輸電鐵塔

長期以來，我國輸電線路鐵塔用材主要以Q235和Q345熱軋角鋼為主，與國際先進國家相比，我國輸電鐵塔所用鋼材的材質單一、強度值偏低、材質的可選擇余地小。隨著我國電力需求的不斷增長，同時由于我國土地資源緊缺以及環(huán)保要求提高，線路路徑選取、沿線房屋等設施的拆遷問題也日趨嚴重，大容量、高電壓等級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，桿塔設計荷載也越來越大，常用熱軋角鋼在強度和規(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，但組合截面角鋼風載體型系數(shù)較大，桿件數(shù)量及規(guī)格多，節(jié)點構造復雜，連接板、構造板用量多，安裝復雜，大大增加了工程建設投資。鋼管塔存在構造復雜、焊縫質量不易控制、加工生產(chǎn)效率低、管材價格及加工成本高、塔廠加工設備投入大等缺點。

多年的鐵塔設計工作，使鐵塔的型式已經(jīng)趨于完善化，要進一步節(jié)省造價，只能從材質上入手。

1、超（特）高壓輸電鐵塔風振動荷載

超（特）高壓輸電桿塔高度增加，結構柔度增大，脈動風引起的振動效應增強，需要在結構設計中合理考慮風振動力荷載，增強結構的抗風能力。

目前桿塔結構設計引入風荷載調整系數(shù)（既風振系數(shù)）來對此動力效應加以考慮，但系數(shù)選取應能滿足超（特）高壓輸電桿塔對結構安全性和經(jīng)濟性要求。

風荷載為輸電桿塔的主要可變荷載，它可看作由遠離結構自振頻率、屬靜力性質的平均風和與結構自振頻率較為接近、具有動力和隨機性質的脈動風兩部分組成。其中自振頻率會使結構產(chǎn)生受迫振動。

輸電桿塔屬于高聳結構，自振頻率較低與脈動風頻率接近，容易發(fā)生共振，產(chǎn)生大位移，對結構造成破壞，因而需要在結構設計中考慮風荷載的動力效應，增強結構的抗風能力。

2、輸電線路增容改造中鐵塔結構安全評定

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

鐵塔構件銹蝕往往導致構件材料力學性能和構件強度的降低，影響鐵塔結構的承載能力，威脅輸電線路的安全穩(wěn)定運行。分析鐵塔銹蝕構件材料力學性能和不同銹蝕程度的關系，提出了鐵塔安全性評定準則和相應處理及對策和措施。

3、銹蝕鐵塔安全性評定

安全性按照構件在鐵塔結構中所起的作用，鐵塔構件可分為主材、斜材和輔材三類。安全性評定主要是主材和斜材，輔材應考慮其構件連接完整。

我國輸電線路鐵塔結構常用的鋼材為Q235、Q345、Q390，現(xiàn)行設計標準以材料屈服強度為標準強度，結構應力小于設計強度時結構安全，當構件截面銹蝕使得構件應力達到材料屈服強度時構件發(fā)生屈服破壞、結構強度失效，處于不安全狀態(tài)。

銹蝕鐵塔的安全評定準則和處理對策和措施如下。

1) -級構件：無損傷，為完好構件，無需處理。

2)二級構件：截面損失率小于10%，需采取必要的加固修復措施。

3)三級構件：截面損失率大于10%，為危險構件，建議拆除更換。

4、鐵塔耐張線夾鋼錨拉出故障及處理

220kV鐵塔雙分裂導線在正常運行情況下突然滑出，導線弧垂大幅度下降，嚴重危及電網(wǎng)的安全運行，后經(jīng)停電搶修恢復送電。確認故障原因為：耐張線夾壓接施工工藝不符合有關施工工藝規(guī)程中的規(guī)定，鋁管負，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，在導線長期荷載和微振動作用下，造成導線鋼芯斷裂，導致耐張線夾鋼錨拉出。

5、超（特）高壓輸電線路鐵塔的可靠性

鐵塔結構作為輸電線路的直接支撐結構，其可靠性關系到整個線路的安全，合理的做法是應以結構構件的可靠概率或可靠指標進行比較，或者是通過一定的推導建立相當安全系數(shù)方法來進行比較。輸電線路鐵塔構件的可變荷載有風荷載、冰荷載、導地線荷載等，其中大風荷載是活風荷載即可變荷載，是設計中主要考慮的因素。

對于輸電線路用鐵塔的基本構件，可取軸心受壓構件來決定輸電線路用桿塔的可靠度設置水平。

我國500kV普通線路的氣象荷載重現(xiàn)期為30年，2級可靠度等級，考慮1.2倍的風荷載調整系數(shù)后，其可靠度設置水平達到美國導則的100年一遇的4級結構重要性可靠度水平；與歐洲標準相比而言，我國500kV線路的可靠度水平相當歐洲標準的150年一遇的2級可靠度等級，這說明與國外同類規(guī)范相比我國500kV輸電線路是安全的。

輸電鐵塔為高聳構筑物，對傾斜變形非常敏感，對地基不均勻沉降要求也高。輸電鐵塔基礎常用的結構形式有獨立基礎、擴大基礎和樁基礎，輸電鐵塔的結構形式主要采用鋼結構。常規(guī)輸電鐵塔及基礎結構難以適應煤礦采空區(qū)的地表移動變形，有可能造成輸電鐵塔偏斜甚至傾覆。

目前，國內對處于煤礦采空區(qū)輸電線路鐵塔可靠性的研究較少。山西省電力勘測設計院在長期的設計、工代過程中不斷總結經(jīng)驗，在通過煤礦采空區(qū)及計采區(qū)時，根據(jù)輸電線路的設計和運行經(jīng)驗，采取了一定的技術措施。中國電力科學研究院采用有限元軟件關于煤礦采空區(qū)基礎沉降與傾斜變形對特高壓桿塔承載能力的影響進行了數(shù)值分析。北京國電華北電力工程有限公司針對特高壓輸電線路煤礦采動影響區(qū)鐵塔基礎設計進行了研究，分析了大板基礎不同板厚時的彎矩，認為大板厚度不應太大也不應太小。中國礦業(yè)大學在充州礦區(qū)進行了35~110kV高壓輸電線路下采煤的實踐研究。雖然當時一些設計單位對通過采空區(qū)的輸電線路使用了復合防護板基礎。但未對復合防護板的抗變形機理與設計理論開展研究。近幾年，山西省電力勘測設計院與中國礦業(yè)大學合作對復合防護板的抗變形機理與設計理論進行了研究，并取得了一定的成果。

《大規(guī)格角鋼在輸電鐵塔中的應用》總結了大規(guī)格角鋼在輸電工程中的結構設計特點和應用情況，尤其對錦屏一蘇南±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構設計及真型試驗方面進行了對比。

《大規(guī)格角鋼在輸電鐵塔中的應用》共分八章，主要內容有緒論、輸電鐵塔采用大規(guī)格角鋼的技術優(yōu)勢、大規(guī)格角鋼的生產(chǎn)、大規(guī)格角鋼輸電鐵塔的設計、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、大規(guī)格角鋼輸電鐵塔技術經(jīng)濟性和大規(guī)格角鋼在特高壓工程中的應用。

《風荷載對采動區(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荷載加載裝置，進行了正常運行工況和風荷載工況下輸電鐵塔支座位移加載模型試驗；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輸電鐵塔內力、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一地基整體有限元模型，以地基土變形和應力、上部鐵塔結構支座位移和桿件應力為比較依據(jù)，研究了獨立基礎和復合防護板基礎的抗地表變形性能，分析了防護板厚度對上部鐵塔結構受力和變形的影響規(guī)律，提出了防護板厚度合理取值的建議；進行了不同地表變形作用下輸電鐵塔的抗風性能研究，獲得了不同地表變形和風荷載作用下鐵塔的破壞形態(tài)和抗風極限承載力，提出了采動區(qū)輸電鐵塔抗風極限承載力的預計模型，可為采動區(qū)輸電鐵塔在風荷載作用下的安全性評價提供參考。

前言

第一章 緒論

第二章 輸電鐵塔采用大規(guī)格角鋼的技術優(yōu)勢

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

第七章 大規(guī)格角鋼輸電鐵塔技術經(jīng)濟性

第八章 大規(guī)格角鋼在特高壓工程中的應用

附錄A 角鋼規(guī)格表

附錄B 角軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)

附錄C 鐵塔用熱軋大規(guī)格等邊角鋼采購技術條件