1 000 kV特高压杆塔主材选型的技术经济比较

刘　巍，王文明，耿庆申，王宁宁

（山东电力工程咨询院有限公司，济南　250013）

1 000 kV特高压杆塔主材选型的技术经济比较

刘巍，王文明，耿庆申，王宁宁

（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）

依托皖电东送淮南—上海1 000 kV特高压交流输电工程，在满足相同技术要求的前提下，对主材采用角钢、钢管、角钢钢管组合3种方案进行经济性分析和比较。分析结果表明，当钢管与角钢单价差异小于2 140元/t时，钢管方案最经济；当钢管与角钢单价差异大于2 140元/t，小于3 360元/t时，角钢钢管组合方案最经济；当钢管与角钢单价差异大于3 360元/t时，角钢方案最经济。

特高压；钢管塔；角钢塔；技术经济比较

0　引言

高压输电线路是电能输送的载体，是重要的生命线工程。随着国民经济的快速增长，发达地区的电力需求与日俱增。目前国家正处于特高压输电线路的建设进程中，“西电东输”、“北电南送”的能源发展战略正在实施。采用特高压输电时，输电线路的工程规模趋于大型化，输电塔高度大幅增加，工程造价指标大大提高。特高压电网作为未来电网规划的骨干网架，可以提高输送容量，改善电网结构，促进电网、能源的协调发展。国内外专家学者已对特高压输电技术进行了大量研究，取得了丰硕成果，其技术应用日益成熟。在保证特高压输电技术可靠性的前提下，降低工程造价指标具有重要意义［1-3］。

目前特高压杆塔主材选型方案主要有3种：角钢塔方案、钢管塔方案、角钢钢管组合方案。3种方案均能满足特定的技术要求，但在满足相同技术要求的条件下，其经济性往往存在较大差异，因此，有必要对各种方案的经济适用条件进行分析。以淮南—上海1 000 kV特高压交流线路工程为依托，进行杆塔主材选型的多方案技术经济比选，以期为特高压杆塔设计选型提供参考。

1　特高压杆塔主材选型方案技术比较

国内特高压线路杆塔设计中，角钢塔具有材料采购容易、便于加工、单件重量较轻、安装及运输方便等突出优势；钢管塔具有截面受力性能良好、风阻效应较小、可用不同厚度的钢板焊接成不同规格的钢管（不受市场材料规格的限制）和外形简洁美观等优势。钢管塔与角钢塔技术对比见表1。

表1　钢管塔与角钢塔技术对比

1.1角钢塔方案

目前输电线路铁塔用角钢规格均在200 mm及以下，因承载力有限，导致特高压塔身主材需要采用双拼或多拼组合角钢。铁塔真型试验结果表明［4］：由于双拼和多拼角钢变形不协调，角钢间受力分配不均匀，杆塔易发生破坏。因此，对于双拼角钢铁塔，设计时宜留较大裕度。施工方面，双拼和多拼角钢由于构造原因，螺栓通过厚度和通过层数增加，使输电线路铁塔施工难度增大。大规格Q420角钢［5］可以大幅减少双拼和多拼铁塔的加工量，降低角钢间填板焊接质量构成的铁塔不安全隐患；同时，可以改变双拼和四拼角钢的不合理截面形式，降低铁塔钢耗指标，大量减少连接螺栓和填板数量，使铁塔组立的施工量和施工难度大为减轻。因此，角钢塔主材宜选用大规格Q420角钢。

1.2钢管塔方案

钢管塔主材型号主要有Q345、Q420、Q460，虽然Q420和Q460高强钢比Q345高强钢承载力提高15%～20%，但焊接问题成为Q420和Q460使用的制约因素。低合金高强钢随着钢牌号的增加可焊性越来越差，使得高强钢管焊接施工对焊条、设备、施工工艺、人员配备等要素要求非常严格。另外，Q420、Q460高强钢管产品质量、稳定性以及供货都不易保证，产品性能离散性较高，且已应用的输电线路工程缺乏长期运行的经验。因此，钢管塔主材宜选用Q345钢管。

1.3角钢钢管组合方案

从受力特性来看，钢管的回转半径较大，在截面积和计算长度相同的条件下，钢管构件长细比角钢构件小。为减小长细比，提高角钢构件承载力，通常需要采用布置辅材来降低长细比，在一定程度上增加了铁塔的材料耗量。另外，钢管构件的风阻力系数较小，采用钢管塔对减轻铁塔重量效果比较明显。Ⅰ、Ⅱ型直线塔荷载小，角钢单价相对较低，因此，角钢钢管组合方案宜为Ⅰ、Ⅱ型直线塔使用角钢塔，其他塔型使用钢管塔。

2　特高压杆塔主材选型方案的经济比较

2.1技术经济指标对比

按照现行造价编制原则和价格水平，暂按市场价Q420角钢8 600元/t，Q345钢管10 900元/t，对3种方案的工程量及造价进行测算［6-7］，如表2所示。

表2　3种方案技术经济指标对比表

2.2技术经济指标分析

各方案的综合本体投资主要包括本体投资和编制年价差。

影响本体投资的主要因素为塔重。全钢管塔方案塔重指标最低，为332 t/km，其次是钢管与角钢组合方案，塔重指标为377.95 t/km，全角钢方案塔重指标最大，为435.62 t/km。由于上部荷载（静荷载及动荷载）的差异，使得基础尺寸、基坑大小存在显著差异，影响基础工程及土石方工程投资，因此，全钢管塔方案塔重指标最低，基础混凝土、钢材耗量最少，土方量最小；全角钢方案塔重指标最高，基础混凝土、钢材耗量最多，土方量最大。由于进本体取费铁塔、钢管塔价格相同，均为6 800元/t，因此，全钢管塔方案本体投资最少，全角钢方案本体投资最高。

影响编制年价差的主要因素为材料价差，即主要材料的预算价或市场价与进本体取费的价格之差。角钢塔材料市场价为8 600元/t，材料价差为8600-6800=1800（元/t），钢管塔市场价为10900元/t，材料价差为10 900-6 800=4 100（元/t）。结合上述各方案的塔重指标，角钢塔材料价差最低，组合方案材料价差较低，钢管塔材料价差最高。

在上述给定塔材价格的条件下，各方案的综合本体投资（本体+年价差），角钢塔方案最高，为867.39万元/km，钢管与角钢组合方案造价最低，为850.91万元/km；钢管塔方案略低，为852.68万元/km。

3　钢管和角钢单价差影响分析

影响3种方案经济性高低的主要因素为塔重指标和铁塔材料市场价格。角钢塔塔重指标最大，但价格最低；钢管塔塔重指标最小，但价格最高，钢管角钢组合方案居中。在外部荷载一样的情况下，各方案的塔重指标相对稳定。而塔材价格不同时期存在较大波动，因此，铁塔材料市场价格的波动将影响各方案的经济性排序。

各方案综合本体投资随着钢管塔与角钢塔单价差的变动进行变动。通过调整钢管和角钢的市场单价差异，绘制出综合本体投资随钢管角钢单价差异变化的趋势图，如图1所示。其中，横坐标为钢管与角钢单价之差，纵坐标为综合本体投资，阴影部分为不同价格差异下对应的经济方案。

当钢管和角钢单价差异小于x1时，即（x＜x1），钢管方案最经济；当钢管和角钢单价差异大于x1，小于x3时，即（x1＜x＜x3），角钢钢管组合方案最经济；当钢管和角钢单价差异大于x3时，即（x＞x3），角钢方案最经济。

图1　综合本体投资随钢管角钢价格差异变化趋势

依托皖电东送淮南—上海1 000 kV特高压交流线路工程，按照造价编制原则，计算结果为：当钢管和角钢单价差异小于2 140元/t时，钢管方案最经济；当钢管和角钢单价差异大于2 140元/t，小于3 360元/t时，角钢钢管组合方案最经济；当钢管和角钢单价差异大于3 360元/t时，角钢方案最经济。

4　结语

依托皖电东送淮南—上海1 000 kV特高压交流线路工程，系统总结了角钢、钢管、角钢钢管组合3种杆塔选材方案技术特性，并对各方案的经济适用条件进行分析。分析结果表明：当钢管与角钢单价差异小于2 140元/t时，钢管方案最经济；当钢管与角钢单价差异大于2 140元/t，小于3 360元/t时，角钢钢管组合方案最经济；当钢管与角钢单价差异大于3 360元/t时，角钢方案最经济。

［1］娄欣.中国特高压与超高压输电方式的技术经济分析及方案设想［D］.北京：华北电力大学，2010.

［2］刘振亚.特高压电网［M］.北京：中国经济出版社，2008.

［3］刘振亚.特高压知识问答［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［4］DL/T 5154—2012架空送电线路杆塔结构设计技术规定［S］.

［5］GBJ 50017—2003钢结构设计规范［S］.

［6］国家能源局.电网工程建设预算编制与计算规定 （2013年版）［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［7］国家能源局.电力建设工程预算定额（2013年版）第五册 调试工程［M］.北京：中国电力出版社，2013.

Technical and Economic Comparison of Tower Material Selection for 1 000 kV UHV Project

LIU Wei，WANG Wenming，GENG Qingshen，WANG Ningning
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute co.，Ltd.，Jinan 250013，China）

Combined with the Shanghai 1 000 kV ultra-high voltage（UHV）transmission line project，economic comparisons of principal material selections（steel angel，steel pipe and combination of angle and pipe）for the main member are conducted on the premise of meeting the same technical requirements.Results show that if the unit price difference between the pipe and angle is less than 2 140 yuan per ton，the pipe tower is the most economical；if the unit price difference between the pipe and angle is more than 2 140 yuan per ton and less than 3 360 yuan per ton，the combination of angle and pipe tower is the most economical；if the unit price difference between the pipe and angle is more than 3 360 yuan per ton，the angle tower is the most economical.

UHV；pipe tower；angle iron tower；technical and economic comparison

TM753

B

1007-9904（2015）11-0063-03

2015-06-27

刘巍（1983），男，工程师 ，从事电网工程概预算，特高压投标、概预算编制、经济评价等工作；

王文明（1987），男，工程师，从事结构动力分析方法研究和输电塔设计工作。