500kV窄基鋼管塔真型試驗研究

李世鳴 張李黎 趙 鑫

（中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司 安徽合肥 230601）

500kV窄基鋼管塔真型試驗研究

李世鳴 張李黎 趙 鑫

（中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司 安徽合肥 230601）

對500kV雙回路鼓型窄基轉角塔進行真型試驗研究。試驗結果表明通過8個工況的100%設計荷載測試，其中平衡張力，90度風，30°角，最大垂荷超載工況荷載加至125%，窄基鋼管轉角塔各部桿件未見異常。桿塔整體強度、剛度能夠滿足規范和工程要求，能在工程中安全可靠運行。

500kV；窄基塔；根開；荷載；位移

隨著城市建設的高速發展，土地資源越來越稀缺，尤其對于輸電線路在市區通過遇到了越來越大的困難[1]。當前城區建設高壓輸電線路的主要方法有鋪設地下電纜和采用鋼管桿。電纜的費用一般約為架空線路造價的十倍，并且其檢修維護較為困難；鋼管桿的造價也比較高，同時單根桿件長度較長，重量重，不易加工、運輸與組裝。近年來，一種小根開鐵塔（窄基塔）開始應用于城區高壓輸電線路建設中。窄基鋼管塔是一種占地小、通道緊湊，塔高與根開之比通常大于6的塔型，是鋼管塔技術在城鎮規劃區以及城郊地區線路工程的全新應用。與角鋼塔相比，窄基鋼管塔結構簡單、外形美觀，與城市環境更加協調。與鋼管桿相比，窄基鋼管塔更加通透、經濟性好（節約塔材30%以上）?；诖?，通過對窄基鋼管塔的真型試驗研究，分析位移、應變等對桿塔的影響，為其在城區輸電線路中的應用奠定了基礎。

1 工程概況

安慶電廠-雙嶺變500kV線路，路徑全長35.42km，按雙回路架設，導線采用4×JLHA3-425中強度鋁合金絞線，地線采用OPGW。根據安慶城鄉規劃局具體意見，線路J4-J9段沿元山溝、荔塘河與規劃路之間走線。經過進一步收集元山溝、荔塘河的斷面設計圖，了解元山溝、荔塘河旁人行道至道路紅線僅8m，遠小于國網500kV典設桿塔基礎占地要求?？紤]上述原因推薦該段線路桿塔采用窄基鋼管塔。

鋼管具有回轉半徑大，構件力學特性好，有利于減小塔身風荷載、控制位移、增加鐵塔的整體穩定性等優點。因此推薦窄基塔以鋼管作為主材，主材之間采用法蘭連接，推薦主材采用Q345鋼管。

對于110～330kV電壓等級窄基塔國網已經有相關典設模塊可以參考。對于安徽首例500kV窄基鋼管塔將參照《110～330kV窄基鋼管塔通用設計技術要求》進行規劃設計。

2 試驗概況

2.1 500kV窄基塔規劃設計

SJZG2轉角塔為500kV雙回路鼓型窄基鋼管塔。在設計時，對SJZG2塔的塔頭形式，開口尺寸、塔身坡度、鐵塔根開、橫隔面設置、連接節點、變形控制等方面進行了全方位的設計優化，并充分考慮了P-Δ效應的影響[2]。對不同導線安全系數進行實際排位，通過對比塔重及基礎量，最終確定窄基塔的導線安全系數取5[3]，根開為5m。

2.2 試驗桿塔及設備

選取SJZG2窄基轉角塔進行真型試驗。試驗塔由青島武曉鐵塔有限公司加工制造，于2015年1月27日～1月28日在中國電力科學研究院進行試驗，試驗當天溫度0～10℃；相對濕度40%；風力（風速）4m/s。

主要試驗設備如下：128通道加荷控制裝置（編號JSⅠ-0074）、液壓加荷執行機構（編號JSⅠ-0078～0080）、疊加式力校準裝置（編號JSⅠ-0002）、靜態應變數據采集儀（編號JSⅠ-0011）及徠卡全站儀（編號JSⅠ-0005）。

2.3 試驗的檢驗依據

根據檢驗委托書對檢驗依據的規定，要求被試塔（樣品）在上述試驗方法下，能夠承受試驗方案規定的所有試驗項目的機械荷載，被試塔所有部件在所有試驗項目100%荷載試驗完成后，不能發生明顯的彎曲和扭轉變形[4]。

2.4 試驗方法

本試驗是真型驗證試驗，在試驗基礎上對被試塔進行組裝，加荷點通過連有測力傳感器的鋼絲繩與加荷用液壓缸相連，加荷系統為液壓閉環自動加荷系統。位移測量采用全站儀，應變測量采用數據采集儀。SJZG2窄基鋼管轉角塔應變測點及位移測點布置圖如圖1～2所示。

圖1 SJZG2窄基鋼管轉角塔位移測點布置圖

圖2 SJZG2窄基鋼管轉角塔應變測點布置圖

2.5 試驗準備

被試塔于2015年1月9日運抵中國電力科學研究院桿塔結構檢測部。2015年1月22日開始在試驗基礎上進行分段起吊組裝，1月23日完成試驗塔的組立。2015年1月26日進行加荷點鋼絲繩與傳感器的連接與提升，經加荷系統調試，完成試驗前的全部準備工作。

2.6 試驗工況

根據試驗方案的要求，本塔應進行以下8個工況的試驗：

工況一：長期荷載，平衡張力，90度風，30°角，最小垂荷；

工況二：不平衡張力，60度風，30°角，最大垂荷；

工況三：平衡張力，90度風，30°角，最大垂荷（超載125%）；

工況四：不均勻覆冰，前導1、2、3、4、5、6、前地1、2，0度風，抗彎，10°角，最小垂荷；

工況五：90度風，前檔未掛，正錨后導3，10°角，最大垂荷；

工況六：90度風，前檔未掛，正緊后導2，10°角，最大垂荷；工況七：無風，不平衡張力，斷導1、地2，30°角，最大垂荷；工況八：無風，不平衡張力，斷導4、5，30°角，最大垂荷。

2.7 試驗情況如下所述

2.7.1 位移情況

圖3 SJZG2窄基鋼管轉角塔試驗中

工況七：當荷載加至100%時，（第8觀測點）縱向位移為251mm，（第13觀測點）縱向位移為183mm。工況八：當荷載加至100%時，（第9觀測點）縱向位移為1009mm，（第10觀測點）縱向位移為966mm。工況五：當荷載加至100%時，（第15觀測點）橫向位移為-80mm，縱向位移為404mm，垂直位移為-44mm。工況六：當荷載加至100%時，（第14觀測點）橫向位移為48mm，縱向位移為-329mm，垂直位移為-41mm。工況二：當荷載加至100%時，（第1觀測點）橫向位移為700mm，縱向位移為91mm。工況四：當荷載加至100%時，（第8觀測點）縱向位移為449mm。工況一：當荷載加至100%時，（第1觀測點）橫向位移為277mm。工況三：（第1觀測點）橫向位移為789mm；當荷載加至125%時，（第1觀測點）橫向位移為1062mm，試驗停止。

通過建模分析優化出較科學合理的撓度控制限值：按長期荷載效應組合（無冰、風速5m/s及年平均氣溫）校驗窄基鋼管塔撓度，直線塔不宜大于3h/1000，耐張塔不宜大于12h/1000（h為桿塔最長腿基礎頂面起至計算點的高度）。各觀測點在不同工況下的位移數值與模型計算出的理論位移相差無幾，試驗桿塔的擾度滿足規范規程及設計要求。

2.7.2 應變情況

通過試驗得出各工況下對應觀測點的應變數值，利用應力計算公式σ=E×ε（N/mm2）（ε為實測應變值，單位με；E為鋼材彈性模量）核實桿塔各關鍵節點的桿材應力值，桿塔在試驗過程中未發生突發應變情況，各關鍵桿材均與模型中的應力值大相徑庭。

3 結論

SJZG2窄基鋼管轉角塔通過了8個工況的100%設計荷載測試，其中平衡張力，90度風，30度角，最大垂荷超載工況荷載加至125%，窄基鋼管轉角塔各部桿件沒有發生明顯的彎曲和扭轉變形。桿塔能夠在工程中安全可靠運行。

[1]李赫.論窄基塔在城區中的運用.科技資訊，2009（2）：234～235.

[2]楊敬，趙峰，易黎明.窄基塔高度根開比優化的研究.工程建設與設計，2012（11）：140～142.

[3]羅玉鶴，曾碧英，白文博.窄基鋼管塔設計導線安全系數取值分析.電力勘測設計，2015（z2）.

[4]任志剛，趙貞欣，王延杰.輸電線路窄基塔應用分析.河北電力技術，2015，34（5）：60～62.

TM753

A

1004-7344（2016）29-0083-02

2016-10-1