西北220kV線路典型倒塔事故分析及強化輸電鐵塔抗風災技術措施探討

拜建仁

摘 要：龍卷風、臺風、颮線風等強風暴自然災害導致架空輸電線路閃絡、雷擊跳閘等故障時有發生，嚴重時甚至造成輸電線路桿塔倒塔事故發生。而造成在我國西北地區高壓輸電線路和輸電桿塔事故發生的最大威脅正是來自于強風暴原因。作者通過對寧夏電網步蘭甲線倒塔事故，從輸電桿塔結構防風設計時風壓高度系數取值、惡劣氣象工況條件、螺栓堅固度及運行管理維護工作方面調查與分析了強風暴致倒塔事故發生的主要原因。同時，針對強風暴工況作用下如何預防倒塔事故發生提出切實可行可靠的技術措施。以期對我國西北電網預防倒塔及強化輸電鐵塔抗風災提供有用的參考。

關鍵詞：架空輸電線路;倒塔;分析;加固與預防;措施

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0169-02

隨著我國經濟建設的騰飛，電力工業的發展也呈跨越式發展，特高壓電網建設已引領世界電網大發展。確保電網安全保障電力供給，促進社會經濟發展，對提高架空輸電線路安全運行提出嚴峻挑戰。近年來，隨著大風、雨雪、暴風等異常自然現象增多，造成架空輸電線路覆冰、舞動現象頻發，致使架空輸電線路閃絡、雷擊跳閘等故障時發生，嚴重時甚至造成輸電線路桿塔倒塔事故發生，造成較大的安全穩定供電社會影響及電力企業嚴重的經濟損失。

本文通過對我國西北地區寧夏電網220kV步蘭甲線倒塔事故調查，針對強風作用下輸電桿塔風致倒塔機理進行分析，找出輸電線路鐵塔抗風薄弱環節，提出針對強風暴作用下如何預防倒塔事故發生提出切實可行的可靠預防措施，為該地區強化輸電鐵塔抗風災提供有用的參考。

1 事故現場調查

1.1 事故概況

2015年9月30日13：58，國網寧夏檢修公司220 kV步蘭甲線B、C相故障跳閘。故障測距：步橋變測距18.2km、17.63km，蘭山變測距2.17km。當日14：19接到調度通知，根據測距信息，確定故障桿段為步蘭甲線55#—57#，經組織運行人員前往現場查找故障點，發現57#直線塔向線路右側橫向傾倒。

1.2 故障區段基本情況

220kV步蘭甲線線路全長20.442km，桿塔63基，投運時間：2010年8月12日，導線型號：2×LGJ-300/25，導線平均張力25kN;地線型號：右：24芯OPGW，左GJ-50，設計覆冰厚度5mm，設計風速為27m/s。原線路為220kV正步甲線，后π接蘭山變，由于不滿足反措要求，于2012年2月對40#、42#、45#、55#進行改造，2013年為給新建110kV線路移出線路通道，步蘭甲線1#—20#改造移至步蘭乙線1#—21#，新建22#鐵塔，原步蘭甲線55#鐵塔桿號順延變為57#，57#塔所在耐張段為53#—60#，耐張段長2.644km。57#鐵塔型號：2C-ZB2-27。

1.3 故障時段天氣情況

2015年9月30日13：00，觀測到的最大風速為14.9m/s，極大風速為28.2m/s，14：00最大風速為13.8m/s，極大風速為24m/s。極大風速已超過57#塔設計風速。

2 倒塔事故原因分析

2.1 風壓高度系數

220kV步蘭甲線57#鐵塔位于平坦空曠的田野中，根據GB50545—2010《110kV-750kV架空輸電線路設計規范》，受地形條件影響，風壓高度系數有很大差別，57#實際氣象條件下最大風速大于觀測氣象條件下最大風速。風壓高度變化系數如表1所示。

2.2 惡劣氣象條件

依據氣象證明，故障時段觀測到的極大風速為28.2m/s，根據57#塔《施工圖設計說明書及材料表》中氣象條件，57#塔在設計中采用27m/s基本風速，故障當天的極大風速值已超出設計風速，導致57#塔在極端氣象條件下發生傾倒。

2.3 設計氣象參數取值不當

根據電力公司《關于對步蘭甲220kV輸電線路改造工程初步審查的意見》（寧電[2011]77號）文件批復：設計最大風速為30m/s，但57#塔改造時《施工圖設計說明書及材料表》中設計氣象條件為27m/s，設計氣象條件與電力公司批復文件不符。

2.4 鐵塔螺栓緊固度

從倒塔現場核查，未發現57#鐵塔塔材、螺栓缺失，現場拆除鐵塔時，采用加長扳手無法松脫螺栓，最終采用切割塔材方式拆除57#鐵塔。且對57#塔螺栓緊固情況進行檢查，未發現松動情況，滿足運行要求，但無法排除57#鐵塔螺栓松動的可能性。

綜上分析，導致57#鐵塔傾倒原因結論為：線路設計氣象參數選取不當，致塔塔型結構強度難以滿足極端天氣下的運行使用，在長時間大風作用下，桿塔主材疲勞超最大屈服應力，局部塔材強度無法滿足運行要求，導致鐵塔順風向橫線路方向發生傾倒。

3 預防輸電線路倒塔事故發生的措施

3.1 優化輸電線路基準風壓計算及風壓高度變化系數的應用

基于架空輸電線路設計時引用的基本風速所對應的空氣密度定值，即：0.00125t/m3，也即，基本風壓確定為定值。由此，架空輸電線路導線地線及桿塔所承受大風工況下風壓大小的決定性或唯一性的外部因素為基本風壓系數。但是，為了同時滿足基本風壓系數在其他線路規范中應用的一致性，在高海撥地區設計輸電線路時，應直接選用“直接風壓高度變化系數”，也是對空氣密度因海撥高度變化而變化所產生的不利影響因素的抵消。

3.2 采取輸電鐵塔補強加固措施

3.2.1 鐵塔主材加固

基于架空輸電線路鐵塔結構的特殊性、復雜性和“背靠背加固”試驗驗證結論“對單個螺栓連接而言，十字焊接型連接板及角鋼連接板加固后主材承載力較一字型連接板提高5%左右;雙螺栓連接較單螺栓連接承載力提高7%左右”，及現行鐵塔結構加強主要方案效果對比，可知：若輸電鐵塔主材承載力要求有較高，則采用“十字焊接型連接板雙螺栓連接”背靠背主材加固方案效果最佳;而早期輸電鐵塔結構相對現行輸電鐵塔結構較為簡單，則以“單板單螺栓連接”加固方式，此加固方式無論是在加固效果、經濟性、以及施工便利性方面均具有最佳的效果。

3.2.2 輸電鐵塔主材加固方法

當采用通過附加1個相同規格材副材，或比主材規格略小的副材，對塔身主材進行加固，主材與副主材連接形式如圖1所示。

當采用主材與副主材連接時，可增強鐵塔斜材對主材的約束。連接板位置如圖2所示。

3.3 控制輸電鐵塔螺栓松動

3.3.1 輸電鐵塔螺栓松動對鐵塔穩定性的影響

由于鐵塔自身特點及其運行條件的特殊性，加之鐵塔本身的彈性及運行荷載多變的特點會使鐵塔螺栓松動，而螺栓松動是部分鐵塔倒掉的主要原因。部分運檢單位未能及時開展螺栓緊固工作也是導致鐵塔傾倒的主要原因之一。

3.3.2 輸電鐵塔螺栓松動的主要預防措施

隨著科技發展，生產和生活用電量越來越大，輸電線路安全運行至關重要。而輸電鐵塔因螺栓松動原因而導致鐵塔傾倒是造成電力故障的惡性事件。如何做好鐵塔螺栓堅固工作，進而保證電力的可靠供應對于國民經濟發展和人民生活水平的提高都有非常重要的意義。要充分動員廣大運維人員提高對螺栓緊固工作的重視程度。在新建線路驗收過程中，強化技術監督工作，注意對塔材、螺栓及二者間的配合情況的檢查，保證螺栓堅固率滿足鐵塔安全使用條件。同時對運行時間滿一年后的新投運線路，必須開展鐵塔螺栓二次緊固工作;對于運行時間超過6年及以上和經歷過舞動、覆冰、大雪、大風等不良工況后，應視情況及時開展鐵塔螺栓緊固檢修工作。

4 結語

通過對220kV步蘭甲線57#鐵塔倒塔事故原因的分析，為預防架空輸電線路倒塔事故發生，應著重注意做好以下工作：

（1）優化輸電線路基準風壓計算及風壓高度變化系數的應用，可以進一步做好輸電鐵塔結構抗風設計工作，完善輸電線路鐵塔結構設計工作。（2）優化輸電鐵塔“背靠背”補強加固措施，能夠很好的提高鐵塔抗傾倒能力。（3）螺栓松動是部分鐵塔倒掉的主要原因之一。做好鐵塔螺栓松動工作是防止架空輸電線路鐵塔倒塔事故發生的基礎工作。（4）影響輸電塔抗風性能的一個重要原因是輸電鐵塔抗風設計，應對架空輸電鐵塔抗風設計進行更加深入研究。

參考文獻

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