我国土地资源紧缺以及环保要求提高，线路路径选取、沿线房屋等设施的拆迁问题也日趋严重，大容量、高电压等级输电线路得到了迅速发展，出现了同塔多回路线路，以及更高电压等级的交流750、1000kV及直流±800kV输电线路。所有这些使得铁塔趋于大型化，杆塔设计荷载也越来越大，常用热轧角钢在强度和规格上都难以满足大荷载杆塔的使用要求。2

大荷载杆塔可以使用组合截面角钢，但组合截面角钢风载体型系数较大，杆件数量及规格多，节点构造复杂，连接板、构造板用量多，安装复杂，大大增加了工程建设投资。钢管塔存在构造复杂、焊缝质量不易控制、加工生产效率低、管材价格及加工成本高、塔厂加工设备投入大等缺点。

多年的铁塔设计工作，使铁塔的型式已经趋于完善化，要进一步节省造价，只能从材质上入手。

超、特高压输电铁塔1、超（特）高压输电铁塔风振动荷载

超（特）高压输电杆塔高度增加，结构柔度增大，脉动风引起的振动效应增强，需要在结构设计中合理考虑风振动力荷载，增强结构的抗风能力。

目前杆塔结构设计引入风荷载调整系数（既风振系数）来对此动力效应加以考虑，但系数选取应能满足超（特）高压输电杆塔对结构安全性和经济性要求。

风荷载为输电杆塔的主要可变荷载，它可看作由远离结构自振频率、属静力性质的平均风和与结构自振频率较为接近、具有动力和随机性质的脉动风两部分组成。其中自振频率会使结构产生受迫振动。

输电杆塔属于高耸结构，自振频率较低与脉动风频率接近，容易发生共振，产生大位移，对结构造成破坏，因而需要在结构设计中考虑风荷载的动力效应，增强结构的抗风能力。

2、输电线路增容改造中铁塔结构安全评定

铁塔安全性评定是输电线路的重要环节，铁塔构件锈蚀是铁塔损伤的主要形式之一，往往导致其材料性能劣化和强度降低，从而影响铁塔结构的承载能力，影响结构安全性。

铁塔构件锈蚀往往导致构件材料力学性能和构件强度的降低，影响铁塔结构的承载能力，威胁输电线路的安全稳定运行。分析铁塔锈蚀构件材料力学性能和不同锈蚀程度的关系，提出了铁塔安全性评定准则和相应处理及对策和措施。

3、锈蚀铁塔安全性评定

安全性按照构件在铁塔结构中所起的作用，铁塔构件可分为主材、斜材和辅材三类。安全性评定主要是主材和斜材，辅材应考虑其构件连接完整。

我国输电线路铁塔结构常用的钢材为Q235、Q345、Q390，现行设计标准以材料屈服强度为标准强度，结构应力小于设计强度时结构安全，当构件截面锈蚀使得构件应力达到材料屈服强度时构件发生屈服破坏、结构强度失效，处于不安全状态。

锈蚀铁塔的安全评定准则和处理对策和措施如下。

1) -级构件：无损伤，为完好构件，无需处理。

2)二级构件：截面损失率小于10%，需采取必要的加固修复措施。

3)三级构件：截面损失率大于10%，为危险构件，建议拆除更换。

4、铁塔耐张线夹钢锚拉出故障及处理

220kV铁塔双分裂导线在正常运行情况下突然滑出，导线弧垂大幅度下降，严重危及电网的安全运行，后经停电抢修恢复送电。确认故障原因为：耐张线夹压接施工工艺不符合有关施工工艺规程中的规定，铝管负，模压接位置出现较大偏差，钢锚与耐张线夹铝管没有连为一体，在导线长期荷载和微振动作用下，造成导线钢芯断裂，导致耐张线夹钢锚拉出。

5、超（特）高压输电线路铁塔的可靠性

铁塔结构作为输电线路的直接支撑结构，其可靠性关系到整个线路的安全，合理的做法是应以结构构件的可靠概率或可靠指标进行比较，或者是通过一定的推导建立相当安全系数方法来进行比较。输电线路铁塔构件的可变荷载有风荷载、冰荷载、导地线荷载等，其中大风荷载是活风荷载即可变荷载，是设计中主要考虑的因素。

对于输电线路用铁塔的基本构件，可取轴心受压构件来决定输电线路用杆塔的可靠度设置水平。

我国500kV普通线路的气象荷载重现期为30年，2级可靠度等级，考虑1.2倍的风荷载调整系数后，其可靠度设置水平达到美国导则的100年一遇的4级结构重要性可靠度水平；与欧洲标准相比而言，我国500kV线路的可靠度水平相当欧洲标准的150年一遇的2级可靠度等级，这说明与国外同类规范相比我国500kV输电线路是安全的。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所