输电铁塔上部结构几何参数优化设计

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1、华北电力大学硕士学位论文故利用计算机的处理能力，在常规的输入电压等级、气象信息以及一些附加参数条件下，由计算机处理有关数据，得出铁塔塔头的某些常规尺寸，并可以很方便的生成在相关条件下所需要的铁塔塔头的型式，从而使得设计工作者节省大量冗余的计算的时间，生成直观的图形，便于工作人员进行编辑和修改，以达到工程设计需要，这种方式是必要的。1．2国内外研究现状随着国家经济和工业的飞速发展，各行各业对电力的需求空前的旺盛，从而也推动了我国的发电和送电事业的快速发展。相对经济增长和人民生活水平提高的需求而言，我国的电网

2、建设当前仍然较为滞后。为此，“十一五”国家科技支撑计划重大项目(973项目)就明确提出了“特高压输变电系统开发与示范’’，其内容包括了针对制约我国输电线路建设及输变电设备制造的一批关键技术而提出的32个课题。因此，电力行业也将加大力度对高压输变电系统进行科研攻关，为建设各级高压输变电系统提供技术支持n¨。我国输电线路的设计，一般分为可研设计、初步设计和花工图设计三个阶段。也可以采用其形式分阶段。重点主要是将初步设计按分章、分节、施工图设计按分卷、分册的设计内容及要求加以说明，以便能掌握全部工程设计内容和设

3、计程序，并以此来对照设计内容是否齐全，是否满足设计深度的要求，并建立整体工程设计概念。大型的或者地区复杂的送电线路设计项目，还要配合电力系统进行工程建设的可行性设计¨“。l、软件设计传统输电铁塔的设计除结构分析采用电算化外，大多是手工操作完成，工作量大，设计周期长，不能满足设计需要。近年来，国内外相继开发成功了一些输电铁塔设计软件，但这些软件大多以其它软件(女IAUTOCAD)为支撑平台。用C语言进行功能扩展，存在集成度不高、使用不方便等缺点，使其应用受到很大限制n2“婚3。国际上从60年代初就开始输电线

4、路的计算机辅助工程设计研究，与CAD软件连接直接绘制设计图纸，大大提高工程设计质量，缩短设计周期。目前，塔型设计正朝着完全计算机化方向发展u利。杆塔结构智能化设计系统包含三大部分：杆塔构造设计、杆塔强度分析与优化设计和杆塔计算机放样与绘图。杆塔构造设计部分，主要描述杆塔的几何外形及杆件的布置方式。构造设计以人工智能为基础，在计算机上自动或手工完成杆塔构造图设计。强度分析与优化设计部分，是在杆塔构造设计的基础上，建立杆塔的力学模型，对强度进行分析与计算，实施优化设计策略，使其重量最轻。计算机放样绘图部分，是

5、以杆塔构造设计、强度分析和优化设计结果为基础，自动绘制施工图，杆件编号，做明细表，生成杆件加工零件图等n副。华北电力大学硕士学位论文利用计算机技术，智能设计与制造技术和CIMS技术等，解决杆塔设计与制造中的问题，避免繁重的体力劳动和经验性的工作，是杆塔设计与制造新工艺的关键所在‘1别。目前，国内外已经有不少铁塔专业设计分析软件，比如国际上流行的行业软件Tower、Mstower、Sam2000等，均为结构分析软件，众多铁塔设计软件都偏向于铁塔整体构造的设计、分析与放样，实现计算机自动实现单线图甚至施工图的

6、绘制，大量节约工程人员的设计时间⋯儿163。所注意的方面大多数是铁塔的构造设计，或者是由设计到制造的集成(AutoCAD)n71，大多数软件在铁塔塔头设计上直接沿用具体塔形，如酒杯型塔、猫头塔、干字型塔、鼓型塔、羊角塔、拉线塔、门型塔等，并未充分考虑到塔头的形状的控制因素对铁塔塔头形状的巨大影响程度，直接控制着铁塔塔头形状的大小。另外，随着输电线路设计软件的发展，越来越多的输电线路信息管理软件也随之出现，使得设计过程符合全部工程设计内容和设计程序n别。2、优化设计在60年代以前，由于结构分析的工作量很大，

7、人们即使有优化设计的思想也难于实施．其后，由于有限元法解决了复杂结构的分析及计算机的广泛应用，使优化设计成为可能并得到了蓬勃发展n引。在输电线路铁塔优化设计方面，一方面是从空间桁架结构优化方法对铁塔进行结构分析，对传统优化方法进行不断更新，实现铁塔的优化设计n∞。另一方面是由常规的垂直型绝缘子串改为V型绝缘子串以更改绝缘子串风偏角，合理布置挂点，使得塔头的受力趋于合理，从而实现塔头的优化设计心伽心¨。通过间隙圆的占据面积对铁塔塔窗尺寸进行优化设计的方法，文献较少有详述。研究从最初的条件入手，合理计算间隙圆

8、的面积，并研究按照导线之间的相间距离合理布线，对导线的间隙圆进行充分计算并进行包络，改变原有输电铁塔固有的形状，尽量满足电气要求，从而减小塔窗面积，为紧凑型铁塔研究提供面积尺寸数据，或对原有铁塔塔头形状加以更加合理化套设成为值得研究的课题。1．3本文工作在前人的工作基础上，本文对架空输电线路中对输电线路铁塔塔头间隙影响的因素进行了分析，综合国内外对输电线路铁塔塔头设计的研究，做了以下几个方面的工作。(1)建立了各种导线、地线、