可旋转座地双摇臂与外拉线悬浮混合抱杆的研制及应用

叶建云,段福平,张江宏

(浙江省送变电工程公司，杭州市310016)

0 引言

500 kV秦山核电站送出至海宁变电站输电线路工程，全线大规模采用同塔三回路设计，三回路铁塔的塔头结构采用双回鼓形横担叠加单回猫头形式，左右各1个回路，上部1个回路。铁塔具有整体高度高、底部根开大、整塔质量大等特点，且铁塔质量集中在铁塔下半部分。随着铁塔高度的增加，根开逐渐减少，铁塔质量逐渐减小。其吊装特点:铁塔下半部分起重量要求高、吊装幅度大;上半部分起重量相对小、吊装幅度小。根据三回路铁塔的结构特点，研制可旋转座地双摇臂与外拉线悬浮混合抱杆，根据铁塔的根开及质量情况，选用座地双摇臂工况进行铁塔下半部分的吊装，换用外拉线悬浮工况进行铁塔上半部分的吊装，以适应三回路铁塔的吊装要求。

1 抱杆设计主要技术参数

1.1 座地双摇臂抱杆设计主要技术参数

抱杆主杆断面为□900 mm，基本高度为39.2 m(回转支承以上)，回转支承以下再配置17 m，腰环设于回转支承下部(即回转支承下部配拉环);额定起吊质量为8 t;摇臂断面为□600 mm，全长为15.4 m(可组合成13.4 m、12.4 m);起吊滑车组与铅垂线夹角≤5°(沿摇臂方向);抱杆自由高度(即抱杆顶部至回转支承处腰环距离)为39.2 m;外拉线对地夹角≤45°;控制大绳对地夹角≤45°;回转角度为±100°;允许不平衡弯矩为392 kN·m;工作状态风速为10.8 m/s。

1.2 外拉线悬浮抱杆主要设计参数

抱杆断面为□900 mm，基本高度为42.7 m;额定起吊质量:90°方向吊装6 t，45°方向吊装4 t;抱杆倾角≤5°;起吊滑车组与铅垂线夹角≤20°;外拉线对地夹角≤45°;控制大绳对地夹角≤45°;承托绳与铅垂线夹角≤45°。

2 抱杆结构

2.1 座地双摇臂抱杆结构

抱杆由上至下，由旋转头部、主桅杆、四通段、摇臂、标准节、回转支承、钢丝绳导向节、标准节、底座等结构组成。其中主桅杆由1节3 m顶段、4节3 m标准节、1节2 m节组成，四通段与回转支承间连接7节3 m标准节。座地双摇臂抱杆由外拉线系统、起吊系统、变幅系统、平衡系统、提升系统等组成，如图1所示。

图1 座地双摇臂抱杆总体结构Fig.1 General structure of gin pole with seating-type and double rockers

(1)外拉线系统:外拉线采用φ15 mm钢丝绳，双道布置，上端连接于抱杆旋转头部，下端在地面收紧。

(2)起吊系统:采用1～2滑车组走4道磨绳，上滑车滑轮直接固定于摇臂顶部，下滑车采用同轴双滑轮滑车。起吊磨绳采用6T(29)φ14 mm钢丝绳，磨绳从抱杆内部引下，由回转支承底部的钢丝绳导向节引出。

(3)变幅系统:采用2～3滑车组走6道磨绳，两滑车均采用悬挂式。变幅磨绳采用6T(29)φ14 mm钢丝绳，磨绳从抱杆内部引下，由回转支承底部的钢丝绳导向节引出。

(4)平衡系统:与起吊系统布置相同。

(5)提升系统:利用铁塔主材布置提升系统，提升滑车固定在铁塔的四腿主材，提升绳采用φ15 mm钢丝绳，经过抱杆底部悬挂的滑车共组成8道提升绳。

2.2 外拉线悬浮抱杆结构

抱杆由上至下，由旋转头部、主桅杆、四通段、标准节、底节等结构组成。其中主桅杆由1节3 m顶段、4节3 m标准节、1节2 m节组成，抱杆全高为42.7 m。外拉线悬浮抱杆由外拉线系统、起吊系统、承托系统、控制大绳系统、提升系统等组成，如图2所示。

图2 外拉线悬浮抱杆总体结构Fig.2 General structure of suspension gin pole with outside guy wire

(1)外拉线系统:外拉线采用φ15 mm钢丝绳，双道布置，上端连接于抱杆旋转头部，下端在地面收紧。

(2)起吊系统:采用1～2滑车组走4道磨绳，起吊磨绳采用6T(29)φ14 mm钢丝绳。

(3)承托系统:共4组，均独立布置，主绳选用φ21.5 mm钢丝绳，双道布置，通过100 kN双钩收紧。

(4)控制大绳系统:吊件控制大绳选用φ13 mm钢丝绳，双道布置。

(5)提升系统:利用铁塔主材布置提升系统，提升滑车固定在铁塔的2个对角主材上，提升绳采用φ15 mm钢丝绳，经过抱杆底部悬挂的滑车共组成4道提升绳。

3 抱杆设计计算

3.1 悬浮抱杆计算

按照DL/T 5342—2006《750 kV架空送电线路铁塔组立施工工艺导则》，并参照《架空送电线路施工手册》等相关资料对其强度和稳定性进行计算［1-7］。

3.2 座地双摇臂抱杆计算

座地双摇臂抱杆计算采用SAP2000软件进行有限元分析计算［8］，计算结果如图3所示。

图3 座地双摇臂抱杆有限元计算结果Fig.3 Finite element calculation results of gin pole with seating-type and double rockers

4 抱杆试验

4.1 试验项目

根据DL/T 875—2004《输电线路施工机具设计、试验基本要求》等相关规程规范并结合抱杆具体设计要求，确定抱杆试验项目［9-11］。

(1)悬浮抱杆试验项目:额定载荷试验、1.25倍额定载荷试验。

(2)座地双摇臂抱杆试验项目:额定载荷试验、1.25倍额定载荷试验、不平衡弯矩试验、空载回转试验。

4.2 试验过程

抱杆试验在锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电线路工程6270塔现场进行，该铁塔塔型为ZKP32103－130。悬浮抱杆试验在完成铁塔19段(18 m)平台吊装后进行，按上述4.1(1)条所述的试验项目分别进行试验;座地双摇臂抱杆试验在完成铁塔16段(26.8 m)吊装后进行，按上述4.1(2)条所述的试验项目分别进行试验。

4.3 试验结果

总结试验现场情况并分析试验测量数据，试验实测数据均在抱杆设计允许范围内，符合抱杆设计要求，抱杆试验合格。

5 抱杆应用

以500 kV秦山核电站送出至海宁变电站输电线路工程TZT3型三回路塔为例，说明可旋转座地双摇臂与外拉线悬浮混合抱杆的应用。

TZT3型塔最大呼高为69 m，塔头高度为51.2 m，全高为120.2 m，塔脚根开为22 m，塔身30 m以下主材采用四肢角钢，30 m以上主材采用双肢角钢，整塔质量为171.728 t。TZT3型三回路塔塔头结构采用双回鼓形横担叠加单回猫头形式，如图4所示。

图4 TZT3型三回路塔塔头结构Fig.4 Structure of TZT3 triple circuit tower head

根据铁塔的根开、质量和结构特点，塔身30 m以下采用座地双摇臂抱杆分解吊装，摇臂长度选用13.4 m，相应主桅杆配置高度为15 m;塔身30 m以上将座地双摇臂抱杆转换为外拉线悬浮抱杆，继续进行分解吊装。

5.1 座地双摇臂抱杆起立

采用先起立抱杆后吊装铁塔方式。抱杆利用□350 m×17 m倒落式人字抱杆起立，抱杆起立基本高度为36.5 m。摇臂长度选用13.4 m，相应主桅杆配置高度为15 m;四通段与回转支承之间配置5节3 m标准节，高度为15 m;回转支承以下配置1节2 m钢丝绳导向节和1节3 m标准节。

抱杆起立基本高度=旋转头部高度0.7 m+主桅杆高度15 m+四通段高度0.5 m+5节标准节高度15 m+回转支承高度0.3 m+钢丝绳导向节高度2 m+1节标准节高度3 m=36.5 m。

5.2 座地双摇臂抱杆提升

抱杆提升时至少使用2道腰环，腰环间距≥10 m，抱杆布置在铁塔中心，提升前调整抱杆至正直状态，按图1所示布置提升系统。提升过程中随时观察抱杆的正直情况，将外拉线徐徐松出以调整抱杆正直度，当回转支承与腰环发生干扰时，设置过渡腰环;抱杆提升到位后，打设回转支承处腰环绳，固定外拉线，松弛提升用的腰环绳后即可进行吊装。

5.3 座地双摇臂抱杆旋转

抱杆在空载状态下旋转，即两副摇臂的起吊及变幅系统均处于松驰状态下旋转，通过在地面上拉动两侧起吊滑车组实现抱杆的旋转，抱杆在±90°范围之间往复旋转。

5.4 座地双摇臂抱杆吊装铁塔

采用一侧起吊，对侧平衡方式吊装铁塔。当一侧起吊时，对侧的起吊、变幅系统用链条葫芦收紧，在吊装过程中根据抱杆的倾斜情况随时调整对侧的平衡链条葫芦，使抱杆保持正直。30 m以下塔身吊装时，先吊装主材，后吊装斜材，如图5所示。

图5 座地双摇臂抱杆吊装铁塔塔身Fig.5 Hoisting tower using gin pole with seating-type and double rockers

5.5 座地双摇臂抱杆转换为悬浮抱杆

塔身30 m以下吊装完成后，进行座地双摇臂抱杆转换为悬浮抱杆操作。收紧变幅滑车组，将摇臂收至垂直状态;在座地双摇臂抱杆主桅杆顶部的起吊导向滑轮上布置φ15 mm钢丝绳，一端绑扎于摇臂上，另一端经塔身导向滑车、抱杆底座导向滑车引至绞磨;拆除保险绳、变幅滑车组等，利用绞磨配合拆除摇臂下放至地面。

按座地双摇臂抱杆提升的逆程序，依次拆除回转支承以下的3 m标准节、钢丝绳导向节以及回转支承，保留回转支承以上的标准节、四通段、主桅杆及旋转头部。继续提升抱杆安装悬浮抱杆的3 m标准节及3.5 m底节(此时悬浮抱杆的基本高度=旋转头部高度0.7 m+主桅杆高度15 m+四通段高度0.5 m+5节标准节高度15 m+1节标准节高度3 m+底节高度3.5 m=37.7 m)，完成悬浮抱杆的起吊滑车组穿引工作，此时抱杆仍呈座地状态。然后拆除座地双摇臂抱杆的提升系统，布置悬浮抱杆的提升系统，采用后者进行抱杆的提升及悬浮操作。

5.6 悬浮抱杆吊装铁塔

5.6.1 塔身吊装

30 m以上塔身吊装时，在分段质量较大的情况下，先吊装主材，后吊装斜材，如图6所示;在分段质量较小的情况下，采用分片吊装的方式。

图6 悬浮抱杆吊装铁塔塔身Fig.6 Hoisting tower using suspension gin pole

5.6.2 猫头下曲臂吊装

猫头部分的下曲臂按左右两侧分别吊装，单侧曲臂上下分段分2次吊装。一侧曲臂吊装后，在反侧打好落地拉线，以稳定吊装好的曲臂，待两侧曲臂就位后，在下曲臂顶部左右对绑钢丝套并用双钩收紧，以便于上曲臂就位和保险之用。

5.6.3 猫头上曲臂及横担吊装

上曲臂与横担及地线顶架按前后分片组成一体进行吊装，并用不小于0.7L(L为横担长度)的大横木进行补强，采用4点起吊，如图7所示。

图7 猫头上曲臂及横担吊装Fig.7 Hoisting of bent arm and cross arm of“cat head”type tower

5.6.4 鼓形横担吊装

鼓形横担的上层横担利用地线顶架吊装，中层及下层横担利用上层横担进行吊装，各横担吊装定滑车的布置点利用抱杆进行补强。

5.7 悬浮抱杆拆除

铁塔吊装结束后，连接塔身的连铁，并将塔身螺栓紧固后，按悬浮抱杆提升的逆顺序降低抱杆高度。当抱杆降至其顶部低于塔身顶部后，采用拎吊法，将抱杆自塔身内松至地面，然后由下向上逐节拆除。

6 结语

对于可旋转座地双摇臂与外拉线悬浮混合抱杆，当采用座地双摇臂抱杆时，具有吊装幅度大、起吊质量大等优点，且可根据铁塔结构变化灵活转换为悬浮抱杆，有效降低抱杆整体质量，操作更为便捷，并有效结合了多回路铁塔的结构特点。在500 kV秦山核电站送出至海宁变电站输电线路工程的实际应用中，取得了较好的效果，降低了劳动作业强度及施工成本，立塔工效高，对同类型的铁塔组立有较好的推广前景。

［1］DL/T 5342—2006 750 kV架空送电线路铁塔组立施工工艺导则［S］.北京:中国电力出版社，2007.

［2］李庆林.架空送电线路施工手册［M］.北京:中国电力出版社，2002.

［3］李庆林.架空送电线路铁塔组立工程手册［M］.北京:中国电力出版社，2007.

［4］李庆林.特高压输电线路铁塔组立抱杆的方案选择［J］.电力建设，2007，28(3):29-33.

［5］GB 50233—2005 110～500 kV架空送电线路施工及验收规范［S］.北京:中国计划出版社，2005.

［6］DL/T 5168—2002 110 kV～500 kV架空电力线路工程施工质量及评定规程［S］.北京:中国电力出版社，2003.

［7］李海.500 kV线路工程悬浮抱杆的选取［J］.电力建设，2004，25(12):25-28.

［8］陈世民，何林，陈卓.SAP2000结构分析简明教程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［9］DL/T 875—2004输电线路施工机具设计、试验基本要求［S］.北京:中国电力出版社，2007.

［10］DL/T 319—2010架空输电线路施工抱杆通用技术条件及试验方法［S］.北京:中国电力出版社，2011.

［11］刘超，陈平，张兴虎，等.40 m全钢抱杆试验研究与分析［J］.电力建设，2008，29(7):35-37.