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

能源是經濟社會發展的重要物質基礎，電力發展關系到國計民生。我國的能源資源和生產力發展呈逆向分布。煤電、水電以及風電主要分布在北部和西部地區，而2/3以上的能源需求集中在中東部地區。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，發現貓頭型塔第2層塔腿主材存在不同程度的彎曲超標現象，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、走廊擁擠地帶及拆遷較多或費用較高的地區普遍采用貓頭塔，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，陸續發現部分貓頭型塔第2層塔腿主材存在不同程度的彎曲現象。Q/GDW 153—2006《1000 kV架空送電線路施工及驗收規范》規定：鐵塔組立后，各相鄰節點間主材彎曲度不得超過1/750[12]。根據現場測量結果，部分鐵塔主材彎曲度超過這一標準，即出現了主材彎曲度超標。

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格的分析以及現場查勘結論得出，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計表Tab.3 Statistics of testing results after modification of the towers with stringing conductors

（1）與常規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）規格比主材（L200）小1號，外連板（L160）規格比主材小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。

[1]劉振亞.特高壓電網[M].北京：中國經濟出版社，2005.

[2]張運洲.1000 kV交流輸電技術在我國應用前景分析[J].中國電力，2007，40（7）：1-4.

[3]舒印彪.1000 kV交流特高壓輸電技術的研究與應用[J].電網技術，2005，29（19）：1-6.

[4]虞菊英.我國特高壓交流輸電研究現狀[J].高電壓技術，2005，31（12）：23-25.

[5]謝 強，張 勇，李 杰.華東電網500 kV任上5237線颮線風致倒塔事故調查分析[J].電網技術，2006，30（10）：59-63.

[6]胡 毅.輸電線路大范圍冰害事故分析及對策[J].高電壓技術，2005，31（4）：14-15.

[7]Safi M,Horr A M.Spectral dynamic analysis of power transmission towers using ANN imperfection simulator[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2004，19（4）：1907-1912.

[8]Riera J D,R C R de Menezes,Dasilva V R,et a1.Evaluation of the probability distribution of the strength of transmission line steel towers based on tower test results[C].CIGRE.Paris,French，1990，22-305：1-5.

[9]陳永強，龍小樂，鮑務均.輸電自立塔多塔腿有限元分析[J].武漢大學學報：工學版，2004，37（2）：53-56.

[10]陳 勇，萬啟發，谷莉莉，等.關于我國特高壓導線和桿塔結構的探討[J].高電壓技術，2004，30（6）：38-41

[11]趙滇生，金三愛.有限元模型對輸電塔架結構動力特性分析的影響[J].特種結構，2004，21（3）：8-11.

[12]Q/GDW 153—20061000 kV架空送電線路施工及驗收規范[S].北京：中國電力出版社，2006.