1 000 kV特高壓桿塔主材選型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

劉　巍，王文明，耿慶申，王寧寧

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南　250013）

1 000 kV特高壓桿塔主材選型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

劉巍，王文明，耿慶申，王寧寧

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南250013）

依托皖電東送淮南—上海1 000 kV特高壓交流輸電工程，在滿足相同技術(shù)要求的前提下，對(duì)主材采用角鋼、鋼管、角鋼鋼管組合3種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析和比較。分析結(jié)果表明，當(dāng)鋼管與角鋼單價(jià)差異小于2 140元/t時(shí)，鋼管方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管與角鋼單價(jià)差異大于2 140元/t，小于3 360元/t時(shí)，角鋼鋼管組合方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管與角鋼單價(jià)差異大于3 360元/t時(shí)，角鋼方案最經(jīng)濟(jì)。

特高壓；鋼管塔；角鋼塔；技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

0　引言

高壓輸電線路是電能輸送的載體，是重要的生命線工程。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，發(fā)達(dá)地區(qū)的電力需求與日俱增。目前國(guó)家正處于特高壓輸電線路的建設(shè)進(jìn)程中，“西電東輸”、“北電南送”的能源發(fā)展戰(zhàn)略正在實(shí)施。采用特高壓輸電時(shí)，輸電線路的工程規(guī)模趨于大型化，輸電塔高度大幅增加，工程造價(jià)指標(biāo)大大提高。特高壓電網(wǎng)作為未來(lái)電網(wǎng)規(guī)劃的骨干網(wǎng)架，可以提高輸送容量，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)電網(wǎng)、能源的協(xié)調(diào)發(fā)展。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者已對(duì)特高壓輸電技術(shù)進(jìn)行了大量研究，取得了豐碩成果，其技術(shù)應(yīng)用日益成熟。在保證特高壓輸電技術(shù)可靠性的前提下，降低工程造價(jià)指標(biāo)具有重要意義［1-3］。

目前特高壓桿塔主材選型方案主要有3種：角鋼塔方案、鋼管塔方案、角鋼鋼管組合方案。3種方案均能滿足特定的技術(shù)要求，但在滿足相同技術(shù)要求的條件下，其經(jīng)濟(jì)性往往存在較大差異，因此，有必要對(duì)各種方案的經(jīng)濟(jì)適用條件進(jìn)行分析。以淮南—上海1 000 kV特高壓交流線路工程為依托，進(jìn)行桿塔主材選型的多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，以期為特高壓桿塔設(shè)計(jì)選型提供參考。

1　特高壓桿塔主材選型方案技術(shù)比較

國(guó)內(nèi)特高壓線路桿塔設(shè)計(jì)中，角鋼塔具有材料采購(gòu)容易、便于加工、單件重量較輕、安裝及運(yùn)輸方便等突出優(yōu)勢(shì)；鋼管塔具有截面受力性能良好、風(fēng)阻效應(yīng)較小、可用不同厚度的鋼板焊接成不同規(guī)格的鋼管（不受市場(chǎng)材料規(guī)格的限制）和外形簡(jiǎn)潔美觀等優(yōu)勢(shì)。鋼管塔與角鋼塔技術(shù)對(duì)比見表1。

表1　鋼管塔與角鋼塔技術(shù)對(duì)比

1.1角鋼塔方案

目前輸電線路鐵塔用角鋼規(guī)格均在200 mm及以下，因承載力有限，導(dǎo)致特高壓塔身主材需要采用雙拼或多拼組合角鋼。鐵塔真型試驗(yàn)結(jié)果表明［4］：由于雙拼和多拼角鋼變形不協(xié)調(diào)，角鋼間受力分配不均勻，桿塔易發(fā)生破壞。因此，對(duì)于雙拼角鋼鐵塔，設(shè)計(jì)時(shí)宜留較大裕度。施工方面，雙拼和多拼角鋼由于構(gòu)造原因，螺栓通過厚度和通過層數(shù)增加，使輸電線路鐵塔施工難度增大。大規(guī)格Q420角鋼［5］可以大幅減少雙拼和多拼鐵塔的加工量，降低角鋼間填板焊接質(zhì)量構(gòu)成的鐵塔不安全隱患；同時(shí)，可以改變雙拼和四拼角鋼的不合理截面形式，降低鐵塔鋼耗指標(biāo)，大量減少連接螺栓和填板數(shù)量，使鐵塔組立的施工量和施工難度大為減輕。因此，角鋼塔主材宜選用大規(guī)格Q420角鋼。

1.2鋼管塔方案

鋼管塔主材型號(hào)主要有Q345、Q420、Q460，雖然Q420和Q460高強(qiáng)鋼比Q345高強(qiáng)鋼承載力提高15%～20%，但焊接問題成為Q420和Q460使用的制約因素。低合金高強(qiáng)鋼隨著鋼牌號(hào)的增加可焊性越來(lái)越差，使得高強(qiáng)鋼管焊接施工對(duì)焊條、設(shè)備、施工工藝、人員配備等要素要求非常嚴(yán)格。另外，Q420、Q460高強(qiáng)鋼管產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定性以及供貨都不易保證，產(chǎn)品性能離散性較高，且已應(yīng)用的輸電線路工程缺乏長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。因此，鋼管塔主材宜選用Q345鋼管。

1.3角鋼鋼管組合方案

從受力特性來(lái)看，鋼管的回轉(zhuǎn)半徑較大，在截面積和計(jì)算長(zhǎng)度相同的條件下，鋼管構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比角鋼構(gòu)件小。為減小長(zhǎng)細(xì)比，提高角鋼構(gòu)件承載力，通常需要采用布置輔材來(lái)降低長(zhǎng)細(xì)比，在一定程度上增加了鐵塔的材料耗量。另外，鋼管構(gòu)件的風(fēng)阻力系數(shù)較小，采用鋼管塔對(duì)減輕鐵塔重量效果比較明顯。Ⅰ、Ⅱ型直線塔荷載小，角鋼單價(jià)相對(duì)較低，因此，角鋼鋼管組合方案宜為Ⅰ、Ⅱ型直線塔使用角鋼塔，其他塔型使用鋼管塔。

2　特高壓桿塔主材選型方案的經(jīng)濟(jì)比較

2.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

按照現(xiàn)行造價(jià)編制原則和價(jià)格水平，暫按市場(chǎng)價(jià)Q420角鋼8 600元/t，Q345鋼管10 900元/t，對(duì)3種方案的工程量及造價(jià)進(jìn)行測(cè)算［6-7］，如表2所示。

表2　3種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表

2.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

各方案的綜合本體投資主要包括本體投資和編制年價(jià)差。

影響本體投資的主要因素為塔重。全鋼管塔方案塔重指標(biāo)最低，為332 t/km，其次是鋼管與角鋼組合方案，塔重指標(biāo)為377.95 t/km，全角鋼方案塔重指標(biāo)最大，為435.62 t/km。由于上部荷載（靜荷載及動(dòng)荷載）的差異，使得基礎(chǔ)尺寸、基坑大小存在顯著差異，影響基礎(chǔ)工程及土石方工程投資，因此，全鋼管塔方案塔重指標(biāo)最低，基礎(chǔ)混凝土、鋼材耗量最少，土方量最??；全角鋼方案塔重指標(biāo)最高，基礎(chǔ)混凝土、鋼材耗量最多，土方量最大。由于進(jìn)本體取費(fèi)鐵塔、鋼管塔價(jià)格相同，均為6 800元/t，因此，全鋼管塔方案本體投資最少，全角鋼方案本體投資最高。

影響編制年價(jià)差的主要因素為材料價(jià)差，即主要材料的預(yù)算價(jià)或市場(chǎng)價(jià)與進(jìn)本體取費(fèi)的價(jià)格之差。角鋼塔材料市場(chǎng)價(jià)為8 600元/t，材料價(jià)差為8600-6800=1800（元/t），鋼管塔市場(chǎng)價(jià)為10900元/t，材料價(jià)差為10 900-6 800=4 100（元/t）。結(jié)合上述各方案的塔重指標(biāo)，角鋼塔材料價(jià)差最低，組合方案材料價(jià)差較低，鋼管塔材料價(jià)差最高。

在上述給定塔材價(jià)格的條件下，各方案的綜合本體投資（本體+年價(jià)差），角鋼塔方案最高，為867.39萬(wàn)元/km，鋼管與角鋼組合方案造價(jià)最低，為850.91萬(wàn)元/km；鋼管塔方案略低，為852.68萬(wàn)元/km。

3　鋼管和角鋼單價(jià)差影響分析

影響3種方案經(jīng)濟(jì)性高低的主要因素為塔重指標(biāo)和鐵塔材料市場(chǎng)價(jià)格。角鋼塔塔重指標(biāo)最大，但價(jià)格最低；鋼管塔塔重指標(biāo)最小，但價(jià)格最高，鋼管角鋼組合方案居中。在外部荷載一樣的情況下，各方案的塔重指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定。而塔材價(jià)格不同時(shí)期存在較大波動(dòng)，因此，鐵塔材料市場(chǎng)價(jià)格的波動(dòng)將影響各方案的經(jīng)濟(jì)性排序。

各方案綜合本體投資隨著鋼管塔與角鋼塔單價(jià)差的變動(dòng)進(jìn)行變動(dòng)。通過調(diào)整鋼管和角鋼的市場(chǎng)單價(jià)差異，繪制出綜合本體投資隨鋼管角鋼單價(jià)差異變化的趨勢(shì)圖，如圖1所示。其中，橫坐標(biāo)為鋼管與角鋼單價(jià)之差，縱坐標(biāo)為綜合本體投資，陰影部分為不同價(jià)格差異下對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)方案。

當(dāng)鋼管和角鋼單價(jià)差異小于x1時(shí)，即（x＜x1），鋼管方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管和角鋼單價(jià)差異大于x1，小于x3時(shí)，即（x1＜x＜x3），角鋼鋼管組合方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管和角鋼單價(jià)差異大于x3時(shí)，即（x＞x3），角鋼方案最經(jīng)濟(jì)。

圖1　綜合本體投資隨鋼管角鋼價(jià)格差異變化趨勢(shì)

依托皖電東送淮南—上海1 000 kV特高壓交流線路工程，按照造價(jià)編制原則，計(jì)算結(jié)果為：當(dāng)鋼管和角鋼單價(jià)差異小于2 140元/t時(shí)，鋼管方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管和角鋼單價(jià)差異大于2 140元/t，小于3 360元/t時(shí)，角鋼鋼管組合方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管和角鋼單價(jià)差異大于3 360元/t時(shí)，角鋼方案最經(jīng)濟(jì)。

4　結(jié)語(yǔ)

依托皖電東送淮南—上海1 000 kV特高壓交流線路工程，系統(tǒng)總結(jié)了角鋼、鋼管、角鋼鋼管組合3種桿塔選材方案技術(shù)特性，并對(duì)各方案的經(jīng)濟(jì)適用條件進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明：當(dāng)鋼管與角鋼單價(jià)差異小于2 140元/t時(shí)，鋼管方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管與角鋼單價(jià)差異大于2 140元/t，小于3 360元/t時(shí)，角鋼鋼管組合方案最經(jīng)濟(jì)；當(dāng)鋼管與角鋼單價(jià)差異大于3 360元/t時(shí)，角鋼方案最經(jīng)濟(jì)。

［1］婁欣.中國(guó)特高壓與超高壓輸電方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及方案設(shè)想［D］.北京：華北電力大學(xué)，2010.

［2］劉振亞.特高壓電網(wǎng)［M］.北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，2008.

［3］劉振亞.特高壓知識(shí)問答［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［4］DL/T 5154—2012架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［5］GBJ 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］國(guó)家能源局.電網(wǎng)工程建設(shè)預(yù)算編制與計(jì)算規(guī)定 （2013年版）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

［7］國(guó)家能源局.電力建設(shè)工程預(yù)算定額（2013年版）第五冊(cè) 調(diào)試工程［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

Technical and Economic Comparison of Tower Material Selection for 1 000 kV UHV Project

LIU Wei，WANG Wenming，GENG Qingshen，WANG Ningning
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute co.，Ltd.，Jinan 250013，China）

Combined with the Shanghai 1 000 kV ultra-high voltage（UHV）transmission line project，economic comparisons of principal material selections（steel angel，steel pipe and combination of angle and pipe）for the main member are conducted on the premise of meeting the same technical requirements.Results show that if the unit price difference between the pipe and angle is less than 2 140 yuan per ton，the pipe tower is the most economical；if the unit price difference between the pipe and angle is more than 2 140 yuan per ton and less than 3 360 yuan per ton，the combination of angle and pipe tower is the most economical；if the unit price difference between the pipe and angle is more than 3 360 yuan per ton，the angle tower is the most economical.

UHV；pipe tower；angle iron tower；technical and economic comparison

TM753

B

1007-9904（2015）11-0063-03

2015-06-27

劉?。?983），男，工程師 ，從事電網(wǎng)工程概預(yù)算，特高壓投標(biāo)、概預(yù)算編制、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等工作；

王文明（1987），男，工程師，從事結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析方法研究和輸電塔設(shè)計(jì)工作。