1000 kV特高壓交流輸電線路貓頭塔主材彎曲度超標問題分析

王 艷，蘇秀成

（國家電網公司交流建設分公司，北京市，100052）

0 引言

能源是經濟社會發(fā)展的重要物質基礎，電力發(fā)展關系到國計民生。我國的能源資源和生產力發(fā)展呈逆向分布。煤電、水電以及風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，必須實施遠距離、大容量、低損耗的特高壓輸電，以滿足經濟社會發(fā)展要求[1-4]。

1000 kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程（以下簡稱“特高壓示范工程”）是我國自主建設的首個1000 kV特高壓工程，其中輸電線路采用單回路架設。桿塔結構是特高壓輸電線路的重要支撐物，占線路造價的30%～60%。桿塔結構一旦發(fā)生破壞，將引起輸電線路災難性的事故[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，其中貓頭塔是應用最廣、數量最多的塔型。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的原因，提出了相應的處理方案。

1 問題簡介

特高壓示范工程輸電線路北起山西長治，經河南南陽，至湖北荊門，包括一般線路和黃河、漢江大跨越工程，全長約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，占全線鐵塔總數的60.7%。貓頭塔的塔腿多數采用了雙層或多層多節(jié)間再分式結構，如圖1所示。

2007年10月底，特高壓示范工程一般線路各標段陸續(xù)組織了鐵塔組立試點，自此組塔施工全面展開。在組塔施工的質量跟蹤過程中，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收規(guī)范》規(guī)定：鐵塔組立后，各相鄰節(jié)點間主材彎曲度不得超過1/750[12]。根據現(xiàn)場測量結果，部分鐵塔主材彎曲度超過這一標準，即出現(xiàn)了主材彎曲度超標。

本著包含盡可能多塔型的原則，選取湖北地區(qū)某標段貓頭塔進行主材彎曲度測量，測量結果如表1所示。

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

2 校正試驗

2.1 采用外力拉直校正

（1）實施方案：主材拉直前松動連接螺栓，拉直后緊固螺栓。

（2）處理結論：塔材變形有明顯回彈，效果不好。

2.2 在V面上加內拉索

（1）實施方案：在第2段結構V面中部的交叉斜材的交叉點上，用鋼絞線懸吊于第2段節(jié)點塔材處，如圖2所示。

（2）處理結論：塔材變形有明顯回彈，效果不好。

2.3 加水平撐及內拉索

（1）實施方案：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)點材處，如圖3所示。

（2）處理結論：變形基本無回彈，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成為精品工程的要求，不宜進行大面積推廣應用。

2.4 修改塔腿部分塔材布材型式

（1）實施方案：增設斜拉材拉直大斜材處，達到主材自然復直的效果，如圖4、5所示。

（2）處理結論：變形基本無回彈，穩(wěn)定性好，總體效果較好。

采用此方案的觀測結果如表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 未架線鐵塔調整試驗結果統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of testing results after modification of the towers without stringing conductors

為了進一步檢驗該方案的有效性，同時確定架線后線上荷載對主材彎曲的影響，在已經架線的鐵塔中選擇了典型的3基進行試驗，處理方案實施前后的觀測數據如表3所示。

3 原因分析和處理方案

3.1 原因分析

根據對鐵塔結構型式和塔材規(guī)格的分析以及現(xiàn)場查勘結論得出，引起貓頭塔主材彎曲超標的主要原因是塔身多節(jié)間再分式結構本身對誤差變形比較敏感，具體分析如下：

表3 已架線鐵塔調整試驗結果統(tǒng)計表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、斜材長度過長，即塔腿過高、八字斜材過長，主材為單肢角鋼，剛度不強。這種結構形式難以抵消主材自重的影響，其自身的重量導致在安裝后產生向內側變形。

（2）包鋼兩側均布置6個或8個螺栓偏少，雖然強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、長細比過大的情況下，螺栓間隙的累計誤差會使該連接處發(fā)生變形。

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

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

（5）允許范圍內的塔材加工誤差也可能加劇自重作用下產生的變形。

3.2 處理方案

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

（1）更換時逐腿逐側進行。

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

（3）在拆除塔材前，事先對更換部分進行補強，盡量不引起其他塔材因受力不平衡而導致變形，具體措施為：對于尚未架線的鐵塔，在更換塔材部分對應主材上設置2條落地拉線，并在主材及斜材之間設置臨時水平拉線；對于已經架線的鐵塔，由于鐵塔已經負重，此時更換塔腿部分的塔材更容易造成結構整體失去平衡，因此除采取上述措施外，還需要采用抱桿進行補強，如圖6所示。

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

4 結論

（1）特高壓貓頭型鐵塔的高塔腿多節(jié)間再分式結構對誤差變形的自我糾正能力較弱，在設計時應注意對這部分結構進行加強，并從設計角度對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嚴格控制塔材的初彎曲，組裝過程注意測量和校正，采取邊組邊調的方式，可以有效地控制主材的彎曲問題。

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