220kV输电线路拉线塔紧急缺陷应急抢修分析

常虎

（荆州市荆力工程设计咨询有限责任公司 湖北省荆州市 434000）

架空输电线路作为输送电力及联接电网的载体，在电力系统中占有极为重要的地位。近年来，输电线路通道环境有复杂、恶化趋势，其中有自然环境因素，也有众多人为因素，因此即使线路本体状况健康良好，也难以完全避免因外部因素导致的线路故障。随着城镇化速度不断加快，施工建设越来越多的影响着我们的线路运行安全，大型机械施工和工农业生产威胁着线路安全运行。本文即记录一起因外破倒塔，临时选用库存拉线铁塔进行抢修，当原设计的大规格拉盘一时难以到货，采用小规格拉盘应急的抢修案例。该案例中全部采用现有库存物资材料，仅耗时三天即完成抢修任务，恢复供电。

1 线路基本情况

某220千伏线路81#塔位于机动车道边，因机动车撞击一侧塔腿，导致该塔塔腿主材严重变形，急需更换该塔。因该线路负荷较大，停电时间有限，必须在三天内完成线路修复工作。输电运检室考虑采用库存的一基220ZML-24型拉线塔（使用条件满足本工程实际需求）补立在原塔远离机动车道一侧的田地里，用以取代原81#塔。220ZML-24型拉线塔为独脚拉线塔，原设计采用四根GJ-135镀锌钢绞线，四个0.9m×1.8m×0.25m规格的拉盘进行固定，拉线盘埋深2.6米，拉线对横担夹角在水平面投影45º，拉线对水平面夹角60º，拉线公称抗拉强度不应小于1400MPa，拉线初始应力为1400MPa。塔型示意图见图1，拉线布置方式俯视图见图2。

图1：塔型示意图

图2：拉线布置方式俯视图

220ZML-24型拉线塔为旧线路拆除的老旧塔型，原设计适配的0.9m×1.8m×0.25m规格的拉盘及GJ-135型镀锌钢绞线仓库已无库存，且因现阶段使用率较低，导致市面存量较少，一时难以采购到位。目前施工单位仓库仅余部分35千伏及以下农配网线路使用的0.6m×1.2m×0.2m规格拉盘8支及500米GJ-70型镀锌钢绞线。因此，业主单位考虑充分利用现有库存物资，考虑利用库存物资替换原设计方案的拉线及拉盘，重新布置拉线、拉线盘布局方式，并进行相应的稳定计算。

2 拟定方案

因ZML-24型拉线塔原设计方案的GJ-135拉线布置方式，为以塔身中心为圆心成等分90º布置，现考虑在原设计每根拉线方向上采用两根GJ-70型拉线进行等效替换，由两根细拉线分解原单根粗拉线的拉力荷载，同时两根细拉线还需成一定夹角进行布置，避免因拉盘布置过近，导致在进行拉盘上拔稳定计算时产生互相影响。

经查阅拉线规格表1及拉线盘规格表2，结合拉线及拉线盘具体性能参数，初步认为采用小规格拉线及拉线盘以二换一的方式对原设计方案的大规格拉线及拉线盘进行替换，能达到原设计方案的荷载能力，因此该设计方案在理论上存在一定可行性。

表1：拉线规格表

表2：拉线盘规格表

3 计算分析

3.1 上拔稳定验算

原220ZML-24设计使用拉线为四根GJ-135镀锌钢绞线，额定拉断力为187.94kN，拉线安全系数一般取K=2，反推得原每根拉线拉力设计值为T=187.94/2=93.97kN。原拉线与地面夹角为60度，原上拔力Ny=T×sin60º=93.97×sin60º=81.38kN,直线塔上拔稳定附加分项系数γf=1.1。

计算原设计条件下每根拉线上拔稳定力γf×Ny=1.1×81.38=89.52 kN。

计算条件：地质选取可塑粘土，现考虑选择2个小规格拉线盘替换原来的1个大规格拉线盘，小拉线盘规格为0.6m×1.2m×0.2m，拉线盘自重Q=3kN,拉线与地面夹角为60度，拉线盘上平面与铅锤面的夹角取ω1=60º，土的计算土重度取γs=16kN/m3，上拔角取α=20º，计算内摩擦角取β=30º。考虑地面有0.5m的耕土层。

基于基础施工安全风险考虑，应尽量避免出现超过开挖深度超过3米的深基坑作业，因此考虑将拉盘埋置深度设置为3米。

故拉盘土体上拔深度为ht=3-0.5=2.5m。

拟采用的长方形拉盘长宽比为2，换算成圆形底板D=0.6×（a+b）=0.6×（1.2+0.6）=1.08m

临界深度hc=1.5×D=1.62m

因上拔埋置深度大于基础上拔临界深度，故上拔土体体积计算简图参见图3。

图3：上拔深度ht大于临界深度hc时，拉线盘上拔计算简图

通过采用公式Vt=Hc×[（b×l×sinω1+（b×sinω1+l）×Hc×tanα+4/3×Hc2×（tanα）2]+b×l×(Ht-Hc)×sinω1

计算得本设计方案的小规格拉线盘抗拔土体的体积Vt=3.95 m3。

由此计算得单个小规格拉线盘抗上拔力δ=Vt×γs+Q=3.95×16+3=66.24kN

为避免因相同方向上的两个相邻拉线盘布置距离过近导致在进行上拔稳定计算时产生互相影响，充分利用单个拉线盘的抗拔能力。通过综合拉线盘规格、土体上拔深度、上拔角等因素，并经过计算分析，两个小规格拉线盘宜以原设计拉线方向为对称轴，成13º夹角布置。故本次设计方案拟采用的拉线布置方式俯视图详见图4。

图4：拟采用的拉线布置方式俯视图

由此计算两个拉线盘在原设计拉线方向上的上拔稳定合力δ1=2×δ×cos(13º/2)=2×66.24×cos6.5º=131.63kN>原设计条件下每根拉线上拔稳定力γf×Ny=1.1×81.38=89.52kN

据此，可认为采用本设计方案布置的小规格拉线及拉线盘上拔稳定验算合格。

3.2 水平稳定验算

将原设计拉线的拉力值置于单个小拉盘上进行验算

被动土抗力为X1=γs×tan2(45º+β/2)×h0×l×t=16×tan260º×2.5×1.2×0.6×cos60º=43.2kN

由垂直分量Ny产生水平抗力为T1=Ny×tanβ=81.38×tan30º=46.98kN

X=X1+T1=43.2+46.98=90.18kN>γf×Nx=γf×T×cos60º=1.1×93.97×c os60º=51.68kN

由此，可认为采用本设计方案布置的小规格拉线及拉线盘水平稳定验算也合格。

3.3 稳定计算结论

综合上述小规格拉线及拉线盘上拔稳定验算及水平稳定验算结果，发现采用小规格拉线及拉线盘以二换一的方式对原设计方案的大规格拉线及拉线盘进行替换，能达到原设计方案的荷载能力，且等效替换后，还具有较大裕度，满足本工程实际需求。

4 结语

随着我国城镇化建设程度的不断加深，各种人为原因导致的输电线路紧急事件几乎无法完全避免。考虑电网的特殊性质，一旦因发生事故造成输电线路停运，导致长时间的社会停电，对社会经济及人民生活造成较大影响。因此，电力设施的抢修应充分考虑社会影响，而尽量逐渐减少停电时间和停电范围。本文中论述的某线路81#塔的应急抢修即属于线路最严重的杆塔紧急缺陷之一。经过业主、设计及施工单位的充分论证、精心策划，抢修工作顺利进行，施工结束后线路运行顺利。总结该次成功经验，有以下三点：

（1）充分利用现有资源，采用轻质、小型化拉线盘，便于运输和安装。

（2）设计方案因地制宜，与施工现场紧密结合，解决了输电线路抢修塔拉线盘的选型问题，为安全、合理、经济地选用拉线盘提供了理论依据，适用于快速抢修。

（3）对于地质资料较为详实的区域，采用拉线塔方案时，可采用小规格拉线及拉线盘以二换一的方式对原设计方案的大规格拉线及拉线盘进行替换，此方案可作为拉线塔建设和改造的永久性方案。同时，该方案亦可作为线路施工过程中，各种拉线地锚的实施参考方案，具有较大的便利性和安全性。