特大型座地雙平臂電力抱桿的研制及應(yīng)用

葉建云，金鶴翔，周立宏，姚成凱

（1.浙江省送變電工程公司，浙江 杭州 310016；2.浙江省建設(shè)機(jī)械集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014）

為了填補(bǔ)浙江舟山群島新區(qū)500kV 網(wǎng)架空白，滿足舟山國(guó)際綠色石化基地建設(shè)需求，更快、更好地為舟山群島新區(qū)的現(xiàn)代海洋基地服務(wù)，兩基380m 輸電高塔就建在西堠門大跨越兩側(cè)的金塘島、冊(cè)子島。這兩座高塔跨越繁忙的國(guó)際航道，按照海事部門要求，導(dǎo)線弧垂的最低點(diǎn)要始終保持在海平面90m 以上，以保證各類大型船只的順利通航。針對(duì)500kV 兩基380m 輸電高塔的施工特點(diǎn)，特研制出1 260tm 特大型座地雙平臂抱桿。

1 抱桿的主要性能參數(shù)及總體結(jié)構(gòu)

1.1 抱桿主要性能參數(shù)

1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿主要性能參數(shù)：最大起重量30t/30t；工作幅度5～42m；額定起重力矩1 260tm；最大獨(dú)立工作高度60m；兩側(cè)最大起重力矩差420tm；抱桿工作級(jí)別A3；工作溫度-20～50℃；設(shè)計(jì)風(fēng)速（離地10m 高處，10min 平均風(fēng)速），安裝狀態(tài)8m/s，工作狀態(tài)10.7m/s，非工作狀態(tài)10.8～35m/s。

1.2 抱桿的總體結(jié)構(gòu)

1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿包括塔頂、起重臂拉桿、起重臂、載重小車、吊鉤、回轉(zhuǎn)塔身、上支座、下支座、過(guò)渡節(jié)、塔身、套架、底架基礎(chǔ)集成、腰環(huán)、特殊節(jié)井筒吊裝系統(tǒng)、起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)等等。如圖1 所示，牽引機(jī)與操作臺(tái)位于地面，起重臂通過(guò)銷軸、開(kāi)口銷與上支座的左右兩側(cè)固定連接在一起；2 個(gè)載重小車分別位于左右兩個(gè)起重臂上，吊鉤通過(guò)鋼絲繩與載重小車相連；回轉(zhuǎn)支承位于上、下支座之間，能夠承擔(dān)傾覆力矩等；起重臂拉桿兩端分別連接塔頂與起重臂。

圖1 1 260tm特大型座地雙平臂電力抱桿

2 抱桿主要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)及特點(diǎn)

2.1 整機(jī)性能

1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)有限元分析方法，全程對(duì)抱桿各種工作工況與非工作工況進(jìn)行了計(jì)算、分析及優(yōu)化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)工況并提供有效的建議，使得抱桿的各類系數(shù)指標(biāo)位居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。抱桿的最終使用高度超400m，若采用地面一次頂升的方式，提升操作困難及安全風(fēng)險(xiǎn)極大。所以抱桿在吊裝過(guò)程中，分3 個(gè)階段，第一階段為0～112.8m 的吊裝，選用2 臺(tái)400t 履帶起重機(jī)和100t 汽車起重機(jī)與抱桿配合進(jìn)行吊裝；第二階段為112.8～281.5m，采用抱桿進(jìn)行吊裝，兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行起吊；第三階段，將220m 以上的部分抱桿提升為懸浮，并將220m 以下的抱桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)全部拆除，換裝為井筒，并在220m 塔身隔面安裝形成固結(jié)的高空作業(yè)平臺(tái)，將抱桿坐落在高空平臺(tái)上。圖2 為平臂22.5°風(fēng)向90°30t/30t 起吊工作工況整體位移圖。

圖2 平臂22.5°風(fēng)向90°30t/30t起吊工作工況整體位移

2.2 海島抗臺(tái)風(fēng)設(shè)計(jì)

舟山群島的金塘島和冊(cè)子島屬于臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)，長(zhǎng)年經(jīng)受海風(fēng)與雨水的侵蝕，使得泥土也變得松軟，這是本次的難點(diǎn)之一。為了保證1 260tm特大型座地雙平臂電力抱桿在海島的正常使用，抱桿構(gòu)件風(fēng)載計(jì)算參照GB 50009-2019《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及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》

式中：Wk為風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；βz為高度z處的風(fēng)振系數(shù)；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，其中抱桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、過(guò)渡段、回轉(zhuǎn)塔身、塔頂部件的體形系數(shù)參考了塔架的體型系數(shù)（公式1），上下支座部分參考了絕緣子的體型系數(shù)（公式2），平臂部分參考了格構(gòu)式橫梁的體型系數(shù)（公式3）；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；W0為基準(zhǔn)風(fēng)壓（kN/m2）；V為計(jì)算風(fēng)速（m/s）；Ws構(gòu)件垂直迎風(fēng)面風(fēng)荷（kN）；Af構(gòu)件承受風(fēng)壓投影面積計(jì)算值（m2）。

起吊繩和平臂拉桿風(fēng)載計(jì)算參照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》及GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》

式中：Wx為垂直于鋼絲繩的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；a為風(fēng)壓不均勻系數(shù)，取1.0；βc為風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，取1.0；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μsc為體型系數(shù)，取1.1；d為鋼絲繩外徑總和（m）；Lp為單道鋼絲繩長(zhǎng)度；θ為風(fēng)向與鋼絲繩的夾角。

通過(guò)以上計(jì)算，最終確定數(shù)據(jù)如表1 所示，達(dá)到了抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 各狀態(tài)下允許最大風(fēng)速

2.3 超大噸位頂升

隨著輸電鐵塔的升高，電力抱桿也需要節(jié)節(jié)攀升。電力抱桿要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頂升，同時(shí)，總頂升能力不小于1 650t，頂升同步精度要達(dá)到毫米級(jí)。傳統(tǒng)的雙油缸系統(tǒng)不滿足要求?？紤]到此工程的特點(diǎn)，最終確定選擇8 油缸頂升方案（圖3），每個(gè)油缸的頂升力可達(dá)250t，行程3 500mm，滿足頂升距離的要求；同時(shí)還包括2 臺(tái)同步頂升泵站；2 臺(tái)插銷泵站；1 個(gè)同步控制臺(tái)；4 個(gè)伺服控制閥箱；8 根水平油缸；1 個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器以及相應(yīng)的傳感器件和液壓配件。并采用伺服控制技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)，滿足抱桿連續(xù)同步頂升要求。

圖3 頂升設(shè)備布置圖

2.4 滑塊式腰環(huán)

電力抱桿的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與腰環(huán)之間不存在相應(yīng)的連接桿件，腰環(huán)通過(guò)與抱桿的接觸來(lái)對(duì)抱桿的側(cè)向位移進(jìn)行約束。本次腰環(huán)內(nèi)側(cè)采用MGA 滑塊式摩擦片，而不是常規(guī)使用的滾輪結(jié)構(gòu)（腰環(huán)受力很大，若使用滾輪結(jié)構(gòu)，滾輪軸的直徑將會(huì)很大，不符合實(shí)際情況）。MGA 屬于工程塑料合金，由于其承載能力大、抗震性能好，既能承受較大的沖擊載荷，也能承受沖擊載荷(拉伸強(qiáng)度≥60MPa，沖擊強(qiáng)度≥140kJ/m2，壓縮強(qiáng)度≥125MPa)，在受到大的負(fù)荷時(shí)，具有很好的柔韌性和自恢復(fù)性；而且本身具有一定的自潤(rùn)滑性，所以不用在干態(tài)不加油的狀態(tài)下都能很好的應(yīng)用。

并通過(guò)有限元分析對(duì)其中一個(gè)非工作工況（抱桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等效應(yīng)力和腰環(huán)拉力較大的工況）進(jìn)行分析，都滿足腰環(huán)梁最大等效應(yīng)力不超過(guò)343MPa 的強(qiáng)度要求。

2.5 遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸

本次抱桿的控制電纜總長(zhǎng)超過(guò)1km，若電控設(shè)計(jì)沿用以往的多芯電纜控制，會(huì)極易造成電纜間感應(yīng)電，引起抱桿動(dòng)作失誤。經(jīng)過(guò)了廣泛調(diào)研，最終提出在1 260tm 電控設(shè)計(jì)中采用CCLink（Control&Communication Link）通信控制方式。這是目前業(yè)界最高速等級(jí)的總線網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)位數(shù)據(jù)和字?jǐn)?shù)據(jù)的高速、大容量傳輸，可以實(shí)現(xiàn)各控制器件間的N 站通信，成功地解決了控制系統(tǒng)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸難題。

3 型式試驗(yàn)及海島使用

3.1 型式試驗(yàn)

2017 年11 月15 日，為了驗(yàn)證電力抱桿的相關(guān)性能是否符合預(yù)期，特邀請(qǐng)中國(guó)電力科學(xué)研究院專家組人員，在浙江省建設(shè)機(jī)械集團(tuán)有限公司蕭山生產(chǎn)基地進(jìn)行型式試驗(yàn)，相繼進(jìn)行了額定載荷試驗(yàn)、超載試驗(yàn)及循環(huán)試驗(yàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)使用工況完全模擬測(cè)試。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，整機(jī)結(jié)構(gòu)可靠，能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 海島使用

2017 年12 月底，2 臺(tái)1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿開(kāi)始相繼發(fā)往舟山的金塘島與冊(cè)子島應(yīng)用于舟山500kV 送變電工程。在實(shí)際的吊裝過(guò)程中，2 臺(tái)電力抱桿運(yùn)行平穩(wěn)，符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

2018 年9 月，舟山冊(cè)子島一側(cè)380m 輸電高塔立塔完成，同年10 月，舟山金塘島一側(cè)380m輸電高塔立塔完成。1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿適用于超高型、特大型的輸電高塔的組立，且在施工過(guò)程中運(yùn)行安全平穩(wěn)，同時(shí)極大的提高施工效率，近300 個(gè)日日夜夜，2 臺(tái)1 260tm特大型座地雙平臂電力抱桿經(jīng)受住了海島上狂風(fēng)大雨的侵蝕及長(zhǎng)時(shí)間超大噸位頂升的考驗(yàn)。