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摘要：在我国现代化经济建设中，电力系统为了满足国民经济快速发展的需求，正处在积极满足和配合阶段。但这种大负荷的需求，使得电网的建设显得很紧迫。输电线路铁塔是输变电系统工程的关键部分，它的结构稳定性直接关系着输电线路的经济性、可靠性和供电的连续性。本文针对输电线路铁塔结构设计优化进行了分析与探讨。
关键词：输电线路；铁塔；结构设计；优化
1输电线路铁塔概述
输电线路铁塔又被称为电力铁塔，顾名思义它是一个立体的、用于支持高压或超高压的架空的送电线路导线和避雷线的构筑物。铁塔可以根据电压的等级、线路的回路数、导线及避雷线的布置方式、材料及结构形式的不同来进行命名。在结构设计中要求塔的尺寸和档距都有一定的标准，导线与地面、建筑物、树木、铁路、公路、河流以及其他架空线路之间，导线与导线、导线与避雷线之间，均应保持必要的最小安全距离。
常见的电力铁塔的结构主要由3个部分组成，即塔头、塔身和塔腿组成，这是根据立体空间中感官认知来区分的，如果是拉线铁塔还有拉线部分。电力铁塔根据不同的分类方式可以分为很多种类型，如果按形状划分的话，可以将其分为酒杯塔、上字塔、猫头塔、拉线塔、羊角塔、门型塔等；如果按用途划分，可以分为耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔、终端塔和跨越塔等。这些塔具有相同的结构特点，它们都是空间桁架结构，由等边角钢或组合角钢组成的杆件间用粗制螺栓进行连接，主要靠的是螺栓的受剪力支持。简单来说角钢、连接钢板和螺栓组成了整个塔，在塔脚处则采用了防腐的热度锌材质的组合件。
2输电线路铁塔结构设计的基本原则
2.1符合气象和地质条件的基本原则
输电线路铁塔结构设计之时必须把建设环境的气象和地质条件纳入考虑。目前针对气象条件主要是依据输电线路级别不同的重现期来确定，具体来说，330kV及以下的输电线路15年一遇，500kV则要30年一遇。如果输电线路属于多回路型，还必须要根据多回路中最高的电压值来确定重现期，并且还要参考多回路输电线路在电力系统中所处的地位，以此来确定是否需要适当地提高取值。如果多回路输电线路在电力系统地位较高，重要性已经达到了或者超过了上一个电压的级别水平，那么在设计结构时就必须要提高气象条件的参考标准。基于我国地质环境的特殊性，目前我国基础式的输电线路铁塔大多是采取浅埋式的，采取这种方式设计的输电线路铁塔大多根据较稳固，安全性能较高，也比较符合经济效益。
2.2符合铁塔选型的基本原则
输电线路铁塔结构有多种类型，不同类型的铁塔的造价、施工、占地面积、运输以及安全运行等方面都各有不同，因此注重铁塔的选型也非常重要。在建造铁塔时，单单计算铁塔的工程费用大约会占据整个工程的30%～40%，铁塔结构设计师一般在设计时就需要综合考虑经济适用这方面的问题。
具体说来，一般的铁塔结构根据投资允许通常只会选用转角塔，这种结构的铁塔所需的材料简单，施工起来也比较方面，对于线路的安全性能也有保障。但如果是碰上了需要沿规划道路的同塔多回，那么大的转角塔就很容易造成杆顶挠度的变形，施工的费用也会相应增多，所以最好改为选用直线塔。基本来讲，输电线路铁塔结构的选型都遵循，直线塔采用铁塔，转角铁塔采用角铁塔这一方案。
2.3确保导地线的安全系数原则
在设计铁塔结构时，必须要注意铁塔的安全性，导地线的安全系数关系到整个线体的运行以及耐张铁塔的负荷大小。同时，对于同塔多回路的输电线路来说，导地线的安全系数显得更为重要，因为这种铁塔的负荷大，对于导地线安全系数的选择需要更加合理。
2.4配备绝缘配置的原则
输电线路铁塔由于要承受高压电力线路，面临着各种各样的放电问题，这要求所有的铁塔都要配备绝缘配置以保证输电线路的安全运行。输电线路的绝缘配置可以保证输电线路在工频电压、雷电过电压、操作过电压等条件下可以安全的运行。对于多塔回路而言，一般都采取提高泄露比距的方式，来减少以后的工作维护量，延长绝缘子的清扫周期。
3输电线路铁塔结构优化设计分析
3.1塔身坡度的优化设计
使铁塔重量直接受到重大影响的就是塔身的坡度，其对主材的规格与斜材的长度也有所影响，为了获得科学合理的塔身坡度，可选取试算法或者动态规划法，这样有助于主材的受力充分且相对均匀，确保铁塔的刚度有所充足，也即是目前满应力的主旨所在。
3.2塔身斜材布置的优化设计
500kV双回路直线塔塔身较长，主要受力斜材布置形式的合理与否，不但影响铁塔本身的受力安全，对铁塔本身的重量和对应工程本体的造价，也是至关重要的。因此在设计计算中，也需考虑对斜材布置样式的优化。塔身斜材常用的布置形式有“正K型”、“倒K型”、交叉式等布置，以往单一的交叉布置形式容易使斜材产生同时受压，几种方式组合布置可以避免同时受压情况的发生，使斜材受力成为拉压系统，充分利用拉压系统的受力特性（拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用），可减小斜材规格，降低塔重。
3.3拉线V型塔优化设计
拉线V型塔塔头主要有线支架和导线横担两部分，这两部分就占据了整个结构40%的重量，地线支架只占了4%，所以在进行优化设计的过程中主要是以导线横杆作为最主要的优化部分，横单杆件内力最为重要的影响因素就是横担本身的杆件结构形式，在优化的过程中一定要在中横担的立面高度和主材节间的选择等因素上行考量。当然，在设计的过程中也可以将这些影响因素当成是设计的变量，按照设计的要求对其进行适当的优化，从而实现优化前的既定目标。
3.4塔头尺寸的优化设计
按照间隙圆能够规划出许多塔头尺寸，经由相关的优化计算与相互比较，主要以塔重最轻作为实际出发点，这样才能够获得最佳的塔头尺寸。
3.5ZB1-MV酒杯型塔优化设计
目前，国内500kV超高压输电线路单回路自立式直线铁塔一般选用酒杯型和猫头型铁塔较多，三相导线均采用悬垂串挂线。在相同设计条件下，猫头型铁塔比酒杯型铁塔的塔头尺寸和线路走廊宽度较小，线路走廊赔偿费用低，可减少线路电晕损失和电能损失；但因整体高度较高，耐雷性能差，铁塔基础作用力大，单基耗钢量高；酒杯型铁塔导线呈水平排列，与猫头型铁塔相比，可减小铁塔整体高度，铁塔整体刚度大、挠度变形小，单基耗钢量低；但线间水平距离宽。自立式铁塔的优化，过去一般着重于塔身结构。但标准呼称高下的自立式铁塔，塔头重量占整塔重量的40%～50%。塔头结构优化不可忽视。
3.6局部结构中细部的优化设计
主材和斜材的连接点可以使连接板的大小得以减小，对塔重的优化起着难以磨灭的效用。在横担根部的连接方式中，采用倒K材进行布置，这样不但能够降低杆件的长度，而且可有效避免横担主材连接板产生的弯曲所发生的事故。
3.7铁塔与基础同时优化设计
这种设计方式主要以铁塔建设中使用的钢材数量最小为基本的目标，所以在设计的过程中一定要先计算出塔身最好的坡度，这样可以有效的提高铁塔的经济性，在对其进行优化设计的过程中一定要将其和基础的设计有机的结合，一般来说将塔件的倾斜程度控制在主材开合脚允许的范围内，不然不仅会影响塔杆的稳定性，同时还会严重影响到钢材的使用量。
结语
随着国内电力行业的迅速发展，铁塔的需求量也与日俱增中。因此，无论设计、施工管理还是运行维护，始终要贯彻、牢记并落实安全生产的理念，应做到环环相扣，尤其应从设计源头抓起，确保输电线路铁塔的安全可靠、经济合理。
参考文献：
[1]孙宇爽.高压输电线路铁塔结构设计要点分析[J].电子世界，2014（18）.
[2]覃世仁.谈谈输电线路铁塔结构设计的几点体会[J].黑龙江科技信息，2010.