500kV窄基鋼管塔真型試驗研究

李世鳴 張李黎 趙 鑫

（中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司 安徽合肥 230601）

500kV窄基鋼管塔真型試驗研究

李世鳴 張李黎 趙 鑫

（中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司 安徽合肥 230601）

對500kV雙回路鼓型窄基轉角塔進行真型試驗研究。試驗結果表明通過8個工況的100%設計荷載測試，其中平衡張力，90度風，30°角，最大垂荷超載工況荷載加至125%，窄基鋼管轉角塔各部桿件未見異常。桿塔整體強度、剛度能夠滿足規(guī)范和工程要求，能在工程中安全可靠運行。

500kV；窄基塔；根開；荷載；位移

隨著城市建設的高速發(fā)展，土地資源越來越稀缺，尤其對于輸電線路在市區(qū)通過遇到了越來越大的困難[1]。當前城區(qū)建設高壓輸電線路的主要方法有鋪設地下電纜和采用鋼管桿。電纜的費用一般約為架空線路造價的十倍，并且其檢修維護較為困難；鋼管桿的造價也比較高，同時單根桿件長度較長，重量重，不易加工、運輸與組裝。近年來，一種小根開鐵塔（窄基塔）開始應用于城區(qū)高壓輸電線路建設中。窄基鋼管塔是一種占地小、通道緊湊，塔高與根開之比通常大于6的塔型，是鋼管塔技術在城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)以及城郊地區(qū)線路工程的全新應用。與角鋼塔相比，窄基鋼管塔結構簡單、外形美觀，與城市環(huán)境更加協(xié)調。與鋼管桿相比，窄基鋼管塔更加通透、經(jīng)濟性好（節(jié)約塔材30%以上）。基于此，通過對窄基鋼管塔的真型試驗研究，分析位移、應變等對桿塔的影響，為其在城區(qū)輸電線路中的應用奠定了基礎。

1 工程概況

安慶電廠-雙嶺變500kV線路，路徑全長35.42km，按雙回路架設，導線采用4×JLHA3-425中強度鋁合金絞線，地線采用OPGW。根據(jù)安慶城鄉(xiāng)規(guī)劃局具體意見，線路J4-J9段沿元山溝、荔塘河與規(guī)劃路之間走線。經(jīng)過進一步收集元山溝、荔塘河的斷面設計圖，了解元山溝、荔塘河旁人行道至道路紅線僅8m，遠小于國網(wǎng)500kV典設桿塔基礎占地要求。考慮上述原因推薦該段線路桿塔采用窄基鋼管塔。

鋼管具有回轉半徑大，構件力學特性好，有利于減小塔身風荷載、控制位移、增加鐵塔的整體穩(wěn)定性等優(yōu)點。因此推薦窄基塔以鋼管作為主材，主材之間采用法蘭連接，推薦主材采用Q345鋼管。

對于110～330kV電壓等級窄基塔國網(wǎng)已經(jīng)有相關典設模塊可以參考。對于安徽首例500kV窄基鋼管塔將參照《110～330kV窄基鋼管塔通用設計技術要求》進行規(guī)劃設計。

2 試驗概況

2.1 500kV窄基塔規(guī)劃設計

SJZG2轉角塔為500kV雙回路鼓型窄基鋼管塔。在設計時，對SJZG2塔的塔頭形式，開口尺寸、塔身坡度、鐵塔根開、橫隔面設置、連接節(jié)點、變形控制等方面進行了全方位的設計優(yōu)化，并充分考慮了P-Δ效應的影響[2]。對不同導線安全系數(shù)進行實際排位，通過對比塔重及基礎量，最終確定窄基塔的導線安全系數(shù)取5[3]，根開為5m。

2.2 試驗桿塔及設備

選取SJZG2窄基轉角塔進行真型試驗。試驗塔由青島武曉鐵塔有限公司加工制造，于2015年1月27日～1月28日在中國電力科學研究院進行試驗，試驗當天溫度0～10℃；相對濕度40%；風力（風速）4m/s。

主要試驗設備如下：128通道加荷控制裝置（編號JSⅠ-0074）、液壓加荷執(zhí)行機構（編號JSⅠ-0078～0080）、疊加式力校準裝置（編號JSⅠ-0002）、靜態(tài)應變數(shù)據(jù)采集儀（編號JSⅠ-0011）及徠卡全站儀（編號JSⅠ-0005）。

2.3 試驗的檢驗依據(jù)

根據(jù)檢驗委托書對檢驗依據(jù)的規(guī)定，要求被試塔（樣品）在上述試驗方法下，能夠承受試驗方案規(guī)定的所有試驗項目的機械荷載，被試塔所有部件在所有試驗項目100%荷載試驗完成后，不能發(fā)生明顯的彎曲和扭轉變形[4]。

2.4 試驗方法

本試驗是真型驗證試驗，在試驗基礎上對被試塔進行組裝，加荷點通過連有測力傳感器的鋼絲繩與加荷用液壓缸相連，加荷系統(tǒng)為液壓閉環(huán)自動加荷系統(tǒng)。位移測量采用全站儀，應變測量采用數(shù)據(jù)采集儀。SJZG2窄基鋼管轉角塔應變測點及位移測點布置圖如圖1～2所示。

圖1 SJZG2窄基鋼管轉角塔位移測點布置圖

圖2 SJZG2窄基鋼管轉角塔應變測點布置圖

2.5 試驗準備

被試塔于2015年1月9日運抵中國電力科學研究院桿塔結構檢測部。2015年1月22日開始在試驗基礎上進行分段起吊組裝，1月23日完成試驗塔的組立。2015年1月26日進行加荷點鋼絲繩與傳感器的連接與提升，經(jīng)加荷系統(tǒng)調試，完成試驗前的全部準備工作。

2.6 試驗工況

根據(jù)試驗方案的要求，本塔應進行以下8個工況的試驗：

工況一：長期荷載，平衡張力，90度風，30°角，最小垂荷；

工況二：不平衡張力，60度風，30°角，最大垂荷；

工況三：平衡張力，90度風，30°角，最大垂荷（超載125%）；

工況四：不均勻覆冰，前導1、2、3、4、5、6、前地1、2，0度風，抗彎，10°角，最小垂荷；

工況五：90度風，前檔未掛，正錨后導3，10°角，最大垂荷；

工況六：90度風，前檔未掛，正緊后導2，10°角，最大垂荷；工況七：無風，不平衡張力，斷導1、地2，30°角，最大垂荷；工況八：無風，不平衡張力，斷導4、5，30°角，最大垂荷。

2.7 試驗情況如下所述

2.7.1 位移情況

圖3 SJZG2窄基鋼管轉角塔試驗中

工況七：當荷載加至100%時，（第8觀測點）縱向位移為251mm，（第13觀測點）縱向位移為183mm。工況八：當荷載加至100%時，（第9觀測點）縱向位移為1009mm，（第10觀測點）縱向位移為966mm。工況五：當荷載加至100%時，（第15觀測點）橫向位移為-80mm，縱向位移為404mm，垂直位移為-44mm。工況六：當荷載加至100%時，（第14觀測點）橫向位移為48mm，縱向位移為-329mm，垂直位移為-41mm。工況二：當荷載加至100%時，（第1觀測點）橫向位移為700mm，縱向位移為91mm。工況四：當荷載加至100%時，（第8觀測點）縱向位移為449mm。工況一：當荷載加至100%時，（第1觀測點）橫向位移為277mm。工況三：（第1觀測點）橫向位移為789mm；當荷載加至125%時，（第1觀測點）橫向位移為1062mm，試驗停止。

通過建模分析優(yōu)化出較科學合理的撓度控制限值：按長期荷載效應組合（無冰、風速5m/s及年平均氣溫）校驗窄基鋼管塔撓度，直線塔不宜大于3h/1000，耐張塔不宜大于12h/1000（h為桿塔最長腿基礎頂面起至計算點的高度）。各觀測點在不同工況下的位移數(shù)值與模型計算出的理論位移相差無幾，試驗桿塔的擾度滿足規(guī)范規(guī)程及設計要求。

2.7.2 應變情況

通過試驗得出各工況下對應觀測點的應變數(shù)值，利用應力計算公式σ=E×ε（N/mm2）（ε為實測應變值，單位με；E為鋼材彈性模量）核實桿塔各關鍵節(jié)點的桿材應力值，桿塔在試驗過程中未發(fā)生突發(fā)應變情況，各關鍵桿材均與模型中的應力值大相徑庭。

3 結論

SJZG2窄基鋼管轉角塔通過了8個工況的100%設計荷載測試，其中平衡張力，90度風，30度角，最大垂荷超載工況荷載加至125%，窄基鋼管轉角塔各部桿件沒有發(fā)生明顯的彎曲和扭轉變形。桿塔能夠在工程中安全可靠運行。

[1]李赫.論窄基塔在城區(qū)中的運用.科技資訊，2009（2）：234～235.

[2]楊敬，趙峰，易黎明.窄基塔高度根開比優(yōu)化的研究.工程建設與設計，2012（11）：140～142.

[3]羅玉鶴，曾碧英，白文博.窄基鋼管塔設計導線安全系數(shù)取值分析.電力勘測設計，2015（z2）.

[4]任志剛，趙貞欣，王延杰.輸電線路窄基塔應用分析.河北電力技術，2015，34（5）：60～62.

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1004-7344（2016）29-0083-02

2016-10-1