特高壓輸電線路工程鋼管塔加工關鍵技術分析

吳開強

【摘? 要】隨著輸電線路輸送容量及電壓等級不斷提高，國家電網輸電線路用桿塔荷載和塔重不斷增加。我國能源開發的北擴西移，能源和負荷中心的距離進一步拉大，急需發展大容量、高效率、遠距離的輸電技術。本文淺析特高壓輸電線路工程鋼管塔加工關鍵技術。

【關鍵詞】鋼管塔;效率;設計方案;桿件加工

1、特高壓鋼管塔原材料加工的關鍵技術

1.1直縫焊管加工技術

1.1.1原材料要求

由于直縫焊管在管塔加工中經受焊接、熱切割、熱矯直等加工，為保證材料的性能，因此直縫焊管用鋼應一般采用熱軋狀態交貨的鋼板/鋼帶。由于鋼管厚度偏差要求為0.3mmm-+1.0mm，因此按照GB/T3274《碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶》采購鋼板/鋼帶時，應注意厚度偏差選擇：單軋鋼板應選用B類偏差供貨;鋼帶按普通精度供貨時，僅適用于厚度6mm以下;按較高精度供貨時，適用于厚度10mm以下。此外，直縫焊管用鋼板/鋼帶表面不允許進行焊接修補。

1.1.2制造工藝

皖電東送工程用直縫焊管要求直徑426mm及以上鋼管采用電弧焊工藝生產，直徑508mm以下規格采用高頻焊工藝生產。制造直縫焊管時，應對鋼板或鋼帶板邊25mm范圍內進行100%超聲波檢測，不允許存在分層缺陷;下料時，若采用冷剪切方法，不僅規定了各種材質允許的最低剪切溫度，而且當厚度超過10mm時，還要求對剪切邊進行銑邊或刨邊處理。

1.1.3直縫焊管尺寸、外形技術要求

輸電鐵塔用直縫焊管在外徑偏差、厚度偏差、長度及允許偏差、彎曲度、下料端面偏斜度等方面的要求明顯嚴于輸油、輸氣等管線用焊管的要求。

1.1.4高強度直縫焊管

高強度直縫焊管指屈服強度在420MPa及以上等級的焊管，輸電鐵塔主要采用Q420B、Q460C級材質。目前，不同批次鋼管的性能波動較大，主要表現為：（1）不同批次產品管體強度值波動較大，沖擊功較分散。（2）焊縫沖擊功較鋼管管體有較大幅度的下降。為此，在高強度直縫焊管的加工中，必須對鋼管用原材料的質量、鋼板下料、焊接工藝、去應力工藝及焊縫的無損檢測進行嚴格控制。

1.2帶頸法蘭加工技術

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，皖電東送1000kV同塔雙回鋼管塔采用帶頸對焊法蘭。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。

1.2.1帶頸法蘭尺寸、外形公差技術要求

依據帶頸法蘭的形式和焊接要求，對對焊法蘭焊端外徑、平焊法蘭內徑的公差，所有法蘭下端面平面度等參數要求較高。其他尺寸與公差主要是為了滿足法蘭連接的強度、剛性（剛性法蘭或柔性法蘭）要求，以及螺栓連接要求和構件組裝精度要求。

1.2.2帶頸法蘭加工技術

帶頸法蘭生產的關鍵環節在于控制鋼坯的成分與性能、鍛坯的鍛造工藝、熱處理工藝等。但從已有工程帶頸法蘭生產供貨經驗，機加工是制約法蘭供貨進度和后期鐵塔加工的關鍵環節。法蘭檢驗方面，針對皖電東送工程鋼管塔用法蘭，其檢驗項目包括鋼坯檢驗、鍛件檢驗、產品檢驗。輸電線路鋼管塔用鍛造法蘭因需要進行熱浸鍍鋅防腐處理，因此其供貨狀態為機加工狀態供貨，且表面不涂防銹油。

1.3高強螺栓的加工技術

目前，輸電線路鐵塔已廣泛采用8.8級高強螺栓，在鋼管塔中采用高強螺栓還可減小法蘭尺寸，減小螺栓的數量和規格，隨著鋼材強度的提高，10.9級螺栓也有望在鋼管塔中得到應用。鐵塔用高強螺栓有以下特點：（1）材質：M27及以下螺栓采用40Cr，M30-M64螺栓采用42CrMo。螺母一般采用40Cr。（2）螺栓螺紋采用輾壓工藝成型，配套螺母螺紋采用擴孔的方法容納外螺紋鍍層，內螺紋鍍后攻絲的工藝進行加工。（3）螺栓與螺母均要求進行調質處理。（4）螺栓與螺母均為熱浸鍍鋅后供貨，鍍鋅過程中要求采用拋丸（噴砂）方法去除表面銹污，采用堿性方法去除表面油脂。嚴禁采用酸洗的方法除油、除銹及除鋅返鍍。（5）要求對螺栓在熱浸鍍鋅48h后進行20%無損檢測抽檢，檢測方法可以采用磁粉檢測或滲透檢測。

2、特高壓鋼管塔構件加工的關鍵技術

2.1下料

鋼管塔構件加工時，應根據構件的材質、形狀、厚度，合理選擇冷切割（鋸切、剪切）、熱切割（氧-乙炔切割、等離子切割）工藝下料。對環形板等異形件宜采用數控切割，切割相貫線應采用數控相貫切割機。熱切割質量應分別滿足JB/T10045.3、JB/T10045.4Ⅰ級切割面質量要求。

2.2制孔

在鋼管塔構件加工中，制孔采用沖孔和鉆孔兩種方式，不同材質允許沖孔的最大厚度。

2.3開槽

對插板或U型板連接的鋼管需要開槽，開槽時應優先采用專業開槽機，包括熱切割開槽機和冷剪切開槽機，冷剪切開槽最大厚度應滿足表1要求。手工切割時，不得引起環向部分過切割。

2.4彎曲

U型板的彎曲應采用熱彎工藝，熱彎溫度控制在800-950℃，自然冷卻。

2.5矯正

鋼管塔主柱、橫擔主材不得冷矯正，其他構件彎曲度小于10。時，可以進行冷矯正。當環境溫度低于0℃時，Q420及以上-等級的材料不得進行冷矯正;當環境溫度低于12℃時，所有材料不得進行冷矯正。進行加熱矯正時，加熱溫度不應超過900℃，熱矯正后應自然冷卻。

3、提高鋼管塔加工效率的桿塔設計方案

3.1合理設置環板和加勁板

鋼管塔橫擔與塔身或塔頭連接處的節點構造，一般環板使用數量較多，常采用4環板、5環板設計。很多情況下，鋼管塔此類節點設計可能偏于保守，可進一步優化，在保證節點強度及剛度的前提下，簡化構造，減少環板數量。另外，對于多根桿件交匯的大節點有時使用了較多的加勁板使得節點構造偏于復雜，通過合理設置環板和加勁板可以降低塔材，減少焊接工作量。

3.2盡可能多的使用角鋼構件

對于地線支架以及較小負荷的鐵塔橫擔主材，在高強角鋼能滿足要求的情況下，盡量使用角鋼構件。以往在計算橫擔根部主材受力時，常作為單面連接考慮，當橫擔較長，線荷載較大時，橫擔主材角鋼規格過大，因而放棄角鋼而采用鋼管構件。但實際情況中，橫擔根部主材角鋼的兩個肢上受力較為均衡，這表明設計時可以按照雙面連接考慮，但考慮到構造因素以及次彎矩的影響，應留適當裕度。因此，很多塔型的橫擔使用普通規格角鋼就能滿足要求進而減少了采用鋼管構件的焊接工作量。對于負荷較大的鐵塔，當橫擔主材采用鋼管的時候，橫擔斜材也可視具體受力情況盡量采用角鋼。通常情況下，靠近橫擔根部主材長度較長，長細比較大，適合采用鋼管構件，而靠近橫擔端部的斜材且則可采用角鋼構件。

3.3合理使用插板連接

節點是鋼管塔設計的重要工作，是桿塔加工中焊接工作量最大的部分，是控制加工效率的主要節點。鋼管塔的相貫節點，采用插板連接，可較大幅度的降低了焊接工作量，避免了相貫線切割，極大地提高了加工效率。設計中采用標準化插板，可節省大量的管頭設計、計算工作，提高了設計效率和設計質量;同時采用標準化插板后，使插板的批量生產成為可能，極大地提高了加工效率，有利于工程的質量控制。以往為提高插板經濟性，插板設計分Q235和Q345兩種材質，并按照50%、70%和100%三級強度進行了配置，導致插板類型較多，一定程度上增加了加工的難度。

4、結語

我國鋼管塔加工技術發展迅速，隨著鋼管塔關鍵原材料生產的技術進步和鋼管塔加工關鍵技術的應用，必將推動我國鋼管塔加工技術水平的大幅度提高。長遠來看，我國輸電線路鋼管塔應用工作仍需不斷完善和發展。

參考文獻：

[1]孫竹森，程永鋒，張強，等.輸電線路鋼管塔的推廣與應用[J].電網技術，2015（6）

[2]董建堯.架空輸電線路鋼管塔設計技術規定[J].電力勘測設計，2014（6）