神東礦區(qū)采空區(qū)域輸電線路管理辦法與技術(shù)研究

【摘要】高壓輸電線路是構(gòu)成電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。尤其對于煤礦供電，更為重要。如果突然停電，給煤礦造成極大事故及不可挽救的損失，并對周邊單位、地區(qū)、廠礦企業(yè)及群眾生活帶來不便。為使煤礦正常用電，做到萬無一失，神東公司供電中心一直致力于研究采空區(qū)輸電線路桿塔的治理對策。主要包括兩個方面：一、管理上，加強采空區(qū)域輸電線路的維護，建立具有神東特點的巡視制度；二、技術(shù)上，鼓勵對采空區(qū)輸電線路桿塔加固糾偏的研究，進行創(chuàng)新，研發(fā)出一種新型鐵塔支撐結(jié)構(gòu)。通過上述方法，做到對桿塔出現(xiàn)的問題進行預(yù)先發(fā)現(xiàn)，預(yù)先控制，為煤礦安全穩(wěn)定地供電。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；桿塔；加固糾偏；新型鐵塔結(jié)構(gòu)

前言

近幾年，我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，神東礦區(qū)采煤工具逐年更新，采煤量的日益增長，造成了大面積地面下沉、凹陷甚至坍塌，采空區(qū)面積不斷擴大，榆林地區(qū)采空面積每年以70-80平方公里速度延伸，給跨越神東礦區(qū)上的高壓輸電鐵塔、線桿造成了很大的威脅和危害。作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的供配電行業(yè)，能否安全可靠穩(wěn)定的輸送能量，直接影響著生產(chǎn)一線。而高壓架空線路是構(gòu)成電力系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，是電力系統(tǒng)中電能傳輸、交換、調(diào)節(jié)和分配的主要環(huán)節(jié)。輸電桿塔作為電力輸送的支柱，約占線路總投資的40%左右，所占的比重很大。雖然設(shè)計線路時，會盡量避開采空區(qū)。有些地段很難避開。在穿越采空區(qū)域時，其安全穩(wěn)定運行問題是供電行業(yè)首要考慮的問題，需要進行大量細致的勘測和調(diào)查工作，盡可能將采空區(qū)的危害降低到最小程度。本文正是從這個問題出發(fā)，闡述了對跨越神東礦區(qū)采空區(qū)的輸電線路的管理和技術(shù)上的改良。

一、加強采空區(qū)域輸電線路的維護，建立具有神東特點的巡視制度

神東煤炭集團擁有6KV以上變電站84座，高壓輸配電線路735.20 km，年供電量約18億度，區(qū)域跨晉、陜、蒙三省區(qū)。線路分布區(qū)域廣，距離長，約有一半的線路處于采空區(qū)上。采空區(qū)發(fā)生塌陷后，有的地方地表下沉值大，有的地方下沉值小，會造成不均勻沉降，位于不均勻沉降區(qū)的桿塔基礎(chǔ)或拉線基礎(chǔ)會隨之出現(xiàn)不均勻沉降，桿塔就會出現(xiàn)傾斜。另一方面，地表的移動也會引起桿塔的傾斜。桿塔傾斜后，直接引起直線桿塔的絕緣子串、地線懸垂線夾偏移。造成這種情況，是因為桿塔傾斜后，塔頭出現(xiàn)了位移，而導(dǎo)地線由于其本身的應(yīng)力作用及分布，為了維持掛點位置不動，從而導(dǎo)致了這一情況的發(fā)生。然而桿塔傾斜后，不一定會對導(dǎo)線造成較大危害。這取決于傾斜的程度大小。導(dǎo)線的絕緣子串具有一定的長度，可以自行調(diào)節(jié)一定程度上的不平衡張力，當(dāng)傾斜造成的偏移使絕緣子串小于桿塔頂時，危害不是很嚴(yán)重。當(dāng)偏移值過大，嚴(yán)重到可拉斷架空地線或地線橫擔(dān)。同時，桿塔傾斜方向又與架空地線拉力方向相反，鐵塔主材或混凝土桿桿體會出現(xiàn)撓度；采空區(qū)的地表移動，也會造成桿塔基礎(chǔ)之間的移動和下沉，從而引起基礎(chǔ)根開的變化。基礎(chǔ)根開的變化會導(dǎo)致桿塔部件間應(yīng)力的重新調(diào)整，當(dāng)超過其彈性變形范圍后，部分部件就出現(xiàn)撕裂或變形。桿塔傾斜和移動可能導(dǎo)致導(dǎo)地線之間距離縮小，當(dāng)縮小到一定程度時，在風(fēng)力作用下就可能引發(fā)導(dǎo)地線短路。當(dāng)桿塔所處的位置，采深采厚比偏小、煤層傾角過大，或堅硬頂板邊緣時，極易發(fā)生倒桿塔。

針對采空區(qū)容易造成線路無方向傾斜、拉線松弛等一些列危害，為了及時地進行調(diào)整加固或遷移，我公司根據(jù)我單位線路跨越區(qū)域廣，距離長的特點，特制定了相關(guān)制度加強對采空區(qū)輸電線路的監(jiān)測和維護。巡視檢查是運行維護的基本內(nèi)容。

當(dāng)線路出現(xiàn)倒塔倒桿、斷線、人身傷害等事故時，巡視人員應(yīng)立即將事故線路、事故地點、事故現(xiàn)場情況匯報調(diào)度，同時立即組織人員進行搶修，以最快的方式恢復(fù)供電，事后要查明事故原因，采取有針對性的事故預(yù)防措施。巡視人員實現(xiàn)24小時接聽電話，不能出現(xiàn)通訊中斷。對所有的線路都建立了運行檔案，并將線路責(zé)任到人。定期在對線路的運行情況進行分析，尋找事故發(fā)生的規(guī)律，制定科學(xué)的維護方法和預(yù)防方案。做到維護和預(yù)防性維護相結(jié)合，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，保證線路安全運行。通過巡視檢查可及時發(fā)現(xiàn)缺陷，以便采取防范措施，保障線路的安全運行。

二、鼓勵對采空區(qū)輸電線路桿塔加固糾偏的研究，進行技術(shù)創(chuàng)新

目前，在國內(nèi)煤礦用電屬于Ⅰ級用電，如果突然停電，給煤礦造成極大事故及不可挽救的損失，并對周邊單位、地區(qū)、廠礦企業(yè)及群眾生活帶來不便。為使煤礦正常用電，做到萬無一失，神東公司向來鼓勵要對桿塔出現(xiàn)的問題進行預(yù)先發(fā)現(xiàn)，預(yù)先控制，根據(jù)線路各方面因素采取相應(yīng)措施，因塔制宜，對輸電線路桿塔進行加固糾偏，同時要保證糾偏過程中不能中斷供電。

桿塔是用來支持導(dǎo)線、避雷線以及其它附件，使導(dǎo)線、避雷線保持一定的安全距離，并使導(dǎo)線對地面、交叉跨越物或其它建筑物保持允許的安全距離，是高壓輸電線路的重要支撐。在輸送電量的同時，桿塔還要承受的載荷主要包括：導(dǎo)線自重、風(fēng)載、覆冰等的作用以及年平均氣溫的影響。而且在一定的風(fēng)力作用下，導(dǎo)線會發(fā)生穩(wěn)定的風(fēng)致微幅振動，從而迫使桿塔振動，嚴(yán)重時會引起桿塔破壞。在這些載荷條件下，桿塔再加上處于采空區(qū)不利的地勢條件下，極易遭到破壞。

煤礦采空區(qū)或地下采煤活動對高壓輸變電線路和電網(wǎng)的影響和破壞，從理論分析和各礦區(qū)實際發(fā)生的情況看：歸根到底：取決于采煤活動所引起的地面變形和破壞的類型、大小、方向、速率等。煤礦采空區(qū)所引起的地表變形和破壞類型有：地表開裂、地表上下錯動、地表傾斜、地表下凹、地表起伏、地表平移等。一般而言，無論所開采的煤層多厚都會引起地面不同程度、不同方式的變形，但對于地面建（構(gòu)）筑物具有較大破壞的還是埋深較淺、煤層較厚的開采。煤礦開采對采空區(qū)上高壓輸電線路造成的影響有：桿塔下沉、傾斜、移位、扭曲；基礎(chǔ)外趴、錯臺；桿塔桿件應(yīng)力場劇烈調(diào)整、桿件受力性質(zhì)改變；桿塔失穩(wěn)倒塌、傾覆、破壞等。采空區(qū)對高壓輸電線路的影響和破壞主要取決于地表變形及破壞類型、規(guī)模和速度。

近年來，我單位根據(jù)高壓輸電線路的特點，結(jié)合煤礦采空區(qū)上其他建筑物破壞的處理措施，不斷對有問題的輸電線路桿塔進行改造、治理。其中朱大線110KV40#鐵塔塌陷綜合治理已申請專利。桿塔治理的一般方法大體有：釋放導(dǎo)地線張力；調(diào)整塔腳板；更換塔腳板；調(diào)整基礎(chǔ)； 更換桿塔等，這里不再詳述。下面重點介紹一下朱大線110KV40#鐵塔塌陷綜合治理方案。

朱大線110KV40#鐵塔概況：1、線路為同塔雙回架設(shè)，電壓等級為110KV。2、40#鐵塔基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆柔性臺階基礎(chǔ)，立柱斷面600×600mm，基礎(chǔ)根開正面為5032mm，側(cè)面根開為3532mm，鐵塔根開正面4992mm，側(cè)面根開為3492mm，呼成高度24m，塔全高為34000mm，塔重量為3932.1kg，塔型號1102GU2型，編號7727，最大使用角鋼為L80×7型。該區(qū)地質(zhì)條件為砂覆蓋深度為1.0m-3m，砂覆蓋下方為黃土及砂質(zhì)土，土壤容量為每方1.6T，地耐力為P=15T/m2，均可做地耐力層。

鐵塔加固糾偏治理的方案：

1、制作新型承重梁，與四根立柱聯(lián)合一體，用于增加鐵塔的抗彎曲強度，防止鐵塔倒塌斷裂。

（1）首先進行地腳安裝找正，用鋼材臨時焊起，避免造成傾斜，安裝位置應(yīng)與鐵塔根開軸線對齊，為下底腳中心。（2）補從地腳，其規(guī)格型號應(yīng)大于原設(shè)計型號，并與周邊鋼材焊接在一起。地腳外露部分從整體塌陷區(qū)4個立柱最高腿高度作為安裝地腳外露高度依據(jù)，剩余地腳以此操平，滿足調(diào)整鐵塔需要，但必須保證地腳長度足夠，滿足緊固及相應(yīng)拉力。地腳如使用在混凝土中時，埋沒深度必須達到直徑的30倍，并從承重梁外露，達到650mm。（3）然后根據(jù)原基礎(chǔ)根開對角、基礎(chǔ)斷面，進行實量工作，制作基礎(chǔ)承重梁。先將四個立柱的正體連接加固，與承重梁成為一體；同時擴大基礎(chǔ)面積覆蓋，增加耐持力，基礎(chǔ)底面積足夠大使地基承載力滿足規(guī)范要求，達到不易下沉。（4）制作鋼梁的斷面必須大于等于原立柱斷面，原立柱與鋼梁鋼板接觸部分進行泥土清洗，必要時進行剔除水泥部分，方可與承重梁進行連接。在承重梁的下方增加壓力鋼板，重要點增加加勁鋼板，以達到抗彎曲強度。承重梁斷面見下圖和表格。

2、制作新型鐵塔支撐找正梁，隨時調(diào)正、校直鐵塔。

為使塌陷區(qū)傾斜鐵塔便于調(diào)直校正，必須加工牢固可靠的支撐找正梁，且利于鐵塔四腿連接，起連體作用增加強度，塌陷時不至于將塔腿部分扭曲、變形及斷裂，起找正作用。

制作方法：（1）根據(jù)鐵塔、導(dǎo)線、絕緣子、金具等重量，選擇鋼梁鋼材型號、規(guī)格，不準(zhǔn)以小代大，必須滿足牢固可靠的性能。（2）按設(shè)計的高寬尺寸（見附圖）進行制作，分段焊接，焊口相錯，按基礎(chǔ)下沉程度、斜度施焊。以利于調(diào)節(jié)鋼梁達到水平。重要搭接處，必須加強補強墊鐵與鋼板、角鋼等材料。（3）根據(jù)計算，配置一定厚度的鋼板與塔角、支撐梁焊接連成一體。（4）起立支撐角鋼焊接時，嚴(yán)禁與原塔主材焊接，以免破壞主材結(jié)構(gòu)，致使主材退火。（5）外角地腳螺栓掛板除焊接掛板外，板內(nèi)焊接補強材料，以免地腳受力時，引起鋼材彎曲變形，焊縫開裂。（6）千斤頂板，施焊時必須焊在主材下方。內(nèi)角頂板焊時，頂板上方增加補強角鋼。（7）千斤頂板焊接時，留有水孔或出水縫，以免下雨積水，造成鐵板生銹。支撐梁斷面詳見下圖及表格。

3、鐵塔主角鋼的加固補強，增加主材鋼性。

鐵塔原設(shè)計時具有支撐自身重量及導(dǎo)線、絕緣子、金具重量，并能經(jīng)受風(fēng)力、風(fēng)壓、覆冰振動、風(fēng)偏沖擊等力量，經(jīng)地基塌陷后鐵塔造成傾斜，塔重心偏移，受壓受拉力量不均勻，造成受壓側(cè)荷重增大，受拉側(cè)塔料產(chǎn)生拉力，致使塔料鋼材產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)線馳度變大或變小。兩側(cè)張力不均勻時，傾斜反方向?qū)Ь€拉力增加，塔頭及接近塔頭部位，易產(chǎn)生永久彎曲受力，下方地腳一旦受力，如遇特大風(fēng)力，鐵塔主材容易折斷，各部材料彎曲，小料連接螺栓處斷裂開口，接近塔頭處折斷，所以還要進行鐵塔主材的加固補強，目的增加主材鋼性，正塔時可增加支撐頂力作用。

制作方法：（1）根據(jù)原設(shè)計角鋼型號進行卡具制作，卡具材料必須采用不低于-10鋼板，切割鋼板時，嚴(yán)禁用氣焊切割或燒孔。以免引起鋼板退火，造成軟弱。（2）卡具在主材安裝時，根據(jù)補強角鋼長度，應(yīng)均勻安裝各卡具，兩卡具間的間距，不得大于1.5米，安裝卡具時，必須貼緊主材安裝，所使的卡具螺栓，必須使用高強螺栓。主材補強鋼材，必須同原塔主材角鋼匹配或大于原設(shè)計主材型號。主材與卡具連接后，所增加補強角鋼用電焊焊接牢固，使用焊條根據(jù)鋼號選用焊條型號。

本方案結(jié)合朱大線110KV輸電線路40#傾斜鐵塔加固糾偏工程實例，自行地探討出了一種輸電線路傾斜鐵塔加固糾偏關(guān)鍵技術(shù)，是我公司在輸電線路治理方面技術(shù)上的一次突破。該輸電線路鐵塔糾偏加固方案于2012年5月開始實施，成功將該鐵塔糾偏，通過巡視觀測表明加固糾偏方案是成功的。

鐵塔經(jīng)過上述加固糾偏后（整體結(jié)構(gòu)如圖4），運行至今，穩(wěn)定可靠，良好地承受住了惡劣天氣的考驗.從實際運用上證明該新型鐵塔治理方案簡單易行安全可靠，達到經(jīng)濟合理；同時本技術(shù)因塔制宜，綜合治理。可在相同技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)推廣。

三、小結(jié)

輸電線路桿塔屬高聳結(jié)構(gòu)，不同于一般建筑物，輸電線路桿塔加固糾偏有其地域特殊性。在加強線路巡視和創(chuàng)新技術(shù)的同時，還應(yīng)該與與采礦建立動態(tài)聯(lián)系。我公司擁有正規(guī)的采掘規(guī)劃，其各種地質(zhì)數(shù)據(jù)、采空區(qū)數(shù)據(jù)也比較齊全、真實，對地表的建筑物、構(gòu)筑物與地下采區(qū)的對應(yīng)情況了解，容易掌握采礦活動。但在神東礦區(qū)，還有一些私人采礦企業(yè)，其規(guī)模相對較小，相關(guān)資料不易掌握。因此，我們作為運行維護單位，還應(yīng)與這些企業(yè)建立密切的動態(tài)聯(lián)系，請這些企業(yè)根據(jù)采掘進度及時提供各種數(shù)據(jù)及對地表可能造成的影響。提前掌握這些信息，有助于提前采取預(yù)防治理措施，進一步降低采空區(qū)塌陷對輸電線路的危害。

參考文獻

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