220kV輸電線路拉線塔緊急缺陷應(yīng)急搶修分析

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（荊州市荊力工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限責(zé)任公司 湖北省荊州市 434000）

架空輸電線路作為輸送電力及聯(lián)接電網(wǎng)的載體，在電力系統(tǒng)中占有極為重要的地位。近年來(lái)，輸電線路通道環(huán)境有復(fù)雜、惡化趨勢(shì)，其中有自然環(huán)境因素，也有眾多人為因素，因此即使線路本體狀況健康良好，也難以完全避免因外部因素導(dǎo)致的線路故障。隨著城鎮(zhèn)化速度不斷加快，施工建設(shè)越來(lái)越多的影響著我們的線路運(yùn)行安全，大型機(jī)械施工和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅著線路安全運(yùn)行。本文即記錄一起因外破倒塔，臨時(shí)選用庫(kù)存拉線鐵塔進(jìn)行搶修，當(dāng)原設(shè)計(jì)的大規(guī)格拉盤(pán)一時(shí)難以到貨，采用小規(guī)格拉盤(pán)應(yīng)急的搶修案例。該案例中全部采用現(xiàn)有庫(kù)存物資材料，僅耗時(shí)三天即完成搶修任務(wù)，恢復(fù)供電。

1 線路基本情況

某220千伏線路81#塔位于機(jī)動(dòng)車(chē)道邊，因機(jī)動(dòng)車(chē)撞擊一側(cè)塔腿，導(dǎo)致該塔塔腿主材嚴(yán)重變形，急需更換該塔。因該線路負(fù)荷較大，停電時(shí)間有限，必須在三天內(nèi)完成線路修復(fù)工作。輸電運(yùn)檢室考慮采用庫(kù)存的一基220ZML-24型拉線塔（使用條件滿足本工程實(shí)際需求）補(bǔ)立在原塔遠(yuǎn)離機(jī)動(dòng)車(chē)道一側(cè)的田地里，用以取代原81#塔。220ZML-24型拉線塔為獨(dú)腳拉線塔，原設(shè)計(jì)采用四根GJ-135鍍鋅鋼絞線，四個(gè)0.9m×1.8m×0.25m規(guī)格的拉盤(pán)進(jìn)行固定，拉線盤(pán)埋深2.6米，拉線對(duì)橫擔(dān)夾角在水平面投影45o，拉線對(duì)水平面夾角60o，拉線公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度不應(yīng)小于1400MPa，拉線初始應(yīng)力為1400MPa。塔型示意圖見(jiàn)圖1，拉線布置方式俯視圖見(jiàn)圖2。

圖1：塔型示意圖

圖2：拉線布置方式俯視圖

220ZML-24型拉線塔為舊線路拆除的老舊塔型，原設(shè)計(jì)適配的0.9m×1.8m×0.25m規(guī)格的拉盤(pán)及GJ-135型鍍鋅鋼絞線倉(cāng)庫(kù)已無(wú)庫(kù)存，且因現(xiàn)階段使用率較低，導(dǎo)致市面存量較少，一時(shí)難以采購(gòu)到位。目前施工單位倉(cāng)庫(kù)僅余部分35千伏及以下農(nóng)配網(wǎng)線路使用的0.6m×1.2m×0.2m規(guī)格拉盤(pán)8支及500米GJ-70型鍍鋅鋼絞線。因此，業(yè)主單位考慮充分利用現(xiàn)有庫(kù)存物資，考慮利用庫(kù)存物資替換原設(shè)計(jì)方案的拉線及拉盤(pán)，重新布置拉線、拉線盤(pán)布局方式，并進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)定計(jì)算。

2 擬定方案

因ZML-24型拉線塔原設(shè)計(jì)方案的GJ-135拉線布置方式，為以塔身中心為圓心成等分90o布置，現(xiàn)考慮在原設(shè)計(jì)每根拉線方向上采用兩根GJ-70型拉線進(jìn)行等效替換，由兩根細(xì)拉線分解原單根粗拉線的拉力荷載，同時(shí)兩根細(xì)拉線還需成一定夾角進(jìn)行布置，避免因拉盤(pán)布置過(guò)近，導(dǎo)致在進(jìn)行拉盤(pán)上拔穩(wěn)定計(jì)算時(shí)產(chǎn)生互相影響。

經(jīng)查閱拉線規(guī)格表1及拉線盤(pán)規(guī)格表2，結(jié)合拉線及拉線盤(pán)具體性能參數(shù)，初步認(rèn)為采用小規(guī)格拉線及拉線盤(pán)以二換一的方式對(duì)原設(shè)計(jì)方案的大規(guī)格拉線及拉線盤(pán)進(jìn)行替換，能達(dá)到原設(shè)計(jì)方案的荷載能力，因此該設(shè)計(jì)方案在理論上存在一定可行性。

表1：拉線規(guī)格表

表2：拉線盤(pán)規(guī)格表

3 計(jì)算分析

3.1 上拔穩(wěn)定驗(yàn)算

原220ZML-24設(shè)計(jì)使用拉線為四根GJ-135鍍鋅鋼絞線，額定拉斷力為187.94kN，拉線安全系數(shù)一般取K=2，反推得原每根拉線拉力設(shè)計(jì)值為T(mén)=187.94/2=93.97kN。原拉線與地面夾角為60度，原上拔力Ny=T×sin60o=93.97×sin60o=81.38kN,直線塔上拔穩(wěn)定附加分項(xiàng)系數(shù)γf=1.1。

計(jì)算原設(shè)計(jì)條件下每根拉線上拔穩(wěn)定力γf×Ny=1.1×81.38=89.52 kN。

計(jì)算條件：地質(zhì)選取可塑粘土，現(xiàn)考慮選擇2個(gè)小規(guī)格拉線盤(pán)替換原來(lái)的1個(gè)大規(guī)格拉線盤(pán)，小拉線盤(pán)規(guī)格為0.6m×1.2m×0.2m，拉線盤(pán)自重Q=3kN,拉線與地面夾角為60度，拉線盤(pán)上平面與鉛錘面的夾角取ω1=60o，土的計(jì)算土重度取γs=16kN/m3，上拔角取α=20o，計(jì)算內(nèi)摩擦角取β=30o?？紤]地面有0.5m的耕土層。

基于基礎(chǔ)施工安全風(fēng)險(xiǎn)考慮，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)超過(guò)開(kāi)挖深度超過(guò)3米的深基坑作業(yè)，因此考慮將拉盤(pán)埋置深度設(shè)置為3米。

故拉盤(pán)土體上拔深度為ht=3-0.5=2.5m。

擬采用的長(zhǎng)方形拉盤(pán)長(zhǎng)寬比為2，換算成圓形底板D=0.6×（a+b）=0.6×（1.2+0.6）=1.08m

臨界深度hc=1.5×D=1.62m

因上拔埋置深度大于基礎(chǔ)上拔臨界深度，故上拔土體體積計(jì)算簡(jiǎn)圖參見(jiàn)圖3。

圖3：上拔深度ht大于臨界深度hc時(shí)，拉線盤(pán)上拔計(jì)算簡(jiǎn)圖

通過(guò)采用公式Vt=Hc×[（b×l×sinω1+（b×sinω1+l）×Hc×tanα+4/3×Hc2×（tanα）2]+b×l×(Ht-Hc)×sinω1

計(jì)算得本設(shè)計(jì)方案的小規(guī)格拉線盤(pán)抗拔土體的體積Vt=3.95 m3。

由此計(jì)算得單個(gè)小規(guī)格拉線盤(pán)抗上拔力δ=Vt×γs+Q=3.95×16+3=66.24kN

為避免因相同方向上的兩個(gè)相鄰拉線盤(pán)布置距離過(guò)近導(dǎo)致在進(jìn)行上拔穩(wěn)定計(jì)算時(shí)產(chǎn)生互相影響，充分利用單個(gè)拉線盤(pán)的抗拔能力。通過(guò)綜合拉線盤(pán)規(guī)格、土體上拔深度、上拔角等因素，并經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，兩個(gè)小規(guī)格拉線盤(pán)宜以原設(shè)計(jì)拉線方向?yàn)閷?duì)稱(chēng)軸，成13o夾角布置。故本次設(shè)計(jì)方案擬采用的拉線布置方式俯視圖詳見(jiàn)圖4。

圖4：擬采用的拉線布置方式俯視圖

由此計(jì)算兩個(gè)拉線盤(pán)在原設(shè)計(jì)拉線方向上的上拔穩(wěn)定合力δ1=2×δ×cos(13o/2)=2×66.24×cos6.5o=131.63kN>原設(shè)計(jì)條件下每根拉線上拔穩(wěn)定力γf×Ny=1.1×81.38=89.52kN

據(jù)此，可認(rèn)為采用本設(shè)計(jì)方案布置的小規(guī)格拉線及拉線盤(pán)上拔穩(wěn)定驗(yàn)算合格。

3.2 水平穩(wěn)定驗(yàn)算

將原設(shè)計(jì)拉線的拉力值置于單個(gè)小拉盤(pán)上進(jìn)行驗(yàn)算

被動(dòng)土抗力為X1=γs×tan2(45o+β/2)×h0×l×t=16×tan260o×2.5×1.2×0.6×cos60o=43.2kN

由垂直分量Ny產(chǎn)生水平抗力為T(mén)1=Ny×tanβ=81.38×tan30o=46.98kN

X=X1+T1=43.2+46.98=90.18kN>γf×Nx=γf×T×cos60o=1.1×93.97×c os60o=51.68kN

由此，可認(rèn)為采用本設(shè)計(jì)方案布置的小規(guī)格拉線及拉線盤(pán)水平穩(wěn)定驗(yàn)算也合格。

3.3 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)論

綜合上述小規(guī)格拉線及拉線盤(pán)上拔穩(wěn)定驗(yàn)算及水平穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用小規(guī)格拉線及拉線盤(pán)以二換一的方式對(duì)原設(shè)計(jì)方案的大規(guī)格拉線及拉線盤(pán)進(jìn)行替換，能達(dá)到原設(shè)計(jì)方案的荷載能力，且等效替換后，還具有較大裕度，滿足本工程實(shí)際需求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)程度的不斷加深，各種人為原因?qū)е碌妮旊娋€路緊急事件幾乎無(wú)法完全避免?？紤]電網(wǎng)的特殊性質(zhì)，一旦因發(fā)生事故造成輸電線路停運(yùn)，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的社會(huì)停電，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人民生活造成較大影響。因此，電力設(shè)施的搶修應(yīng)充分考慮社會(huì)影響，而盡量逐漸減少停電時(shí)間和停電范圍。本文中論述的某線路81#塔的應(yīng)急搶修即屬于線路最嚴(yán)重的桿塔緊急缺陷之一。經(jīng)過(guò)業(yè)主、設(shè)計(jì)及施工單位的充分論證、精心策劃，搶修工作順利進(jìn)行，施工結(jié)束后線路運(yùn)行順利?？偨Y(jié)該次成功經(jīng)驗(yàn)，有以下三點(diǎn)：

（1）充分利用現(xiàn)有資源，采用輕質(zhì)、小型化拉線盤(pán)，便于運(yùn)輸和安裝。

（2）設(shè)計(jì)方案因地制宜，與施工現(xiàn)場(chǎng)緊密結(jié)合，解決了輸電線路搶修塔拉線盤(pán)的選型問(wèn)題，為安全、合理、經(jīng)濟(jì)地選用拉線盤(pán)提供了理論依據(jù)，適用于快速搶修。

（3）對(duì)于地質(zhì)資料較為詳實(shí)的區(qū)域，采用拉線塔方案時(shí)，可采用小規(guī)格拉線及拉線盤(pán)以二換一的方式對(duì)原設(shè)計(jì)方案的大規(guī)格拉線及拉線盤(pán)進(jìn)行替換，此方案可作為拉線塔建設(shè)和改造的永久性方案。同時(shí)，該方案亦可作為線路施工過(guò)程中，各種拉線地錨的實(shí)施參考方案，具有較大的便利性和安全性。