李?yuàn)檴? 楊權(quán)

摘 要：2008年，在我國(guó)南方各省，突然爆發(fā)了大雪災(zāi)，由于覆冰造成的塔身偏重和鋼材強(qiáng)度不足等原因，導(dǎo)致輸電鐵塔的大規(guī)模倒塌，造成大面積的停電，不僅給人民生活帶來(lái)極大的不便，還對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成了極大的損失[1]。說(shuō)明我國(guó)迫切的需要增強(qiáng)輸變電技術(shù)的研究，來(lái)提高我國(guó)鐵塔的制造質(zhì)量和制造水平。為了加強(qiáng)鐵塔承載能力，同時(shí)減輕塔重、特高壓輸電線路鐵塔的塔材采用低合金高強(qiáng)鋼，如Q345、Q420和Q460等鋼材，可以加強(qiáng)鐵塔的承載能力、減輕鐵塔的重量、節(jié)省鐵塔鋼材的消耗，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：輸電鐵塔;高強(qiáng)鋼;低溫;力學(xué)性能;焊接工藝

引言

輸電線路是電力系統(tǒng)的大動(dòng)脈，在保障民生和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。為了避免供電系統(tǒng)被破壞，輸電線路應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施。在雷雨天氣時(shí)，高壓雷電流會(huì)破壞電力設(shè)備與輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行，所以提高輸電線路的耐雷水平十分必要。

1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

架空輸電線路跨越高速鐵路需同時(shí)滿足電力行業(yè)和鐵路行業(yè)的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程要求，現(xiàn)行架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范和高速鐵路技術(shù)規(guī)程均未對(duì)輸電線路跨越高鐵設(shè)計(jì)安全可靠性進(jìn)行明確規(guī)定，致使各種跨越高鐵的輸電線路的安全可靠性參數(shù)要求不統(tǒng)一?，F(xiàn)行的架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50545-2010）自2010年實(shí)施，該版本為電力部門(mén)總結(jié)2008年雪災(zāi)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，廣泛征求多方意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)深入研究，由《110kV～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5092-1999）發(fā)展而來(lái)。新舊標(biāo)準(zhǔn)在影響架空輸電線路結(jié)構(gòu)安全的主要因素氣象條件（風(fēng)荷載、覆冰荷載）的取值上有所不同，在線路結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取值上也不同，高速鐵路技術(shù)規(guī)范則在跨越高速鐵路的輸電線路可靠性方面也未進(jìn)行具體的規(guī)定。因此，本文綜合電網(wǎng)和鐵路行業(yè)相關(guān)規(guī)范及規(guī)定文件，研究電力線路跨越高速鐵路安全運(yùn)行影響力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。目前，中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司管轄范圍內(nèi)跨越高鐵輸電線路均按該標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，至今均運(yùn)營(yíng)良好，在惡劣天氣中未發(fā)生倒塔、斷線等事故。

2導(dǎo)線的性能研究

2.1導(dǎo)線的電氣性能

在進(jìn)行導(dǎo)線選擇時(shí)，電氣性能應(yīng)作為重要選擇條件。電氣性能越好，意味著它的載流量越大，載流量的大小直接影響電力輸送能力及輸電效率，所以要選擇承載能力強(qiáng)的導(dǎo)線。載流量大的導(dǎo)線即便線路發(fā)生事故，也不會(huì)出現(xiàn)較大的安全問(wèn)題。在電網(wǎng)運(yùn)行中，也要充分考慮到電能對(duì)導(dǎo)線過(guò)載流量的影響，特別要考慮天氣變化對(duì)導(dǎo)線電氣性能的影響。核算導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)時(shí)，導(dǎo)線的耐熱性和抗寒性要充分考慮，溫差過(guò)大都可能對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生不良影響，要在最大程度上確保導(dǎo)線線路能夠適應(yīng)周?chē)鷾囟鹊淖兓碍h(huán)境的變化，使導(dǎo)線的使用壽命最大限度延長(zhǎng)。

2.2導(dǎo)線的機(jī)械特性

對(duì)不同導(dǎo)線的機(jī)械特性進(jìn)行比較分析時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)桿塔與導(dǎo)線弧垂的重量有著緊密的關(guān)系。這就需要通過(guò)進(jìn)一步分析導(dǎo)線的弧垂性來(lái)判斷導(dǎo)線的性能是否良好。在高溫條件下，導(dǎo)線的自重、拉力、鋁鋼截面等因素也要作為參考的標(biāo)準(zhǔn)。比如在40℃的條件下，計(jì)算導(dǎo)線弧垂時(shí)要觀察記錄其最小的弧垂。還要計(jì)算導(dǎo)線的風(fēng)偏角，一般在平均風(fēng)速27m/s的情況下，導(dǎo)線的垂直荷載是最小的。這時(shí)需要采用塔型的設(shè)計(jì)，降低風(fēng)偏角的大小，并對(duì)塑形指標(biāo)Kv值做好對(duì)應(yīng)記錄。導(dǎo)線的機(jī)械特性主要包括弧垂、荷載、風(fēng)偏角、過(guò)載能力等。從弧垂特性看，中強(qiáng)度全鋁合金絞線無(wú)疑是最好的，剩余的導(dǎo)線弧垂特性差異不大;從水平荷載來(lái)看，所有導(dǎo)線基本相同;從垂直荷載來(lái)看，鋁合金芯鋁絞線是垂直荷載偏小的;從順線張力來(lái)看，鋁合金芯鋁絞線也是最小的。

3提升輸電線路大規(guī)格高強(qiáng)度鋼材低溫力學(xué)性能的策略

3.1提升設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量

根據(jù)高壓輸電線路施工需求，明確電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)和關(guān)鍵部位，做好常見(jiàn)故障的應(yīng)對(duì)防御工作，制定出可行性較高的設(shè)計(jì)方案。例如，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，高壓輸變電桿是比較容易發(fā)生故障的部位，所以在設(shè)計(jì)高壓輸變電桿時(shí)，需要落實(shí)設(shè)計(jì)檢驗(yàn)工作，充分考慮桿塔的機(jī)械性和絕緣性，優(yōu)選控桿塔建筑材料。同時(shí)，結(jié)合桿塔建設(shè)的外部環(huán)境，如：氣候條件、水文條件對(duì)桿塔安裝的影響，合理規(guī)劃桿塔布局，既要控制桿塔建設(shè)成本，又要保障桿塔建設(shè)質(zhì)量。在設(shè)計(jì)架空線路的路徑選擇時(shí)，也需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如：地理環(huán)境、交通布局等，不能一味模仿以往的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)該落實(shí)具體問(wèn)題具體分析工作方針，才能保障后期設(shè)計(jì)落實(shí)的有效性。例如，如果高壓輸電線路施工場(chǎng)所為平地區(qū)域，可以先考慮交通布局、社會(huì)因素。如果施工場(chǎng)所為山地丘陵、高山峻嶺，就應(yīng)該優(yōu)先考慮地理因素，克服地勢(shì)險(xiǎn)峻的施工困難。此外，“抗冰”是高壓輸電線路電氣設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，也是高壓輸電線路的常見(jiàn)故障問(wèn)題。因此，為了提升高壓輸電線路的輸電安全性，做好抗冰預(yù)防和防御工作非常必要，這也是提升電氣設(shè)計(jì)方案可行性的關(guān)鍵。

3.2高強(qiáng)鋼焊接加工工藝

輸電鐵塔對(duì)塔材的焊接工藝要求很高，不僅需要焊材與母材具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、韌性和塑性，還需要其焊后裂紋率低，不出現(xiàn)層狀撕裂現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)高強(qiáng)鋼在輸電線路工程中的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)鐵塔塔材的冷加工工藝，對(duì)于高強(qiáng)鋼和普通鋼區(qū)別不大，并且高強(qiáng)鋼的剪切、制彎、火曲和打孔等主要加工工藝可以滿足要求;但是在高強(qiáng)鋼的焊接塔材過(guò)程中，避免冷裂紋和層狀撕裂等現(xiàn)象的加工技術(shù)能力有所欠缺，所以高強(qiáng)鋼的焊接加工工藝需進(jìn)一步完善。只有保證了焊接工藝的合理性和有效性，才能保證低合金高強(qiáng)鋼焊接接頭的良好焊接質(zhì)量。在高強(qiáng)鋼加工及焊接時(shí)，必須對(duì)每個(gè)工序做好記錄，并且對(duì)每一道工序加強(qiáng)質(zhì)量控制、焊接過(guò)程的管理和結(jié)果的檢驗(yàn)。雖然高強(qiáng)鋼有良好的力學(xué)性能，但是由于低合金高強(qiáng)鋼的碳當(dāng)量偏高，使其焊后冷裂紋、熱裂傾向和再熱裂紋出現(xiàn)概率增加。這種焊接劣化現(xiàn)象對(duì)高強(qiáng)鋼在輸電線路工程中的應(yīng)用推廣極為不利。

3.3重視前期勘測(cè)工作

為了提升高壓輸電線路電氣設(shè)計(jì)的科學(xué)性，落實(shí)前期勘察勘測(cè)工作，掌握高壓輸電線路施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如：氣候條件、地質(zhì)環(huán)境等等，為電氣設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。例如，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，必須先進(jìn)行施工周?chē)貐^(qū)勘測(cè)，分析電氣線路路徑設(shè)計(jì)方案，了解施工區(qū)域的特殊情況，并將其考慮到設(shè)計(jì)方案中，合理運(yùn)用和配置人力物力資源，方能獲得最大的效益。同時(shí)，根據(jù)高壓輸電線路施工場(chǎng)所，調(diào)查類(lèi)似環(huán)境區(qū)域的常見(jiàn)問(wèn)題，在原有設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)輸電線路工程中，鐵塔的設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)情況，優(yōu)化高強(qiáng)鋼的焊接加工工藝，加強(qiáng)各工序的質(zhì)量控制，來(lái)保證焊后冷裂紋防止措施工藝的實(shí)施，可以保障高強(qiáng)鋼在鐵塔應(yīng)用中的可靠性和安全性。在工業(yè)制造中，自動(dòng)化焊接技術(shù)可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高焊接效率，在保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上，推廣自動(dòng)化焊接技術(shù)將成為制造工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]許順德，陳義.空間受限地區(qū)高壓架空輸電線路鋼管桿基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].南方能源建設(shè)，2018，5（S1）：157-160.

[2]曲以楠.輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（24）：116-117.

[3]劉煜，劉立琪.電力系統(tǒng)中高壓電纜輸電線路設(shè)計(jì)問(wèn)題[J].通信電源技術(shù)，2018，35（12）：86-87.

[4]盧霽明，龔小燕.±800kV特高壓直流輸電線路防雷接地設(shè)計(jì)淺議[J].云南電力技術(shù)，2018，46（06）：51-53.

[5]李佳雨.高壓輸電線路電氣設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題及對(duì)策[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2018（12）：31.

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