特大型座地雙平臂電力抱桿的研制及應用

葉建云，金鶴翔，周立宏，姚成凱

（1.浙江省送變電工程公司，浙江 杭州 310016；2.浙江省建設機械集團有限公司，浙江 杭州 310014）

為了填補浙江舟山群島新區500kV 網架空白，滿足舟山國際綠色石化基地建設需求，更快、更好地為舟山群島新區的現代海洋基地服務，兩基380m 輸電高塔就建在西堠門大跨越兩側的金塘島、冊子島。這兩座高塔跨越繁忙的國際航道，按照海事部門要求，導線弧垂的最低點要始終保持在海平面90m 以上，以保證各類大型船只的順利通航。針對500kV 兩基380m 輸電高塔的施工特點，特研制出1 260tm 特大型座地雙平臂抱桿。

1 抱桿的主要性能參數及總體結構

1.1 抱桿主要性能參數

1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿主要性能參數：最大起重量30t/30t；工作幅度5～42m；額定起重力矩1 260tm；最大獨立工作高度60m；兩側最大起重力矩差420tm；抱桿工作級別A3；工作溫度-20～50℃；設計風速（離地10m 高處，10min 平均風速），安裝狀態8m/s，工作狀態10.7m/s，非工作狀態10.8～35m/s。

1.2 抱桿的總體結構

1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿包括塔頂、起重臂拉桿、起重臂、載重小車、吊鉤、回轉塔身、上支座、下支座、過渡節、塔身、套架、底架基礎集成、腰環、特殊節井筒吊裝系統、起升機構、回轉機構、變幅機構、頂升機構等等。如圖1 所示，牽引機與操作臺位于地面，起重臂通過銷軸、開口銷與上支座的左右兩側固定連接在一起；2 個載重小車分別位于左右兩個起重臂上，吊鉤通過鋼絲繩與載重小車相連；回轉支承位于上、下支座之間，能夠承擔傾覆力矩等；起重臂拉桿兩端分別連接塔頂與起重臂。

圖1 1 260tm特大型座地雙平臂電力抱桿

2 抱桿主要創新技術及特點

2.1 整機性能

1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿在設計過程中，通過有限元分析方法，全程對抱桿各種工作工況與非工作工況進行了計算、分析及優化，及時發現危險工況并提供有效的建議，使得抱桿的各類系數指標位居國內先進水平。抱桿的最終使用高度超400m，若采用地面一次頂升的方式，提升操作困難及安全風險極大。所以抱桿在吊裝過程中，分3 個階段，第一階段為0～112.8m 的吊裝，選用2 臺400t 履帶起重機和100t 汽車起重機與抱桿配合進行吊裝；第二階段為112.8～281.5m，采用抱桿進行吊裝，兩側同時進行起吊；第三階段，將220m 以上的部分抱桿提升為懸浮，并將220m 以下的抱桿標準節全部拆除，換裝為井筒，并在220m 塔身隔面安裝形成固結的高空作業平臺，將抱桿坐落在高空平臺上。圖2 為平臂22.5°風向90°30t/30t 起吊工作工況整體位移圖。

圖2 平臂22.5°風向90°30t/30t起吊工作工況整體位移

2.2 海島抗臺風設計

舟山群島的金塘島和冊子島屬于臺風多發地區，長年經受海風與雨水的侵蝕，使得泥土也變得松軟，這是本次的難點之一。為了保證1 260tm特大型座地雙平臂電力抱桿在海島的正常使用，抱桿構件風載計算參照GB 50009-2019《建筑結構荷載規范》及DL/T 5154-2012《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》

式中：Wk為風載荷標準值（kN/m2）；βz為高度z處的風振系數；μs為風荷載體型系數，其中抱桿標準節、過渡段、回轉塔身、塔頂部件的體形系數參考了塔架的體型系數（公式1），上下支座部分參考了絕緣子的體型系數（公式2），平臂部分參考了格構式橫梁的體型系數（公式3）；μz為風壓高度變化系數；W0為基準風壓（kN/m2）；V為計算風速（m/s）；Ws構件垂直迎風面風荷（kN）；Af構件承受風壓投影面積計算值（m2）。

起吊繩和平臂拉桿風載計算參照DL/T 5154-2012《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》及GB 50009-2012《建筑結構荷載規范》

式中：Wx為垂直于鋼絲繩的水平風荷載標準值（kN）；a為風壓不均勻系數，取1.0；βc為風荷載調整系數，取1.0；μz為風壓高度變化系數；μsc為體型系數，取1.1；d為鋼絲繩外徑總和（m）；Lp為單道鋼絲繩長度；θ為風向與鋼絲繩的夾角。

通過以上計算，最終確定數據如表1 所示，達到了抗強臺風的設計標準。

表1 各狀態下允許最大風速

2.3 超大噸位頂升

隨著輸電鐵塔的升高，電力抱桿也需要節節攀升。電力抱桿要實現自動頂升，同時，總頂升能力不小于1 650t，頂升同步精度要達到毫米級。傳統的雙油缸系統不滿足要求。考慮到此工程的特點，最終確定選擇8 油缸頂升方案（圖3），每個油缸的頂升力可達250t，行程3 500mm，滿足頂升距離的要求；同時還包括2 臺同步頂升泵站；2 臺插銷泵站；1 個同步控制臺；4 個伺服控制閥箱；8 根水平油缸；1 個運動控制器以及相應的傳感器件和液壓配件。并采用伺服控制技術和運動控制器的系統，滿足抱桿連續同步頂升要求。

圖3 頂升設備布置圖

2.4 滑塊式腰環

電力抱桿的標準節與腰環之間不存在相應的連接桿件，腰環通過與抱桿的接觸來對抱桿的側向位移進行約束。本次腰環內側采用MGA 滑塊式摩擦片，而不是常規使用的滾輪結構（腰環受力很大，若使用滾輪結構，滾輪軸的直徑將會很大，不符合實際情況）。MGA 屬于工程塑料合金，由于其承載能力大、抗震性能好，既能承受較大的沖擊載荷，也能承受沖擊載荷(拉伸強度≥60MPa，沖擊強度≥140kJ/m2，壓縮強度≥125MPa)，在受到大的負荷時，具有很好的柔韌性和自恢復性；而且本身具有一定的自潤滑性，所以不用在干態不加油的狀態下都能很好的應用。

并通過有限元分析對其中一個非工作工況（抱桿標準節等效應力和腰環拉力較大的工況）進行分析，都滿足腰環梁最大等效應力不超過343MPa 的強度要求。

2.5 遠距離信號傳輸

本次抱桿的控制電纜總長超過1km，若電控設計沿用以往的多芯電纜控制，會極易造成電纜間感應電，引起抱桿動作失誤。經過了廣泛調研，最終提出在1 260tm 電控設計中采用CCLink（Control&Communication Link）通信控制方式。這是目前業界最高速等級的總線網絡，可以實現位數據和字數據的高速、大容量傳輸，可以實現各控制器件間的N 站通信，成功地解決了控制系統遠距離信號傳輸難題。

3 型式試驗及海島使用

3.1 型式試驗

2017 年11 月15 日，為了驗證電力抱桿的相關性能是否符合預期，特邀請中國電力科學研究院專家組人員，在浙江省建設機械集團有限公司蕭山生產基地進行型式試驗，相繼進行了額定載荷試驗、超載試驗及循環試驗，以及現場使用工況完全模擬測試。各項技術指標均符合技術標準和規范要求，整機結構可靠，能夠平穩運行。

3.2 海島使用

2017 年12 月底，2 臺1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿開始相繼發往舟山的金塘島與冊子島應用于舟山500kV 送變電工程。在實際的吊裝過程中，2 臺電力抱桿運行平穩，符合預期設計目標。

4 結語

2018 年9 月，舟山冊子島一側380m 輸電高塔立塔完成，同年10 月，舟山金塘島一側380m輸電高塔立塔完成。1 260tm 特大型座地雙平臂電力抱桿適用于超高型、特大型的輸電高塔的組立，且在施工過程中運行安全平穩，同時極大的提高施工效率，近300 個日日夜夜，2 臺1 260tm特大型座地雙平臂電力抱桿經受住了海島上狂風大雨的侵蝕及長時間超大噸位頂升的考驗。