我国输电线路铁塔结构设计可靠度分析

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  分铁塔结构的稳定性较差,再加上恶劣的天气,例如冰雪灾害等状况的发展,会对铁塔的稳定性造成一定程度上的损伤,其安全性和稳定性也势必会降低,甚至会造成严重的电力事故,因此必须对铁塔结构设计的稳定性予以高度重视。
  一、输电线路铁塔结构设计的主要内容
  输电线路铁塔设计的主要内容便是塔杆设计,塔杆的稳定性取决于设计水平是否能够达到运行标准。为了保证塔杆在外力作用下依然能够保证稳定运行,首先要做的就是要做好塔杆的基础。此外塔杆的位置选择、选材、选型还有塔间距离,同样重要。雷电等自然现象对于塔杆的可靠性和稳定性也有一定的影响,所以防雷接地装置的设置也必不可少,这就必须要考验接地网的稳定性,为了降低电阻应该采取埋设接地模块的方法来提高技术的可靠性,这是保证铁塔稳定性的关键性技术之一。现在除冰设计也作为铁塔结构可靠性检测的一项重要內容之一,覆冰的输电线路非常容易导致断线事故的发生,也会给铁塔的承重负荷造成巨大的压力,严重会导致铁塔发生断裂事故,从而引发大面积的停电事故,给社会生活与生产带来巨大损失。当前国内的除冰技术还不够成熟,采用最多的方式便是机械除冰方法,最近几年才采用了有源防冰覆层、涂设等涂料方式,但是也要根据实际情况来采用这种除冰方法,来保证铁塔运行的可靠性。
  二、结构可靠度的计算方法与步骤
  本文根据DL/T55154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中的相关技术标准要求,对输电线路铁塔结构的稳定性的相关技术标准与设计公式进行推演:(1)将定值SGk作为该计算要求的永久载荷效应,将单元ρQ(ρQ1、ρQ2)作为设定好的比值,这样就可以计算出对应的效应标准值SWk=ρQSGk(SWk=ρQ1SGk,Sik=ρQ2SGk)。(2)依照相异的效应组合情况,对输电线路铁塔结构的抗力的标准值Rk依据极限状态方程来进行求解,在工况1(最大风)条件下,铁塔结构构件的抗力标准值计算出的结果为Rk=γRγ0(γG+γQβCαwTρQ)SGk;在工况2(风荷载、覆冰荷载)条件下铁塔结构构件的抗力标准值计算出的结果为Rk=γRγ0(γG+γQβCαwTρQ2)SGk。(3)上面步骤中计算出的随机变量值的均值与标准值相乘,求解出μxi(i=1,2,…,n),即变量的平均值,然后再计算各个变量的均方差μxi,该均方差的计算是通过δxi(变异系数)和μxi(平均值)相乘求解出来的,计算结果为μs=μksSk,σs=μsδs,μR=μkRRk,σR=μRδR。(4)验算点设定为P*,相应的变量为xi*。坐标设置为xi*(R*,S*),其中要设定为xi*=μxi。(5)区别不同单元的基本变量概率分布情况,正态化非正太随机变量。
  三、构建可靠度计算结果评价
  根据要求,将冰、风的载荷重现期设定为3个定值分别是15年、30年和50年。风速设置为20m/s,风载荷系数为βc,设定值为1.2,其他情况下忽略风载荷调整系数,设定值为1.0。
  结论
  在大风情况下,2级构件的稳定性略高,其余情况下略低;在覆冰情况下,2级构件的稳定性略高;50年的可靠性比30年的可靠性要低0.5,失效率要高1个数量级;50年的可靠性比15年的可靠性要低1.0,失效率要高2个数量级。建议,应该将冰、风荷载重现期提高到50年,对于自然条件恶劣地区的铁塔结构把荷载要求提高到100年,或者在50年的基础上适当提高冰、风荷载的标准值。从而提高我国现行的铁塔结构设计的可靠度和安全度。
  (作者单位:中国电力建设集团成都铁塔厂)
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