电力钢管杆安全的设计与使用
李辉
摘 要：电力钢管杆以其结构简单、可靠性高、维护便捷、占据空间小以及施工安装方便等优点，代替水泥杆与角钢铁塔成为了220kV以下电力线路中常用构件。由于钢管杆与水泥杆、角钢塔以及普通铁塔在受力特点方面存在差异，因此本文主要探讨关于电力钢管杆设计和使用的安全措施。
关键词：钢管杆;设计;安全;使用
引言：在城市区域由于土地资源有限，建筑密度较大，因此在架设电力线路时多会沿河道、绿化带或者道路进行架设，这样不仅节省土地资源，同时也能降低征地费用。但是由于河道、绿化带以及道路等区域限制性较大，不适宜采用铁塔，若选择铺设电缆则成本过高，因此钢管杆成为了首选，被广泛应用于220kV以下的电力线路当中。
一、电力钢管杆的特点分析
电力钢管杆根据导线的排列方式可以分为千字型和上字型钢管杆;按照用途分类可以分为转角杆、耐张杆、换位杆、直线杆、分歧干以及终端感。相较于传统的水泥杆、角钢铁塔，钢管杆的优势在于钢管底部的外径较小，所占空间较小，适用于地形条件限制性较大的区域，同时其还具有施工安装简单快捷、可靠性高、维护方便且工作量小、造型美观以及线路走廊较小等优点[1]。电力钢管杆虽然具备诸多优点，但是由于目前制作钢管杆所采用的钢材多为Q235或者Q345，强度相对有限，因此不适用于220kV以上的电力线路，同时也不适用于乡村地区或者走廊无限制的区域，仅适用于城市区域或者走廊存在限制的区域。
钢管杆在受力特点方面与铁塔和水泥杆不同，其通过钢管杆身的偏心弯矩传递上部荷载，但由于底部外径相对较小，因此杆身的柔度和变形较大。
二、电力钢管杆安全的设计
一般来说，只要钢管杆的强度符合要求，则其变形范围也符合要求，虽然对于钢管杆变形范围并未作出明確规定，但是从安全和运行稳定性方面考虑，在设计时应注意钢管杆变形对于电气间隙和强度的影响。
1.杆型设计
钢管杆的杆型主要取决于荷载大小，这是杆型设计的关键因素，同时也要结合电力线路沿线的地形地貌、障碍物以及路径等因素[2]。在设计杆型时，设计人员需要综合考虑上述因素，合理确定杆型，否则可能会影响到工程造价管理。此外，关于转角杆的角度划分主要取决于电力线路的路径，若线路曲折系数较小，则可以考虑以20°为一档;若线路曲折系数较大，则可以考虑以10°为一档。
2.尺寸设计
尺寸设计主要包括梢径、锥度、杆段的划分以及截面形状，这也是需要重点关注的因素。首先是梢径与锥度，梢径设计关系到杆身尺寸，其尺寸一方面要符合钢管杆整体构造要求，同时也要符合挠度要求。锥度设计主要与钢管杆的荷载作用有关，荷载越大则锥度越大，这样才能确保钢管杆受力合理，不会出现较大变形。其次是截面形状，比较常用的是多边形与环形，钢管杆的截面形状设计主要与挠度有关，在荷载作用相同的情况下，钢管杆的截面形状越接近于圆形，则挠度就越小，反之则挠度就越大[3]。但从力学性能方面考虑，以环形截面最佳，但是其加工难度大，焊接作业量较大，因此若无特殊要求，通常会采用多边形截面。最后是杆段的划分，由于钢管杆自底部向上壁厚逐渐减小，因此需要按照壁厚分为数段，一般来说每段长度不宜超过10m，若过长则运输、加工以及安装不便;若过短，则连接点增多，会导致钢管杆自重增加[4]。在实际设计时，设计人员需要对每段长度进行计算，以合理确定长度，这样才能确保受力均匀，同时也能使钢管杆自重保持在合理范围。
3.连接方式设计
钢管杆的连接方式主要有套接和法兰连接两种，其中套接主要适用于小转角钢管杆和直线钢管杆，若杆身截面形状为多边形且变数超过12个，则不宜采用套接的方式。套接时接头长度为1.5套入段最大内径。法兰连接主要适用于转角钢管杆与直线钢管杆，多采用的是刚性法兰连接，当杆身受力时，法兰肋板、螺栓与法兰盘会共同作用，连接稳定。需要注意的是法兰盘对形变要求严格;连接螺栓应采用高强度螺栓，等级不低于6.8级，直径在16mm以上。
三、电力钢管杆的使用
1.挂线点
一般来说，在加工制作钢管杆时会直接在挂线点焊接挂线板，除架空地线的挂线板在杆顶位置外，其余钢管杆的挂线板均处于横担头部位置。考虑到电力线路运行过程中，挂线点位置摩擦较大，易出现损坏，因此使用螺栓进行连接，焊接的方式可靠性更好，但是焊接的方式会导致后续更换挂线板的难度增大，为延长挂线板的使用寿命，提高抗腐蚀性能，应酌情增加挂线板的厚度，一般在2mm以内。
2.横担
钢管杆杆身和横担通常采用的也是法兰连接，若为直线钢管杆，则采用直径为16mm的螺栓;若为转角钢管杆，则采用直径为20mm的螺栓。杆身和横担间需要安装斜拉吊杆，主要目的是保护电力线路检修、维护人员的安全。
3.防腐处理
考虑到电力线路运行过程中，钢管杆受自然因素的影响会出现腐蚀的情况，可能会影响其使用寿命，因此需要做防腐处理，目前多采用的是热浸锌处理工艺。经过防腐处理的钢管杆即使在污染较为严重的区域，其防腐层寿命也可达10年;若环境质量良好，则防腐层的寿命可达30年[5]。
4.爬梯和休息台
爬梯和休息台并非是钢管杆必需的构件，是否设置爬梯和休息台主要取决于钢管杆的高度，或者设计为交跨杠，这种情况下可以根据实际情况在杆身上设置爬梯和休息台，一般多采用双面爬梯，其安全性更好。
四、结语
综上所述，在城市区域或者走廊受限的情况下，选择电力钢管杆可以创造良好的经济效益与社会效益，能够在充分满足工程需求的基础上节省土地资源与项目成本，而且由于施工安装简单，施工进度较快，并且对于施工周围环境造成的影响较小。若电力钢管刚需要使用在22kV以上的项目，则要提高杆身的高度。
参考文献：
[1]陶冶. 高压输电线路钢管杆结构的优化设计[J]. 科技创新导报， 2016， 13（15）：2.
[2]辛小亮， 刘亚锋. 浅谈高压输电线路钢管杆的设计应用[J]. 科技资讯， 2011（24）：1.
[3]金涛， 王冲， 底尚尚. 220kV双回输电线路钢管杆设计档距及安全系数取值分析[J]. 河北电力技术， 2014， 33（1）：3.
[4]谢枫. 浅谈城区钢管杆设计中的若干问题[J]. 大科技， 2013， 000（034）：131-131，132.
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