“布—也”35kV输电线路24号铁塔倒塔原因与对策探析

“布—也”35kV输电线路24号铁塔倒塔原因与对策探析

杨存喜

(新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐830000)

【摘要】作为一种风敏感结构体系，塔—线输电结构在遇到强风条件下容易产生风振，给塔架结构安全性带来隐患，严重时易造成弯塔、倒塔事故。本文对“布—也”35kV输电线路在极端恶劣大风条件下发生的24号铁塔倒塔原因进行了分析，并提出了几种铁塔升级、加固对策，旨在提高输电线路铁塔的可靠性和安全性。

【关键词】输电铁塔；倒塔原因；加固对策

中图分类号：TM75

Analysis of ‘Bu-Ye’ 35kV power transmission line No.24 iron

tower collapse reasons and countermeasures

YANG Cunxi

(MWRXinjiangUygurAutonomousRegionHydroandPowerDesignInstitute,Urumqi830000,China)

Abstract:Tower-line power transmission structure can easily produce wind-induced vibration under the condition of strong wind as a wind-sensitive architecture, thereby bringing hidden danger to tower structure safety, tower can be bended and collapsed in serious condition. In the paper, reasons of No.24 iron tower collapse in ‘Bu-Ye’ 35kV power transmission line under strong wind conditions are analyzed, several iron tower updating and reinforcement countermeasures are proposed aiming at improving power transmission line iron tower reliability and safety.

Key words: power transmission iron tower; tower collapse reasons; reinforcement measures

随着国家在电力设施建设方面的大力投入，塔—线输电体系得到越来越广泛的应用，但因为输电塔—线体系本身具有轻质、高柔、小阻尼等特点，其结构会在恶劣气候条件(强风、急雨、暴雪、地震等)下产生剧烈振荡，易导致杆件变形甚至断裂，影响整个结构的安全性。在某些地方，风荷载是造成输电塔—线体系破坏的主要因素，特别是风致侧向载荷，历史上发生的多次风致倒塔事故也充分验证了这一点。因此，必须对输电塔结构薄弱环节和倒塔原因进行仔细分析，在此基础上提出有效防倒加固措施，增强体系抗风能力。因而，对于结构设计者和线路管理者来说，根据实际情况，在强风环境下确保设计的合理性、可靠性并做好线路的日常检修维护至关重要。

1工程概况

“布—也”35kV输电线路位于新疆北部布尔津县境内，于2009年建成投入运营。根据布尔津气象站1970—2008年的气象资料和规程要求，经过分析计算，风速按照34m/s进行设计并保有一定的安全裕度。“布—也”线24号塔采用772—24型单回路上字形直线塔，单塔重1746.2kg，铁塔总高度28.6m(其中呼称高24m)。其垂直档距为270m、水平档距达193m，选用LGJ—120/25型输电线。该塔型各项指标经核定均满足极限风速(34m/s)条件时的安全性。然而，近期全疆出现大范围异常大风现象，风速级别达到13～15级以上，风速达到33～47m/s，局部地区更高，全疆电力系统均不同程度受到风灾影响。其中，布尔津气象站监测到的30m高度风速突破40m/s。特大风速造成“布—也”线24号铁塔倒塔并殃及25号铁塔严重受损。

2倒塔原因分析

造成“布—也”线35kV输电线路24号铁塔倒塔及25号铁塔受损的原因有很多，其中特大风速为主要因素，同时也包括设计考量与运行维护不足等原因。

a.统计数据表明：期间布尔津局部区域风速达33.27m/s，根据分速级别划分为13级，属于飓风。该风速为10min自记录10m高度风速，此外按测风仪不同高度测风记录， 10min自记录20m高度和30m高度的风速分别为36.6m/s和40.26m/s，属多年不遇特大风速。

由上述数据可知，期间大风与塔架之间并非平行，增大了塔架与输电线的迎风面积，给铁塔施加了极大的侧向荷载。在长时间侧向荷载作用下，塔架底部钢结构受到剪力和弯矩作用，逐渐逼近结构设计抗剪、抗弯强度值，并最终突破局部强度极限值发生倒塌。

b.该工程铁塔紧固方式为：铁塔8m以下采用M16H6.8型防盗螺栓，8m以上采用SAE1010-1015型普通螺栓。普通螺栓的强度等级较低，一般低于4.8，自身材料硬度强度、抗扭和抗拉特性都不是很好。经过事故现场勘查，倒损铁塔的腰身及塔头部位均有螺栓松动现象。螺栓松动在风振情况下对铁塔构件稳定性产生极大负面影响，在大风来临时对铁塔的倾覆无疑起着推波助澜的作用。

c.塔架下部柱角等相应位置没有加设足够强度的横隔和斜撑等，无法抵抗突增的巨大剪力和弯矩。我国电力输送系统设计规范规定，输电塔设置横隔面需根据构造要求提出，在塔身坡度发生改变的部位、直接受扭矩作用部位断面处以及塔顶、塔角顶部断面处设置。而在塔身坡度不发生改变的区段，横隔面之间间距应小于平均宽度(宽面)的4倍，且小于3段主材分段。联系实际情况发现，在塔身不变段的底部发生折断倒塌，该部位承受的弯矩较大，最易破坏。据此分析，由于塔架结构底部承受了较大的侧向力，且未对其进行适当的横隔和斜撑设计，也是致使塔架结构破坏的一大原因。

事故产生的主要原因为此次多年不遇的特大风速，虽然设计风速的取值符合规范要求，但对区域性特大风速预计不足；其次运行维护管理不到位，螺栓应定期紧固；此外由于没有进行适当的横隔和斜撑设计，导致对侧向压力的抵抗能力不足。

3抗风加固对策

a.由于受24号铁塔倒塔影响，25号铁塔部分主材和辅材受损程度严重。因此，建议设计部门对原有输电线路工程设计标准进行改进，同时复核设计风速并依据往年气象资料对大风概率进行调整，提高铁塔抵抗极端恶劣气候的能力。可将原24号、25号铁塔(塔型为772—24)拆除，更换为两基774—21塔型。更换时还要注意使此段塔-线布设方向与最大风速方向趋于平行，尽量减少迎风面积。同时，用于浇灌铁塔基础的混凝土强度等级至少选用C20，混凝土主筋可采用HRB400或HRB335，箍筋可采用HPB300。最后，采用地脚螺栓形式连接铁塔与基础。

b.螺栓紧固方式调整。经核验，铁塔8m以下仍可采用原有型号防盗螺栓，8m以上则换装更高规格的机械摩擦防松螺栓，加装弹簧垫圈。采用弹簧钢材料的弹簧垫圈在装配后被压平，由于垫圈本身具有的弹性势能较大，其反弹力作用到螺栓和螺钉，从而使螺纹间保持较高的摩擦力和压紧力，达到防松目的。这样就可以做到在兼顾防盗要求的前提下，充分紧固铁塔，保证铁塔整体稳定性。同时紧固过程必须严格按初拧和终拧、由中间向两边同步施拧的步骤完成，并注意做好日常的检修和加固。

c.由实际经验和模拟资料可知，风致最大应力一般出现在结构下部第1、第2段，这与现场24号铁塔倒塔情况完全一致。适当增加横隔面对提高铁塔整体刚度有利。此外，加宽塔身对提高铁塔抗弯刚度效果显著，同时将变坡位置宽度适当增加可以有效避免扭转振型转变为铁塔风致第一振型。特别在加设横隔或斜撑时应注意，横隔面需搭设在塔身坡度恒定段内，间距应不大于4倍平均宽度和3个主材分段的长度。基于上述分析，在结构最大应力处以局部增加横隔和斜撑的方式进行加固，加固部位如下图所示。

输电铁塔加固示意图

4结语

在我国电力行业大发展的今天，输电塔—线防灾抗灾体系的建立和完善对确保输电塔线体系的安全运行至关重要。针对输电塔架等高耸结构设计标准对体系动力响应的盲目性、局限性以及恶劣气候条件(地震、暴雪和大风等)下输电塔线体系时有破坏的现实情况，通过对此次“布—也”线35kV输电线路24号铁塔倒塔情况的深入调查分析，进一步深化了对输电塔架风致倒塔机理及其结构防风抗风加固方法的认识，并得出以下主要结论：

a.由于采用的输电塔防风抗风设计方法和设计标准的不完善，由此设计的输电塔—线体系在结构上的薄弱环节比较明显，应引起结构设计人员的重视。

b.注意风向角的结构强度验算，尽量减小导线与风向之间的夹角，将导线迎风面积降低，同时还需要提高铁塔连接杆件的刚度、强度。

c.对输电塔的薄弱环节采用增加适量的斜撑、横隔进行加固是明显降低其应力水平的有效方法，对于提高抗风能力极为有利。

参考文献

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