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摘 要：在输电系统中,一般多会采用架空输电线路,这就需要进行一定的输电线路基础设施建设,即输电线路铁塔.文章首先分析了输电线路铁塔结构设计中的主要内容,继而以500kV输电线路为例,分析其铁塔结构的可靠性,以供参考.
关 键 词：输电线路；铁塔；结构设计；可靠度；分析
中图分类号：TM726文献标识码：A
近些年,我国的电力事业获得了长足的发展,电力在社会生产中所起到的作用也越来越突出,人们对安全供电和稳定供电也提出了更高的要求.然而在实际的运行中发现,现有的很多输电线路铁塔在正常情况下能够保持较高的可靠性,但是一旦遭遇一些特殊情况,如冰雪灾害等恶劣天气时,就会出现不同程度的损害,可靠性与安全性大大降低,甚至会造成不可估量的严重后果.为此,近些年电力单位对加强输电线路铁塔结构设计的可靠性给予了高度重视.以下本文就来具体谈谈这一问题.
一、我国输电线路铁塔结构设计的主要内容
输电线路的主要作用是实现电力的安全输送,因此在对输电线路铁塔结构进行设计,也同样要遵循这一原则,将保证电力安全输送作为设计的核心思想.一般我国的输电线路铁塔结构设计的主要内容包括杆塔设计、防雷接地设计等基本设计内容,近些年还将除冰设计加入了铁塔结构设计中.
其中,杆塔设计是输电线路铁塔结构的主体,其设计水平的高低直接决定了铁塔结构的稳定性大小.在杆塔的设计中需要注意选择打好杆塔的基础,这是保证铁塔不会受外力因素轻易倒塌的重要前提,另外,还要合理的设置杆塔位置、控制最佳的塔间距离、正确选型和选材.由于输电线路铁塔多处于室外,很容易受雷电影响而降低其稳定性与可靠性,为此必须要合理设计防雷接地装置,这也是保证铁塔结构设计可靠性的关键技术.一般输电线路铁塔的防雷接地结构设计中需要注意确保接地网的可靠性,可以采用埋设接地模块等方式来降低接地电阻,提高防雷接地效果.也可以假设耦合地线或安装不平衡绝缘的方式来进一步保证铁塔防雷接地结构的可靠性与稳定性.
另外,除冰设计最近也逐渐受到电力企业的重视.这是因为一旦输电线路覆冰,就会导致断线事故,甚至还会将铁塔压断,从而导致该线路长期中断,难以短期内恢复,给社会生产带来极大损失,也严重影响了人们的生活.为此要保证输电线路铁塔结构设计的可靠性,还必须要做好除冰设计工作.目前我国的除冰技术还不是十分先进与成熟,多采用融冰技术或机械除冰技术,近些年还出现了有源防冰覆层、涂设相应涂料等方式.这些除冰设计方式都需要根据实际情况合理选择,以确保其有效性和可靠性.
二、输电线路铁塔结构设计的可靠度研究
所谓结构的可靠性,就是指在一定的时间和条件下,结构可以保持预期功能.一般对于基建设施来讲,其结构可靠性就是指其安全性、适用性与耐久性.而结构可靠度则是指可靠性的测度.输电线路铁塔作为输电系统的重要基建设施,必须要保证其结构可靠性.而在结构设计中,要衡量结构的可靠性是否符合相关技术要求,就要确定其可靠度.我们可以通过建立一定的计算模型来确定其实际可靠度.以下我们就以500kV输电线路铁塔为例,来研究对其结构可靠度进行研究.
1计算模型简化
目前我国的输电线路子铁塔一般都是以角钢钢板螺栓铁塔为主,其构造多呈构架型,也就是说,铁塔结构是由很多个构件以螺栓或焊接的方式连接到一起的.若对其实际结构模型进行可靠度分析,则需要对每个构件的可靠度进行分析,这将是一个极其复杂的计算过程.为了简化计算过程,我们可以将铁塔结构模型简化为整体,即仅仅考虑能够对结构产生破坏的构件进行分析.也就是可能会产生失效且对结构可靠性影响较大的构件,是分析可靠度的关键.
一般在对输电线路铁塔结构动荷载工况进行分析时,多数只考虑其正常运行、断线以及安装时的失效情况,其中重点考虑正常运行时的失效情况.对于500kV输电线路铁塔来讲,其塔头部分一般不会出现失效情况,可忽略不计.为此,其结构可靠度的计算可重点考虑塔身结构中的主材与部分斜材.
2500kV输电铁塔实际可靠度计算
2.1500kV输电铁塔失效模式个数的确定
按可靠度理论,杆塔结构体系的可靠度取决于结构各构件的可靠度,通过对各构件的可靠度分析可研究铁塔的可靠度.根据工程实际,500kV输电铁塔结构在实际使用时对相邻的几个节点之间的主材采用统一的规格,可以认为失效模式是一样的.由于构件在实际使用中的限制,统材后主材构件的长度一般在10-12m.500kV输电铁塔的高度一般在30-60m,主材分段数在4-8之间,由前面的简化模型可知,塔头部分已经被简化,因此正常运行情况下的荷载控制的主材段数为3-5.每一主材段认为是同一失效模式,所以500kV输电铁塔结构体系是具有3-5个主要失效模式数的串连结构体系.
2.2500kV输电铁塔实际可靠度计算
在概率论中,定义将实验E重复n次,设事件A在n次试验中出现nA次,则称比值nA/n为事件A在n次试验中出现的频率.从相关统计数据中可得我国500kV输电铁塔年失效频率Pf等于Nf/N等于19/136049等于1.4×10-4/年.式中Nf为累计倒塔基数；N为杆塔运行总基数之和.由概率论中当样本数足够大时可以频率近似计算其概率可知,可用Pf近似代替其年失效频率Pt,它们之间的相对误差为ε等于等于46,则500kV输电铁塔年失效概率的范围为Pt等于（1±ε）Pf等于（0.76-2.04）×10-4.500kV输电铁塔在设计基准期T内失效概率Pf等于1-（1-Pt）T,当T等于50时,Pf等于（3.8-10.1）×10-3,相应的可靠度为β等于2.33～2.67,此即为500kV输电铁塔的实际可靠度.
结语
综上所述,在当前的输电线路铁塔设计中,必须要充分考虑到其基建、接地防雷和防冰等多方面的设计,这是保证其结构可靠性的关键.另外,在设计的过程中,必须要建立一定的计算模型,对其结构进行可靠度计算,以确定设计可靠性与实际可靠性的差距,并采取对应措施,最大程度的保证输电线路铁塔的安全可靠运行.