新型預應力電桿在油田架空配電線路的適應性分析

尹伍 劉超

大慶油田有限責任公司第二采油廠

電力驅動的機械采油是大慶油田進入高含水開采后期原油開采的主要方式，6～10 kV 架空配電線路則是為采油輸送電能的唯一通道，而環形混凝土電桿[1]（以下簡稱電桿）是這個通道中的重要部件，其質量和完好程度直接關系到油田電網供電可靠性和人身安全。最近幾年，大慶油田多個采油廠出現了線路倒桿、倒架空柱上變的重大供電事故。究其原因，除外力破壞外，與新型預應力電桿的生產、使用有很大關系。

1 新型預應力電桿的主要特點

電桿分為預應力電桿和普通電桿，而這兩種電桿又有多個不同的強度級別。預應力電桿在生產時，使用外力將某一型號縱筋拉升一定程度，使用離心方法[2]形成環形混凝土電桿，固化后才撤掉外部拉力，形成對應強度級別的預應力電桿，因而這種電桿具有“寧折不彎”的特性。普通電桿采用傳統的設計方法制造，不施加預應力，設計比較保守，加工多采用熱軋鋼筋生產，因為鋼筋強度低，所以用鋼量很大。和普通電桿“寧彎不折”的特性相比，同樣數值開裂檢驗彎矩的電桿，預應力電桿可以使用較細的縱筋和橫筋，預應力電桿（表1）較普通電桿（表2）可節約大量鋼材。

表1 預應力電桿桿型及配筋要求Tab.1 Pre-stressed pole type and reinforcement requirements

表2 普通電桿桿型及配筋要求Tab.2 General pole type and reinforcement requirements

通過對預應力電桿和普通電桿的材質、生產過程和使用分析，得出其主要特點：普通電桿生產工藝簡單，材料消耗較多，生產成本高，但經久耐用，一般可使用50～100 年，而且運行維護費用低；而預應力電桿生產工藝稍微復雜，但減少了材料消耗，降低了成本，但不耐沖擊，耐久性差。

2 預應力電桿損壞原因分析

近幾年油田6～10 kV電網電桿出現不同程度的損壞。損壞情況分為兩種：電桿損壞初期，地面以上出現不同高度的酥裂紋，隨著損壞程度加深，出現漏孔、掉塊等重大缺陷（圖1）；電桿損壞初期是較短、較小的縱向裂紋，隨著時間延長，縱向裂紋加長，裂口變寬（圖2）。

圖1 電桿根部裂紋損壞照片Fig.1 Photos of cracks on the roots of electric poles

圖2 電桿縱向裂紋損壞照片Fig.2 Photos of longitudinal cracks on electric poles

隨著預應力電桿使用時間延長，電桿損壞情況會越來越嚴重，數量也會越來越多。電桿損壞的后果輕則影響供電可靠性，造成原油減產，重則危及維檢修人員的人身安全。

預應力電桿損壞的直接原因可以從其使用環境分析，混凝土電桿5 cm 厚的混凝土中存在毛細孔[3]，空氣、水汽均會通過毛細孔對鋼筋產生銹蝕作用，導致使用了較細鋼筋的預應力電桿的耐久性和抗腐蝕能力不如普通電桿。在諸如超應力標準使用的特殊情況下，預應力電桿彎矩超過開裂彎矩而使鋼筋受過載拉力，其撓度超過了開裂彎矩時的撓度（表3），鋼筋復原差于普通電桿，導致其地面以上根部混凝土裂縫不能快速復原，水汽通過裂縫使鋼筋生銹、腐蝕速度加快，在混凝土標號不達標時電桿損壞速度更快，這是油田6～10 kV線路電桿損壞的主要原因。桿頭封堵不嚴也會造成部分特殊地段的電桿在冬季因桿體內過高水位的積水凍脹而出現根部酥裂。

電桿受到異常或超標彎矩的原因主要有運輸顛簸，施工時帶拉線的電桿不安裝底盤，拉線不打馬道，人工正桿或機械正桿，基礎凍脹上拔，拉線被盜，車輛刮碰導線或拉線，以及撤線時導線被剪斷等。

表3 兩種環形混凝土電桿錐形桿撓度值

預應力電桿損壞的間接原因需要從油田對電桿標準的學習、宣貫、使用等方面分析。油田現在仍在使用上世紀80 年代的通電-7010 圖紙，通電-16189為上世紀90年代油田內部通用的架空配電線路及柱上變電站通用圖紙，當時油田內部的電桿型號、強度級別比較單一，只有普通電桿，也能滿足生產需求。由于油田預制廠對預應力電桿標準認知較早，根據現場部分桿型需求生產I 級預應力電桿，但對于預應力電桿的現場應用受力情況知之甚少；電力施工單位、電網運行單位對預應力電桿標準認知較晚，忽略了這類電桿過載能力差、耐久性差的特點，也無法確定電桿是否超應力使用，只能允許I級預應力電桿在現場使用，其結果是油田架空配電線路預應力電桿不同程度的損壞。

3 措施

要減少預應力電桿損壞對油田配電網的影響和安全隱患，技術上可以從兩個方面著手：對受損不太嚴重的電桿，采取以?500 mm 鋼模澆筑鋼筋混凝土修復方法延長其使用壽命；對損壞嚴重的電桿，需要拆除重建。油田需要加強電桿標準的學習、宣貫和使用管理。設計方需要核定不同桿型受力情況，設計使用相應類型和強度等級的電桿：對于沒有拉線的直線桿[4]，在正常運行時只承擔自身以及導線、金具產生的垂直于地面的重力，以及風吹帶來的較小水平方向的剪應力，電桿彎曲變形較小，損壞的較少，因而直線桿型選用寧折不彎的I級預應力電桿比較經濟，在一個資產折舊期[5]內可以滿足強度需求；而對于有拉線的T 接桿[6]、轉角桿、終端桿[7]，除了承擔自身以及導線、金具產生的垂直于地面的重力以外，還要承擔導線水平方向的拉力、以及導線、拉線產生的向下的合力，故選用普通電桿或強度級別較高的預應力電桿[8]較為合適；對于柱上變電站這種桿型，無論終端式[9]還是通過式[11]，除了承擔原桿型的各種受力之外，雙桿還要承擔1～1.5 t的設備和支持金具等產生的重力及操作臺的側向應力，損壞較多，因而對于這種桿型，選用寧彎不折的M級普通電桿[12]更為合適。

4 結束語

預應力電桿由于使用了較細的鋼筋，因而大幅度降低了鋼材用量，從而降低了電桿生產和采購成本，在油田配電線路工程建設上具有較高的經濟性。但從使用情況上分析，不同的桿型，其受到的應力是不一樣的。除設計部門外，在油田物資內供體系中從生產、采購、施工、驗收等多個環節加強檢驗、監督，在保證預應力電桿質量的前提下，確保不同桿型使用相應類型和強度等級的電桿。