1 000 kV特高壓鋼管塔制造質量安全性能檢驗

胡新芳，劉　爽，高明德，盛瑞明，馮　璨

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南　250003；2.山東電力工業鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司，濟南　250003；3.國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東　菏澤　274000）

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1 000 kV特高壓鋼管塔制造質量安全性能檢驗

胡新芳1，2，劉爽1，2，高明德2，盛瑞明3，馮璨3

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.山東電力工業鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司，濟南250003；3.國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東菏澤274000）

摘要：通過開展錫盟—山東和榆橫—濰坊1 000 kV特高壓工程的安全性能檢驗，重點探討特高壓工程鋼管塔安全性能檢驗的檢驗方法、檢驗項目和存在的問題。

關鍵詞：1 000 kV特高壓；鋼管塔；安全性能檢驗

0　引言

特高壓是指由1 000 kV級交流和±800 kV直流系統構成的特高壓電網，它代表了當今世界輸電技術的最高水平和發展方向［1］。我國大規模西電東送、北電南送的電力流格局將長期保持不變，根據發展需要適時規劃建設1 000 kV交流主網架［2］。隨著超高壓、特高壓、大跨越等工程的建設，鐵塔承受的荷載不斷提高，對鋼材的材質、規格和制造質量等提出了更高的要求［3］。作為高負荷電能輸送載體的重要組成部分，一旦制造質量不良，將會使材料失效，造成輸電鐵塔變形、倒塌，導致供電系統大面積癱瘓，造成重大的經濟損失，同時可能引發火災等次生災害，對人民群眾的生命財產造成重大威脅［4］。因此，對其生產過程嚴格把關，開展制造質量安全性能檢驗，確保輸電線路的安全穩定運行，具有重要的經濟效益和社會意義。

1　檢驗方法

輸電線路鋼管塔是指主材用圓形鋼管構件，斜材（或輔助材）用鋼管或圓鋼、型鋼等構件組成的空間格構式結構。

從特高壓鋼管塔的結構和組成來看，原材料主要包括角鋼、型鋼、直縫焊管、鋼板和法蘭。鋼管塔的加工制造工藝一般包括下料、制孔、彎曲、焊接、矯正、鍍鋅等。影響鋼管塔制造質量的主要環節為原材料、焊接質量和鍍鋅質量，特高壓鋼管塔的安全性能檢驗的檢測方式分為現場檢驗和實驗室檢驗。

現場檢驗主要為資料審查、宏觀檢驗、磁粉檢測、超聲波檢測、鋼鐵件幾何尺寸和厚度測量、鍍鋅件外觀質量和鍍層厚度測量等，除資料審查外，其他檢驗項目均應在供應商檢驗合格后進行。

實驗室檢驗分為現場試驗見證和取樣試驗，主要對角鋼、鋼板、法蘭和直縫焊管進行機械性能試驗和化學成分分析。

1.1資料審查

原材料是鐵塔制造的基礎，原材料質量直接影響鐵塔成品的質量，因此在制造前應對原材料的質量證明書及復驗報告進行嚴格審查，對復驗過程進行見證，要求制造廠嚴格按照合同和標準進行原材料檢驗，避免不合格的原材料投入制造環節。每一批原材料都應有產品質量證明書，質量證明書的內容應符合相關材料標準，并且應按批對原材料進行入廠復驗，復驗項目包括：外觀、尺寸、化學成分、拉伸試驗、沖擊試驗、彎曲試驗［5］。

角鋼和鋼板主要審查原材料質量證明書、入廠交接記錄、外觀質量報告、幾何尺寸復檢報告、機械性能試驗報告和化學成分分析報告。

除上述項目外，直縫焊管資料審查中，還應審查直縫焊管端部超聲波檢測報告；高頸法蘭的資料審查中，還應審查第三方檢驗報告和供應商表面檢測報告。

審查檢驗項目是否齊全、檢驗結果是否符合GB/T 700—2006、GB/T 709—2006、GB/T 1591—2008、GB/T 706—2008、GB/T 8162—2008、Q/GDW 706—2012、《特高壓輸電線路工程鋼管塔用直縫焊管采購技術條件》、《特高壓輸電線路工程鋼管塔用帶頸法蘭采購技術條件》、《特高壓輸電線路工程鋼管塔技術規范（通用部分）》和相關標準的要求，審查各項檢測結果與制造廠質量證明書是否存在較大偏差，必要時應進行現場見證。

資料審查中存在問題：1）NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》和GB/T 11345—2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術、檢測等級和評定》發布實施后，個別供應商依舊使用JB / T 4730—2005和GB / T 11345—1989，標準更新不及時；2）超聲波檢測靈敏度曲線制作沿用老標準，現場檢測靈敏度補償偏差過大；3）探頭選用時探頭規格與實際管徑、壁厚不匹配，造成掃超區域不能夠完全覆蓋全部焊縫，易造成漏檢；4）晶粒度評定不規范，如相同標尺下，晶粒度存在明顯差異，晶粒度評定為同一級別；5）對同一爐批次高頸法蘭，制造廠、第三方檢驗機構和供應商的沖擊試驗結果偏差過大；6）供應商在缺陷處置中，部分供應商檢驗記錄中僅有缺陷、復檢標記，無缺陷位置、深度、長度、缺陷類型等詳細描述，無處理措施、過程控制和復檢報告。

1.2現場見證

通過現場見證供應商實驗室技術人員的樣品制備、樣品驗收、試驗操作、試驗結果和數據處理等，見證試驗項目主要包括化學成分、拉伸試驗、沖擊試驗、冷彎和壓扁試驗，以確保試驗方法、試驗結果和數據處理的準確性。

現場見證中存在的問題：1）供應商技術人員在對小尺寸試樣進行沖擊試驗時，未按照標準GB/T 229—2007的要求，在支座上放置適當厚度墊片，以使試樣打擊中心的高度為5 mm，試驗結果略高于正常值；2）采用小尺寸沖擊試樣時，個別供應商技術報告中保留原試驗數值，將標準要求值按比例減小，試驗數據處理方式錯誤；3）試樣表面粗糙度低于標準GB/T 229—2007的要求。

1.3外觀檢驗

采用目視或放大鏡，對原材料、各個工藝環節的機加工、焊接質量和鍍鋅質量進行外觀檢驗。

1.3.1直縫焊管外觀質量

輸電鐵塔用直縫焊管一般采用高頻焊工藝或埋弧焊工藝生產［6］。高頻直縫焊管是通過高頻焊接機將一定規格的長條形鋼帶卷成管狀并將對接邊緣以不帶填充金屬焊接而成，無焊接飛濺，焊接熱影響區窄。埋弧直縫焊管主要是通過鋼帶或鋼板采用UO-E或J-C-O-E成型工藝，通過埋弧焊工藝焊接而成，其特點是焊縫質量高，應力分布均勻，規格范圍大。

直縫焊管的外觀質量檢驗應分為原材料和組焊后。

直縫焊管原材料的外觀檢驗主要依據《特高壓輸電線路工程鋼管塔用直縫焊管采購技術條件》的相關規定。原材料階段的宏觀檢驗主要是檢查直縫焊管表面是否存在裂縫、結疤、折疊、分層、重皮、氣泡、劃傷、夾渣等缺陷，焊縫是否存在咬邊、裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，避免“帶病”的焊管投入到下一工序。檢驗中焊管表面常見缺陷主要有夾渣、裂紋等，如圖1、圖2所示。

圖1　直縫焊管表面夾渣

圖2　直縫焊管表面裂紋

組焊后直縫焊管除應滿足原材料外觀質量檢驗要求外，還應滿足《特高壓輸電線路工程鋼管塔技術規范（通用部分）》的相關要求。主要檢查轉運過程中造成的碰傷以及焊接過程中造成的電弧擦傷（圖3），電弧擦傷的主要原因有接地線放置不當、焊管表面引弧和焊工操作不規范。碰傷和電弧擦傷修磨、圓滑過渡后厚度負偏差應不大于0.3 mm。電弧擦傷修磨后，還應進行表面檢測，以確保電弧擦傷部位無裂紋。

圖3　電弧擦傷

1.3.2焊縫外觀質量

焊縫質量等級的確定應按圖紙、設計文件的要求。若圖紙、設計文件沒有明確要求時，焊縫質量等級要求如下：鋼管與法蘭環向對接焊縫、掛線板對接（或組合）焊縫應滿足一級焊縫質量要求；橫擔與主管連接焊縫應滿足二級焊縫質量要求；鋼管之間的相貫線角焊縫、鋼管與帶頸平焊法蘭連接的搭接角焊縫、鋼管與平板法蘭連接的環向角焊縫、鋼管與聯板（插板）連接的焊縫應滿足二級焊縫外觀質量要求；其他焊縫應達到三級焊縫的質量要求。

焊縫外觀質量應外形均勻、成形美觀，焊道與焊道、焊縫與母材金屬間過渡較圓滑，焊渣和飛濺物應清除干凈。不同級別焊縫外觀質量要求、缺陷符合性判定，按《特高壓輸電線路工程鋼管塔技術規范（通用部分）》的要求執行。

焊縫外觀質量檢驗一般采用焊縫檢驗尺、放大鏡等器具用目視檢驗的方法進行。主要檢查焊接區域是否存在飛濺、熔渣、收弧裂紋、氣孔、群孔、夾渣、焊瘤、漏焊、封孔不良、焊縫成型不良等缺陷，如圖4～7所示。

缺陷處理時，應將缺陷徹底打磨干凈，圓滑過渡。消除裂紋、未熔合、群孔等缺陷時，還應結合表面檢測方法。缺陷較為嚴重時，應將該條焊縫割除，重新焊接。補焊的焊縫應與原焊縫間保持圓滑過渡。

圖4　焊縫裂紋

圖5　焊縫群孔

圖6　焊縫成型不良

圖7　漏焊

當焊縫存在缺陷時，還應注意缺陷部位是否返修補焊過，存在補焊時，應向技術人員詢問補焊次數，補焊次數已達2次的焊縫，缺陷打磨深度超過相關標準或技術文件規定的負偏差時，應予以報廢處理。

1.3.3角鋼、型鋼和鋼板外觀質量

角鋼和型鋼按GB/T 706—2008和GB/T 2694—2010的要求進行，角鋼外觀質量檢驗應分為原材料和機加工后，原材料外觀質量檢驗主要檢查是否存在裂紋、夾渣、折疊、結疤、分層等缺陷。鋼管塔制造中，角鋼主要是下料和制孔，一般采用沖、鉆、鋸等機械加工工藝，主要檢查是否存在缺棱、翻邊、斷面分層、毛刺等缺陷。

鋼板的外觀質量檢驗應分為原材料、機加工后和制彎后。鋼板原材料按GB709—2006的要求進行，鋼材表面不得有裂紋、折疊、結疤、夾雜和重皮等缺陷，當表面有銹蝕、麻點、劃痕時，表面修磨后的實際厚度應滿足相關標準中鋼板厚度負偏差的規定要求。機加工后外觀質量的要求與角鋼一致。鋼板制彎后，U形、C形板彎曲邊緣應圓滑過渡，彎曲外弧面不應有裂紋、明顯折皺、凹面和損傷，劃痕深度不應大于0.5 mm。

1.3.4法蘭外觀質量

輸電線路鋼管塔用帶頸法蘭，有帶頸對焊法蘭和帶頸平焊法蘭兩種基本形式，根據法蘭在鋼管塔中的位置、受力狀況，也有內壁變徑的帶頸對焊法蘭［7］。其外觀質量檢驗按《特高壓輸電線路工程鋼管塔用帶頸法蘭采購技術條件》的要求進行。法蘭表面應無肉眼可見的裂紋、夾層、折疊、夾渣等有害缺陷，同時不得有毛刺、劃痕和其他降低法蘭強度及連接可靠性的缺陷，圓角過渡處應光滑，螺栓孔表面應無鐵屑殘留和明顯毛刺。

1.3.5鍍鋅層外觀質量

鋼管塔用角鋼、鋼板、直縫焊管等鍍鋅層外觀質量用目視方式檢查，應滿足DL/T 646—2012的要求，鍍層表面應光滑、連續完整，不應有過酸洗、起皮、漏鍍、鋅灰、鋅渣、鋅瘤、漏鍍、積鋅、鋅刺、淌黃水、鍍層脫落等缺陷（圖8、圖9）。還應符合下列規定：表面應平滑，無滴瘤和可造成傷害的鋅刺；無起皮，無漏鍍，無殘留的溶劑渣，在影響鍍鋅構件耐腐蝕性能的部位不應有鋅瘤和鋅灰；安裝貼合面、安裝螺栓孔內應無影響安裝的積鋅。

圖8　淌黃水

圖9　漏鍍

角鋼鍍鋅厚度測量時，每面隨機抽測3點，4個面共抽測12點取平均值；鋼板鍍鋅厚度測量時，每面隨機抽測3點，2個面共抽測6點取平均值。

直縫焊管在兩端（離邊緣距離不小于100 mm）和中間任意位置各環向均勻測量4點，取12點的算術平均值。鍍層厚度判定按DL/T 646—2012的規定執行。鍍層厚度檢驗時，直縫焊管的環形板和法蘭端面的鋅層厚度相對較低，應重點抽查。

緊固件鍍鋅質量按DL/T 284—2012的規定執行。螺栓端部測量1點，螺栓頭部測量1點，螺栓頭部六棱面隨機抽測4點，共6點取平均值；螺母的每個六棱面抽測1點共6點，測試結果按各測點所測得的數據以算術平均值計算。

鍍層厚度有爭議時，按GB/T 2694—2010規定的方法作為仲裁試驗法。

1.4幾何尺寸

使用的鋼材必須滿足國家電網公司對原材料負偏差的要求，且每種規格每一批次中材料規格尺寸負偏差按GB/T709—2006標準中B類偏差要求進行控制。

直縫焊管的幾何尺寸及允許偏差按《特高壓輸電線路工程鋼管塔用直縫焊管采購技術條件》的要求執行。直縫焊管厚度允許偏差為-0.3～+1.0 mm。壁厚在管體上（非焊縫處）測量，檢測兩個截面的厚度，每個截面隨機、均勻測量3點，取平均值作為管體壁厚。要求任一測點厚度均應滿足要求。

法蘭、緊固件的幾何尺寸及允許偏差分別按《特高壓輸電線路工程鋼管塔用帶頸法蘭采購技術條件》和《特高壓輸電線路工程鋼管塔用8.8級螺栓及配套螺母采購技術條件》的要求執行。

角鋼、型鋼的幾何尺寸及允許偏差按GB/T 706-2008的要求執行。

1.5化學成分

鋼管塔所用材料碳、硅、錳、硫、磷等的含量，應符合GB/T 700—2006、GB/T 1591—2008、Q/GDW 706—2012及技術協議要求。國網公司技術文件《特高壓輸電線路榆橫工程鋼管塔技術規范（通用部分）》中規定，鋼管塔用鋼板、角鋼（含大規格角鋼）、無縫鋼管等，Q345級及以上材質鋼板Mn質量分數應不低于1.0%，并為熱軋狀態供貨。鋼管塔供應商應按爐批號、品種、規格取樣化驗；安全性能檢驗工作中應爐批號、品種、規格抽樣化驗。

1.6超聲波檢測

由于一級焊縫缺陷嚴重影響了鋼管塔安全性，一旦裂紋擴展，將直接造成鋼管塔變形、倒塔等嚴重事故。在鋼管塔安全性能檢驗中，超聲波檢測主要用于檢測一級焊縫內部缺陷。對鋼管厚度大于8 mm的對接焊縫按GB/T 11345—2013和GB/T 29712—2012的規定進行檢驗；對鋼管厚度小于或等于8 mm的對接焊縫按Q/GDW 707—2012的要求進行檢驗，且不得出現該標準中不允許的缺陷。按國網公司相關技術條件的要求，一級焊縫的檢驗比例分別為供應商100%、第三方監督檢驗≥20%、監造公司5%，但安全性能檢驗中仍能發現少量的超標缺陷，錫盟—山東工程中發現了3例超標缺陷，榆橫—濰坊工程也發現了3例超標缺陷。對于外觀檢驗中一級焊縫返修率較高焊縫，在鋼管塔安全性能檢驗中應重點檢驗，抽檢比例也應適量增加；對于返修過的焊縫，缺陷處理時，應了解焊縫已返修次數。

1.7磁粉檢測

《特高壓輸電線路工程鋼管塔技術規范（通用部分）》中規定，當出現下列情形之一時，應對焊縫進行表面檢測：焊縫外觀檢查發現裂紋時，應對該批同類焊縫進行100%的表面無損檢測；焊縫外觀檢查懷疑有裂紋時，應對懷疑的部位進行表面無損檢測；鋼管塔設計圖紙規定進行表面無損檢測時；法蘭與鋼管插接式連接的角焊縫，應進行100%的表面無損檢測。

從技術資料審查的結果來看，對于二級和三級焊縫，各供應商沒有嚴格執行《特高壓輸電線路工程鋼管塔技術規范（通用部分）》的要求，僅開展了外觀檢驗，沒有焊縫磁粉檢測或滲透檢測的記錄或報告。

在錫盟—山東和榆橫—濰坊特高壓工程安全性能檢驗中，均發現了大量的氣孔、群孔、夾渣、未熔合和裂紋等超標缺陷（圖10、圖11），錫盟—山東特高壓工程中，二級、三級焊縫缺陷多達200余項，其中焊縫收弧裂紋占比較大，嚴重情況下，塔腳加強筋角焊縫收弧裂紋發生率高達60%以上，嚴重影響了鋼管塔的安全可靠性。

圖10　焊縫裂紋和夾渣

圖11　焊縫收弧裂紋

焊縫收弧裂紋產生的原因主要有以下幾個方面：1）焊接工藝體系文件不完善。焊接工藝體系文件中無焊接收弧工藝措施，收弧質量沒有引起足夠的重視；2）管理不到位。焊接工藝體系文件中，Q345B焊接工藝評定的焊接電流一般在210～280 A，但實際施焊電流高達320 A，實際焊接參數遠遠高于工藝評定的上限；3）焊接工藝執行不到位。收弧時，未按焊接作業指導書中收弧措施操作，采用焊接電流直接收弧，或收弧過快，收弧處焊縫厚度嚴重不足，導致收弧處存在弧坑和裂紋；4）標準執行不到位。技術人員未完全按照《特高壓輸電線路工程鋼管塔技術規范（通用部分）》的要求，對角焊縫進行外觀質量檢驗，對懷疑裂紋和裂紋沒有開展表面檢測。

2　結語

鋼管塔制造質量直接影響了特高壓工程的安全，在制造和檢測中，應嚴格執行相關標準和技術文件；存在嚴重、群發性缺陷時，應制定專項質量管控措施，避免設備“帶病”入網，確保特高壓工程的安全可靠性。

參考文獻

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Safety Performance Test of Steel Tubular Tower for 1 000 kV UHV

HU Xinfang1，2，LIU Shuang1，2，GAO Mingde2，SHENG Ruiming3，FENG Can3
（1. State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2. Shandong Electric Power Industry Boiler＆Pressure Vessel Inspection Center Co.，Ltd.，Jinan 250003，China；3. State Grid Heze Power Supply Company，Heze 274000，China）

Abstract:Through conducting the safety performance test of Ximeng-Shandong and Yuheng-Weifang 1 000 kV UHV project，the testing method，testing items and existing problems in the safety performance test of UHV steel tubular tower are discussed.

Key words:1 000 kV UHV；steel tubular tower；safety performance test

中圖分類號：TM754

文獻標志碼：A

文章編號：1007－9904（2016）05－0028－05

收稿日期：2016－03－25

作者簡介：

胡新芳（1971），男，高級工程師，從事電網金屬技術監督和重要設備事故分析工作。