1000 kV特高压交流输电线路猫头塔主材弯曲度超标问题分析

王 艳，苏秀成

（国家电网公司交流建设分公司，北京市，100052）

0 引言

能源是经济社会发展的重要物质基础，电力发展关系到国计民生。我国的能源资源和生产力发展呈逆向分布。煤电、水电以及风电主要分布在北部和西部地区，而2/3以上的能源需求集中在中东部地区。为解决能源分布和需求之间的矛盾，必须实施远距离、大容量、低损耗的特高压输电，以满足经济社会发展要求[1-4]。

1000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程（以下简称“特高压示范工程”）是我国自主建设的首个1000 kV特高压工程，其中输电线路采用单回路架设。杆塔结构是特高压输电线路的重要支撑物，占线路造价的30%～60%。杆塔结构一旦发生破坏，将引起输电线路灾难性的事故[5-11]。

特高压示范工程的一般线路采用酒杯型、猫头型、干字型、门型4类共49种塔型，其中猫头塔是应用最广、数量最多的塔型。在铁塔组立过程中，发现猫头型塔第2层塔腿主材存在不同程度的弯曲超标现象，涉及范围较广。本文分析了特高压示范工程猫头塔主材弯曲度超标的原因，提出了相应的处理方案。

1 问题简介

特高压示范工程输电线路北起山西长治，经河南南阳，至湖北荆门，包括一般线路和黄河、汉江大跨越工程，全长约640 km。全线共有铁塔1284基，其中一般线路1275基，黄河大跨越5基，汉江大跨越4基。

在平地和丘陵地区、走廊拥挤地带及拆迁较多或费用较高的地区普遍采用猫头塔，全线猫头塔有ZMP、ZMQ、ZMPJ、ZMQJ四大类共15种塔型，共774基，占全线铁塔总数的60.7%。猫头塔的塔腿多数采用了双层或多层多节间再分式结构，如图1所示。

2007年10月底，特高压示范工程一般线路各标段陆续组织了铁塔组立试点，自此组塔施工全面展开。在组塔施工的质量跟踪过程中，陆续发现部分猫头型塔第2层塔腿主材存在不同程度的弯曲现象。Q/GDW 153—2006《1000 kV架空送电线路施工及验收规范》规定：铁塔组立后，各相邻节点间主材弯曲度不得超过1/750[12]。根据现场测量结果，部分铁塔主材弯曲度超过这一标准，即出现了主材弯曲度超标。

本着包含尽可能多塔型的原则，选取湖北地区某标段猫头塔进行主材弯曲度测量，测量结果如表1所示。

表1 猫头塔主材弯曲度超标统计Tab.1 Statistics of excessive leg bending deformation of cat-towers

2 校正试验

2.1 采用外力拉直校正

（1）实施方案：主材拉直前松动连接螺栓，拉直后紧固螺栓。

（2）处理结论：塔材变形有明显回弹，效果不好。

2.2 在V面上加内拉索

（1）实施方案：在第2段结构V面中部的交叉斜材的交叉点上，用钢绞线悬吊于第2段节点塔材处，如图2所示。

（2）处理结论：塔材变形有明显回弹，效果不好。

2.3 加水平撑及内拉索

（1）实施方案：在第2段腿V面中部加1根水平支撑，再用两根钢绞线悬吊于第2段上节点材处，如图3所示。

（2）处理结论：变形基本无回弹，效果较好。但是铁塔视觉效果较差，不能满足将特高压示范工程建设成为精品工程的要求，不宜进行大面积推广应用。

2.4 修改塔腿部分塔材布材型式

（1）实施方案：增设斜拉材拉直大斜材处，达到主材自然复直的效果，如图4、5所示。

（2）处理结论：变形基本无回弹，稳定性好，总体效果较好。

采用此方案的观测结果如表2所示。由表2可知，采用此方案校正后，主材的变形减少了。

表2 未架线铁塔调整试验结果统计表Tab.2 Statistics of testing results after modification of the towers without stringing conductors

为了进一步检验该方案的有效性，同时确定架线后线上荷载对主材弯曲的影响，在已经架线的铁塔中选择了典型的3基进行试验，处理方案实施前后的观测数据如表3所示。

3 原因分析和处理方案

3.1 原因分析

根据对铁塔结构型式和塔材规格的分析以及现场查勘结论得出，引起猫头塔主材弯曲超标的主要原因是塔身多节间再分式结构本身对误差变形比较敏感，具体分析如下：

表3 已架线铁塔调整试验结果统计表Tab.3 Statistics of testing results after modification of the towers with stringing conductors

（1）与常规500 kV线路猫头型塔相比，目前特高压示范工程的猫头塔主材、斜材长度过长，即塔腿过高、八字斜材过长，主材为单肢角钢，刚度不强。这种结构形式难以抵消主材自重的影响，其自身的重量导致在安装后产生向内侧变形。

（2）包钢两侧均布置6个或8个螺栓偏少，虽然强度上可以满足受力要求，但是在受变形力、自重力的影响下，尤其是在斜材包钢过短、长细比过大的情况下，螺栓间隙的累计误差会使该连接处发生变形。

（3）包角钢采用内角钢，外连板的连接方式，由于横向和纵向2个自由度均不是绝对刚性，有可能产生横向和纵向变形。

（4）包角钢采用内角钢（L180）规格比主材（L200）小1号，外连板（L160）规格比主材小2号的布置，导致接头处连接刚度减少。

（5）允许范围内的塔材加工误差也可能加剧自重作用下产生的变形。

3.2 处理方案

采用修改塔身部分辅材布材形式的方案对全线猫头塔进行处理。更换部分辅材的施工方案如下：

（1）更换时逐腿逐侧进行。

（2）更换时遵循拆1根旧材、装1根新材的方式，尽量保持更换部位铁塔结构的整体性和稳定性。

（3）在拆除塔材前，事先对更换部分进行补强，尽量不引起其他塔材因受力不平衡而导致变形，具体措施为：对于尚未架线的铁塔，在更换塔材部分对应主材上设置2条落地拉线，并在主材及斜材之间设置临时水平拉线；对于已经架线的铁塔，由于铁塔已经负重，此时更换塔腿部分的塔材更容易造成结构整体失去平衡，因此除采取上述措施外，还需要采用抱杆进行补强，如图6所示。

各施工标段均按照上述方案对主材弯曲问题进行塔材更换处理后，主材弯曲均控制在1/800优良级范围内，变形基本无回弹，总体效果较好，如图7所示。

4 结论

（1）特高压猫头型铁塔的高塔腿多节间再分式结构对误差变形的自我纠正能力较弱，在设计时应注意对这部分结构进行加强，并从设计角度对铁塔的加工和组装提出具体要求。

（2）特高压铁塔在组立前应严格控制塔材的初弯曲，组装过程注意测量和校正，采取边组边调的方式，可以有效地控制主材的弯曲问题。

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