輸電鐵塔超特高壓輸電

1、超（特）高壓輸電鐵塔風(fēng)振動(dòng)荷載

超（特）高壓輸電桿塔高度增加，結(jié)構(gòu)柔度增大，脈動(dòng)風(fēng)引起的振動(dòng)效應(yīng)增強(qiáng)，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中合理考慮風(fēng)振動(dòng)力荷載，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。

目前桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)引入風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)（既風(fēng)振系數(shù)）來(lái)對(duì)此動(dòng)力效應(yīng)加以考慮，但系數(shù)選取應(yīng)能滿足超（特）高壓輸電桿塔對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性要求。

風(fēng)荷載為輸電桿塔的主要可變荷載，它可看作由遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)自振頻率、屬靜力性質(zhì)的平均風(fēng)和與結(jié)構(gòu)自振頻率較為接近、具有動(dòng)力和隨機(jī)性質(zhì)的脈動(dòng)風(fēng)兩部分組成。其中自振頻率會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生受迫振動(dòng)。

輸電桿塔屬于高聳結(jié)構(gòu)，自振頻率較低與脈動(dòng)風(fēng)頻率接近，容易發(fā)生共振，產(chǎn)生大位移，對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞，因而需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮風(fēng)荷載的動(dòng)力效應(yīng)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。

2、輸電線路增容改造中鐵塔結(jié)構(gòu)安全評(píng)定

鐵塔安全性評(píng)定是輸電線路的重要環(huán)節(jié)，鐵塔構(gòu)件銹蝕是鐵塔損傷的主要形式之一，往往導(dǎo)致其材料性能劣化和強(qiáng)度降低，從而影響鐵塔結(jié)構(gòu)的承載能力，影響結(jié)構(gòu)安全性。

鐵塔構(gòu)件銹蝕往往導(dǎo)致構(gòu)件材料力學(xué)性能和構(gòu)件強(qiáng)度的降低，影響鐵塔結(jié)構(gòu)的承載能力，威脅輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。分析鐵塔銹蝕構(gòu)件材料力學(xué)性能和不同銹蝕程度的關(guān)系，提出了鐵塔安全性評(píng)定準(zhǔn)則和相應(yīng)處理及對(duì)策和措施。

3、銹蝕鐵塔安全性評(píng)定

安全性按照構(gòu)件在鐵塔結(jié)構(gòu)中所起的作用，鐵塔構(gòu)件可分為主材、斜材和輔材三類。安全性評(píng)定主要是主材和斜材，輔材應(yīng)考慮其構(gòu)件連接完整。

我國(guó)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)常用的鋼材為Q235、Q345、Q390，現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以材料屈服強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)應(yīng)力小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)結(jié)構(gòu)安全，當(dāng)構(gòu)件截面銹蝕使得構(gòu)件應(yīng)力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度時(shí)構(gòu)件發(fā)生屈服破壞、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效，處于不安全狀態(tài)。

銹蝕鐵塔的安全評(píng)定準(zhǔn)則和處理對(duì)策和措施如下。

1) -級(jí)構(gòu)件：無(wú)損傷，為完好構(gòu)件，無(wú)需處理。

2)二級(jí)構(gòu)件：截面損失率小于10%，需采取必要的加固修復(fù)措施。

3)三級(jí)構(gòu)件：截面損失率大于10%，為危險(xiǎn)構(gòu)件，建議拆除更換。

4、鐵塔耐張線夾鋼錨拉出故障及處理

220kV鐵塔雙分裂導(dǎo)線在正常運(yùn)行情況下突然滑出，導(dǎo)線弧垂大幅度下降，嚴(yán)重危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行，后經(jīng)停電搶修恢復(fù)送電。確認(rèn)故障原因?yàn)椋耗蛷埦€夾壓接施工工藝不符合有關(guān)施工工藝規(guī)程中的規(guī)定，鋁管負(fù)，模壓接位置出現(xiàn)較大偏差，鋼錨與耐張線夾鋁管沒有連為一體，在導(dǎo)線長(zhǎng)期荷載和微振動(dòng)作用下，造成導(dǎo)線鋼芯斷裂，導(dǎo)致耐張線夾鋼錨拉出。

5、超（特）高壓輸電線路鐵塔的可靠性

鐵塔結(jié)構(gòu)作為輸電線路的直接支撐結(jié)構(gòu)，其可靠性關(guān)系到整個(gè)線路的安全，合理的做法是應(yīng)以結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠概率或可靠指標(biāo)進(jìn)行比較，或者是通過(guò)一定的推導(dǎo)建立相當(dāng)安全系數(shù)方法來(lái)進(jìn)行比較。輸電線路鐵塔構(gòu)件的可變荷載有風(fēng)荷載、冰荷載、導(dǎo)地線荷載等，其中大風(fēng)荷載是活風(fēng)荷載即可變荷載，是設(shè)計(jì)中主要考慮的因素。

對(duì)于輸電線路用鐵塔的基本構(gòu)件，可取軸心受壓構(gòu)件來(lái)決定輸電線路用桿塔的可靠度設(shè)置水平。

我國(guó)500kV普通線路的氣象荷載重現(xiàn)期為30年，2級(jí)可靠度等級(jí)，考慮1.2倍的風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)后，其可靠度設(shè)置水平達(dá)到美國(guó)導(dǎo)則的100年一遇的4級(jí)結(jié)構(gòu)重要性可靠度水平；與歐洲標(biāo)準(zhǔn)相比而言，我國(guó)500kV線路的可靠度水平相當(dāng)歐洲標(biāo)準(zhǔn)的150年一遇的2級(jí)可靠度等級(jí)，這說(shuō)明與國(guó)外同類規(guī)范相比我國(guó)500kV輸電線路是安全的。

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)輸電線路鐵塔用材主要以Q235和Q345熱軋角鋼為主，與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)輸電鐵塔所用鋼材的材質(zhì)單一、強(qiáng)度值偏低、材質(zhì)的可選擇余地小。隨著我國(guó)電力需求的不斷增長(zhǎng)，同時(shí)由于我國(guó)土地資源緊缺以及環(huán)保要求提高，線路路徑選取、沿線房屋等設(shè)施的拆遷問題也日趨嚴(yán)重，大容量、高電壓等級(jí)輸電線路得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了同塔多回路線路，以及更高電壓等級(jí)的交流750、1000kV及直流±800kV輸電線路。所有這些使得鐵塔趨于大型化，桿塔設(shè)計(jì)荷載也越來(lái)越大，常用熱軋角鋼在強(qiáng)度和規(guī)格上都難以滿足大荷載桿塔的使用要求。

大荷載桿塔可以使用組合截面角鋼，但組合截面角鋼風(fēng)載體型系數(shù)較大，桿件數(shù)量及規(guī)格多，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，連接板、構(gòu)造板用量多，安裝復(fù)雜，大大增加了工程建設(shè)投資。鋼管塔存在構(gòu)造復(fù)雜、焊縫質(zhì)量不易控制、加工生產(chǎn)效率低、管材價(jià)格及加工成本高、塔廠加工設(shè)備投入大等缺點(diǎn)。

多年的鐵塔設(shè)計(jì)工作，使鐵塔的型式已經(jīng)趨于完善化，要進(jìn)一步節(jié)省造價(jià)，只能從材質(zhì)上入手。

輸電鐵塔為高聳構(gòu)筑物，對(duì)傾斜變形非常敏感，對(duì)地基不均勻沉降要求也高。輸電鐵塔基礎(chǔ)常用的結(jié)構(gòu)形式有獨(dú)立基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，輸電鐵塔的結(jié)構(gòu)形式主要采用鋼結(jié)構(gòu)。常規(guī)輸電鐵塔及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)煤礦采空區(qū)的地表移動(dòng)變形，有可能造成輸電鐵塔偏斜甚至傾覆。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)處于煤礦采空區(qū)輸電線路鐵塔可靠性的研究較少。山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)、工代過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在通過(guò)煤礦采空區(qū)及計(jì)采區(qū)時(shí)，根據(jù)輸電線路的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采取了一定的技術(shù)措施。中國(guó)電力科學(xué)研究院采用有限元軟件關(guān)于煤礦采空區(qū)基礎(chǔ)沉降與傾斜變形對(duì)特高壓桿塔承載能力的影響進(jìn)行了數(shù)值分析。北京國(guó)電華北電力工程有限公司針對(duì)特高壓輸電線路煤礦采動(dòng)影響區(qū)鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，分析了大板基礎(chǔ)不同板厚時(shí)的彎矩，認(rèn)為大板厚度不應(yīng)太大也不應(yīng)太小。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在充州礦區(qū)進(jìn)行了35~110kV高壓輸電線路下采煤的實(shí)踐研究。雖然當(dāng)時(shí)一些設(shè)計(jì)單位對(duì)通過(guò)采空區(qū)的輸電線路使用了復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)。但未對(duì)復(fù)合防護(hù)板的抗變形機(jī)理與設(shè)計(jì)理論開展研究。近幾年，山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作對(duì)復(fù)合防護(hù)板的抗變形機(jī)理與設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果。

《大規(guī)格角鋼在輸電鐵塔中的應(yīng)用》總結(jié)了大規(guī)格角鋼在輸電工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用情況，尤其對(duì)錦屏一蘇南±800kV特高壓直流輸屯線路工程中，采用普通規(guī)格角鋼組合和大規(guī)格角鋼的輸電鐵塔在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及真型試驗(yàn)方面進(jìn)行了對(duì)比。

《大規(guī)格角鋼在輸電鐵塔中的應(yīng)用》共分八章，主要內(nèi)容有緒論、輸電鐵塔采用大規(guī)格角鋼的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、大規(guī)格角鋼的生產(chǎn)、大規(guī)格角鋼輸電鐵塔的設(shè)計(jì)、大規(guī)格角鋼輸電鐵塔的加工制造、特高壓直流工程大規(guī)格角鋼輸電鐵塔真型試驗(yàn)、大規(guī)格角鋼輸電鐵塔技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和大規(guī)格角鋼在特高壓工程中的應(yīng)用。

《風(fēng)荷載對(duì)采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔抗地表變形性能的影響》以110kV輸電線路為背景，研制了輸電鐵塔模型支座位移和風(fēng)荷載加載裝置，進(jìn)行了正常運(yùn)行工況和風(fēng)荷載工況下輸電鐵塔支座位移加載模型試驗(yàn)；建立了典型110kV輸電鐵塔的有限元模型，研究了不同地表變形作用對(duì)輸電鐵塔內(nèi)力、變形及破壞形態(tài)的影響規(guī)律，獲得了輸電鐵塔在不同地表變形作用下的極限支座位移值；建立了輸電鐵塔一基礎(chǔ)一地基整體有限元模型，以地基土變形和應(yīng)力、上部鐵塔結(jié)構(gòu)支座位移和桿件應(yīng)力為比較依據(jù)，研究了獨(dú)立基礎(chǔ)和復(fù)合防護(hù)板基礎(chǔ)的抗地表變形性能，分析了防護(hù)板厚度對(duì)上部鐵塔結(jié)構(gòu)受力和變形的影響規(guī)律，提出了防護(hù)板厚度合理取值的建議；進(jìn)行了不同地表變形作用下輸電鐵塔的抗風(fēng)性能研究，獲得了不同地表變形和風(fēng)荷載作用下鐵塔的破壞形態(tài)和抗風(fēng)極限承載力，提出了采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔抗風(fēng)極限承載力的預(yù)計(jì)模型，可為采動(dòng)區(qū)輸電鐵塔在風(fēng)荷載作用下的安全性評(píng)價(jià)提供參考。

前言

第一章 緒論

第二章 輸電鐵塔采用大規(guī)格角鋼的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

第三章 大規(guī)格角鋼的生產(chǎn)

第四章 大規(guī)格角鋼輸電鐵塔的設(shè)討

第五章 大規(guī)格角鋼輸電鐵塔的加工制造

第六章 特高壓直流工程大規(guī)格角鋼輸電鐵塔真型試驗(yàn)

第七章 大規(guī)格角鋼輸電鐵塔技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

第八章 大規(guī)格角鋼在特高壓工程中的應(yīng)用

附錄A 角鋼規(guī)格表

附錄B 角軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)

附錄C 鐵塔用熱軋大規(guī)格等邊角鋼采購(gòu)技術(shù)條件