1 000 kV特高壓桿塔主材選型的技術經濟比較

劉　巍，王文明，耿慶申，王寧寧

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南　250013）

1 000 kV特高壓桿塔主材選型的技術經濟比較

劉巍，王文明，耿慶申，王寧寧

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟南250013）

依托皖電東送淮南—上海1 000 kV特高壓交流輸電工程，在滿足相同技術要求的前提下，對主材采用角鋼、鋼管、角鋼鋼管組合3種方案進行經濟性分析和比較。分析結果表明，當鋼管與角鋼單價差異小于2 140元/t時，鋼管方案最經濟；當鋼管與角鋼單價差異大于2 140元/t，小于3 360元/t時，角鋼鋼管組合方案最經濟；當鋼管與角鋼單價差異大于3 360元/t時，角鋼方案最經濟。

特高壓；鋼管塔；角鋼塔；技術經濟比較

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。隨著國民經濟的快速增長，發達地區的電力需求與日俱增。目前國家正處于特高壓輸電線路的建設進程中，“西電東輸”、“北電南送”的能源發展戰略正在實施。采用特高壓輸電時，輸電線路的工程規模趨于大型化，輸電塔高度大幅增加，工程造價指標大大提高。特高壓電網作為未來電網規劃的骨干網架，可以提高輸送容量，改善電網結構，促進電網、能源的協調發展。國內外專家學者已對特高壓輸電技術進行了大量研究，取得了豐碩成果，其技術應用日益成熟。在保證特高壓輸電技術可靠性的前提下，降低工程造價指標具有重要意義［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要求，但在滿足相同技術要求的條件下，其經濟性往往存在較大差異，因此，有必要對各種方案的經濟適用條件進行分析。以淮南—上海1 000 kV特高壓交流線路工程為依托，進行桿塔主材選型的多方案技術經濟比選，以期為特高壓桿塔設計選型提供參考。

1　特高壓桿塔主材選型方案技術比較

國內特高壓線路桿塔設計中，角鋼塔具有材料采購容易、便于加工、單件重量較輕、安裝及運輸方便等突出優勢；鋼管塔具有截面受力性能良好、風阻效應較小、可用不同厚度的鋼板焊接成不同規格的鋼管（不受市場材料規格的限制）和外形簡潔美觀等優勢。鋼管塔與角鋼塔技術對比見表1。

表1　鋼管塔與角鋼塔技術對比

1.1角鋼塔方案

目前輸電線路鐵塔用角鋼規格均在200 mm及以下，因承載力有限，導致特高壓塔身主材需要采用雙拼或多拼組合角鋼。鐵塔真型試驗結果表明［4］：由于雙拼和多拼角鋼變形不協調，角鋼間受力分配不均勻，桿塔易發生破壞。因此，對于雙拼角鋼鐵塔，設計時宜留較大裕度。施工方面，雙拼和多拼角鋼由于構造原因，螺栓通過厚度和通過層數增加，使輸電線路鐵塔施工難度增大。大規格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量構成的鐵塔不安全隱患；同時，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，大量減少連接螺栓和填板數量，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格Q420角鋼。

1.2鋼管塔方案

鋼管塔主材型號主要有Q345、Q420、Q460，雖然Q420和Q460高強鋼比Q345高強鋼承載力提高15%～20%，但焊接問題成為Q420和Q460使用的制約因素。低合金高強鋼隨著鋼牌號的增加可焊性越來越差，使得高強鋼管焊接施工對焊條、設備、施工工藝、人員配備等要素要求非常嚴格。另外，Q420、Q460高強鋼管產品質量、穩定性以及供貨都不易保證，產品性能離散性較高，且已應用的輸電線路工程缺乏長期運行的經驗。因此，鋼管塔主材宜選用Q345鋼管。

1.3角鋼鋼管組合方案

從受力特性來看，鋼管的回轉半徑較大，在截面積和計算長度相同的條件下，鋼管構件長細比角鋼構件小。為減小長細比，提高角鋼構件承載力，通常需要采用布置輔材來降低長細比，在一定程度上增加了鐵塔的材料耗量。另外，鋼管構件的風阻力系數較小，采用鋼管塔對減輕鐵塔重量效果比較明顯。Ⅰ、Ⅱ型直線塔荷載小，角鋼單價相對較低，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濟比較

2.1技術經濟指標對比

按照現行造價編制原則和價格水平，暫按市場價Q420角鋼8 600元/t，Q345鋼管10 900元/t，對3種方案的工程量及造價進行測算［6-7］，如表2所示。

表2　3種方案技術經濟指標對比表

2.2技術經濟指標分析

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最低，為332 t/km，其次是鋼管與角鋼組合方案，塔重指標為377.95 t/km，全角鋼方案塔重指標最大，為435.62 t/km。由于上部荷載（靜荷載及動荷載）的差異，使得基礎尺寸、基坑大小存在顯著差異，影響基礎工程及土石方工程投資，因此，全鋼管塔方案塔重指標最低，基礎混凝土、鋼材耗量最少，土方量最小；全角鋼方案塔重指標最高，基礎混凝土、鋼材耗量最多，土方量最大。由于進本體取費鐵塔、鋼管塔價格相同，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。

影響編制年價差的主要因素為材料價差，即主要材料的預算價或市場價與進本體取費的價格之差。角鋼塔材料市場價為8 600元/t，材料價差為8600-6800=1800（元/t），鋼管塔市場價為10900元/t，材料價差為10 900-6 800=4 100（元/t）。結合上述各方案的塔重指標，角鋼塔材料價差最低，組合方案材料價差較低，鋼管塔材料價差最高。

在上述給定塔材價格的條件下，各方案的綜合本體投資（本體+年價差），角鋼塔方案最高，為867.39萬元/km，鋼管與角鋼組合方案造價最低，為850.91萬元/km；鋼管塔方案略低，為852.68萬元/km。

3　鋼管和角鋼單價差影響分析

影響3種方案經濟性高低的主要因素為塔重指標和鐵塔材料市場價格。角鋼塔塔重指標最大，但價格最低；鋼管塔塔重指標最小，但價格最高，鋼管角鋼組合方案居中。在外部荷載一樣的情況下，各方案的塔重指標相對穩定。而塔材價格不同時期存在較大波動，因此，鐵塔材料市場價格的波動將影響各方案的經濟性排序。

各方案綜合本體投資隨著鋼管塔與角鋼塔單價差的變動進行變動。通過調整鋼管和角鋼的市場單價差異，繪制出綜合本體投資隨鋼管角鋼單價差異變化的趨勢圖，如圖1所示。其中，橫坐標為鋼管與角鋼單價之差，縱坐標為綜合本體投資，陰影部分為不同價格差異下對應的經濟方案。

當鋼管和角鋼單價差異小于x1時，即（x＜x1），鋼管方案最經濟；當鋼管和角鋼單價差異大于x1，小于x3時，即（x1＜x＜x3），角鋼鋼管組合方案最經濟；當鋼管和角鋼單價差異大于x3時，即（x＞x3），角鋼方案最經濟。

圖1　綜合本體投資隨鋼管角鋼價格差異變化趨勢

依托皖電東送淮南—上海1 000 kV特高壓交流線路工程，按照造價編制原則，計算結果為：當鋼管和角鋼單價差異小于2 140元/t時，鋼管方案最經濟；當鋼管和角鋼單價差異大于2 140元/t，小于3 360元/t時，角鋼鋼管組合方案最經濟；當鋼管和角鋼單價差異大于3 360元/t時，角鋼方案最經濟。

4　結語

依托皖電東送淮南—上海1 000 kV特高壓交流線路工程，系統總結了角鋼、鋼管、角鋼鋼管組合3種桿塔選材方案技術特性，并對各方案的經濟適用條件進行分析。分析結果表明：當鋼管與角鋼單價差異小于2 140元/t時，鋼管方案最經濟；當鋼管與角鋼單價差異大于2 140元/t，小于3 360元/t時，角鋼鋼管組合方案最經濟；當鋼管與角鋼單價差異大于3 360元/t時，角鋼方案最經濟。

［1］婁欣.中國特高壓與超高壓輸電方式的技術經濟分析及方案設想［D］.北京：華北電力大學，2010.

［2］劉振亞.特高壓電網［M］.北京：中國經濟出版社，2008.

［3］劉振亞.特高壓知識問答［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［4］DL/T 5154—2012架空送電線路桿塔結構設計技術規定［S］.

［5］GBJ 50017—2003鋼結構設計規范［S］.

［6］國家能源局.電網工程建設預算編制與計算規定 （2013年版）［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［7］國家能源局.電力建設工程預算定額（2013年版）第五冊 調試工程［M］.北京：中國電力出版社，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

劉巍（1983），男，工程師 ，從事電網工程概預算，特高壓投標、概預算編制、經濟評價等工作；

王文明（1987），男，工程師，從事結構動力分析方法研究和輸電塔設計工作。