1000 kV特高壓交流輸電線路貓頭塔主材彎曲度超標(biāo)問題分析

王 艷，蘇秀成

（國(guó)家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司，北京市，100052）

0 引言

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，電力發(fā)展關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。我國(guó)的能源資源和生產(chǎn)力發(fā)展呈逆向分布。煤電、水電以及風(fēng)電主要分布在北部和西部地區(qū)，而2/3以上的能源需求集中在中東部地區(qū)。為解決能源分布和需求之間的矛盾，必須實(shí)施遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗的特高壓輸電，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展要求[1-4]。

1000 kV晉東南—南陽(yáng)—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程（以下簡(jiǎn)稱“特高壓示范工程”）是我國(guó)自主建設(shè)的首個(gè)1000 kV特高壓工程，其中輸電線路采用單回路架設(shè)。桿塔結(jié)構(gòu)是特高壓輸電線路的重要支撐物，占線路造價(jià)的30%～60%。桿塔結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞，將引起輸電線路災(zāi)難性的事故[5-11]。

特高壓示范工程的一般線路采用酒杯型、貓頭型、干字型、門型4類共49種塔型，其中貓頭塔是應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的塔型。在鐵塔組立過程中，發(fā)現(xiàn)貓頭型塔第2層塔腿主材存在不同程度的彎曲超標(biāo)現(xiàn)象，涉及范圍較廣。本文分析了特高壓示范工程貓頭塔主材彎曲度超標(biāo)的原因，提出了相應(yīng)的處理方案。

1 問題簡(jiǎn)介

特高壓示范工程輸電線路北起山西長(zhǎng)治，經(jīng)河南南陽(yáng)，至湖北荊門，包括一般線路和黃河、漢江大跨越工程，全長(zhǎng)約640 km。全線共有鐵塔1284基，其中一般線路1275基，黃河大跨越5基，漢江大跨越4基。

在平地和丘陵地區(qū)、走廊擁擠地帶及拆遷較多或費(fèi)用較高的地區(qū)普遍采用貓頭塔，全線貓頭塔有ZMP、ZMQ、ZMPJ、ZMQJ四大類共15種塔型，共774基，占全線鐵塔總數(shù)的60.7%。貓頭塔的塔腿多數(shù)采用了雙層或多層多節(jié)間再分式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2007年10月底，特高壓示范工程一般線路各標(biāo)段陸續(xù)組織了鐵塔組立試點(diǎn)，自此組塔施工全面展開。在組塔施工的質(zhì)量跟蹤過程中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)部分貓頭型塔第2層塔腿主材存在不同程度的彎曲現(xiàn)象。Q/GDW 153—2006《1000 kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：鐵塔組立后，各相鄰節(jié)點(diǎn)間主材彎曲度不得超過1/750[12]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果，部分鐵塔主材彎曲度超過這一標(biāo)準(zhǔn)，即出現(xiàn)了主材彎曲度超標(biāo)。

本著包含盡可能多塔型的原則，選取湖北地區(qū)某標(biāo)段貓頭塔進(jìn)行主材彎曲度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 貓頭塔主材彎曲度超標(biāo)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of excessive leg bending deformation of cat-towers

2 校正試驗(yàn)

2.1 采用外力拉直校正

（1）實(shí)施方案：主材拉直前松動(dòng)連接螺栓，拉直后緊固螺栓。

（2）處理結(jié)論：塔材變形有明顯回彈，效果不好。

2.2 在V面上加內(nèi)拉索

（1）實(shí)施方案：在第2段結(jié)構(gòu)V面中部的交叉斜材的交叉點(diǎn)上，用鋼絞線懸吊于第2段節(jié)點(diǎn)塔材處，如圖2所示。

（2）處理結(jié)論：塔材變形有明顯回彈，效果不好。

2.3 加水平撐及內(nèi)拉索

（1）實(shí)施方案：在第2段腿V面中部加1根水平支撐，再用兩根鋼絞線懸吊于第2段上節(jié)點(diǎn)材處，如圖3所示。

（2）處理結(jié)論：變形基本無(wú)回彈，效果較好。但是鐵塔視覺效果較差，不能滿足將特高壓示范工程建設(shè)成為精品工程的要求，不宜進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。

2.4 修改塔腿部分塔材布材型式

（1）實(shí)施方案：增設(shè)斜拉材拉直大斜材處，達(dá)到主材自然復(fù)直的效果，如圖4、5所示。

（2）處理結(jié)論：變形基本無(wú)回彈，穩(wěn)定性好，總體效果較好。

采用此方案的觀測(cè)結(jié)果如表2所示。由表2可知，采用此方案校正后，主材的變形減少了。

表2 未架線鐵塔調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of testing results after modification of the towers without stringing conductors

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)該方案的有效性，同時(shí)確定架線后線上荷載對(duì)主材彎曲的影響，在已經(jīng)架線的鐵塔中選擇了典型的3基進(jìn)行試驗(yàn)，處理方案實(shí)施前后的觀測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

3 原因分析和處理方案

3.1 原因分析

根據(jù)對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)型式和塔材規(guī)格的分析以及現(xiàn)場(chǎng)查勘結(jié)論得出，引起貓頭塔主材彎曲超標(biāo)的主要原因是塔身多節(jié)間再分式結(jié)構(gòu)本身對(duì)誤差變形比較敏感，具體分析如下：

表3 已架線鐵塔調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistics of testing results after modification of the towers with stringing conductors

（1）與常規(guī)500 kV線路貓頭型塔相比，目前特高壓示范工程的貓頭塔主材、斜材長(zhǎng)度過長(zhǎng)，即塔腿過高、八字斜材過長(zhǎng)，主材為單肢角鋼，剛度不強(qiáng)。這種結(jié)構(gòu)形式難以抵消主材自重的影響，其自身的重量導(dǎo)致在安裝后產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)變形。

（2）包鋼兩側(cè)均布置6個(gè)或8個(gè)螺栓偏少，雖然強(qiáng)度上可以滿足受力要求，但是在受變形力、自重力的影響下，尤其是在斜材包鋼過短、長(zhǎng)細(xì)比過大的情況下，螺栓間隙的累計(jì)誤差會(huì)使該連接處發(fā)生變形。

（3）包角鋼采用內(nèi)角鋼，外連板的連接方式，由于橫向和縱向2個(gè)自由度均不是絕對(duì)剛性，有可能產(chǎn)生橫向和縱向變形。

（4）包角鋼采用內(nèi)角鋼（L180）規(guī)格比主材（L200）小1號(hào)，外連板（L160）規(guī)格比主材小2號(hào)的布置，導(dǎo)致接頭處連接剛度減少。

（5）允許范圍內(nèi)的塔材加工誤差也可能加劇自重作用下產(chǎn)生的變形。

3.2 處理方案

采用修改塔身部分輔材布材形式的方案對(duì)全線貓頭塔進(jìn)行處理。更換部分輔材的施工方案如下：

（1）更換時(shí)逐腿逐側(cè)進(jìn)行。

（2）更換時(shí)遵循拆1根舊材、裝1根新材的方式，盡量保持更換部位鐵塔結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。

（3）在拆除塔材前，事先對(duì)更換部分進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，盡量不引起其他塔材因受力不平衡而導(dǎo)致變形，具體措施為：對(duì)于尚未架線的鐵塔，在更換塔材部分對(duì)應(yīng)主材上設(shè)置2條落地拉線，并在主材及斜材之間設(shè)置臨時(shí)水平拉線；對(duì)于已經(jīng)架線的鐵塔，由于鐵塔已經(jīng)負(fù)重，此時(shí)更換塔腿部分的塔材更容易造成結(jié)構(gòu)整體失去平衡，因此除采取上述措施外，還需要采用抱桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，如圖6所示。

各施工標(biāo)段均按照上述方案對(duì)主材彎曲問題進(jìn)行塔材更換處理后，主材彎曲均控制在1/800優(yōu)良級(jí)范圍內(nèi)，變形基本無(wú)回彈，總體效果較好，如圖7所示。

4 結(jié)論

（1）特高壓貓頭型鐵塔的高塔腿多節(jié)間再分式結(jié)構(gòu)對(duì)誤差變形的自我糾正能力較弱，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)這部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，并從設(shè)計(jì)角度對(duì)鐵塔的加工和組裝提出具體要求。

（2）特高壓鐵塔在組立前應(yīng)嚴(yán)格控制塔材的初彎曲，組裝過程注意測(cè)量和校正，采取邊組邊調(diào)的方式，可以有效地控制主材的彎曲問題。

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