500kV科沙1号、2号线倒塔原因分析.pdf

东北 电力技 术 2 0 0 9 年 第1 期 5 0 0 k v科沙 1 号 、2号线倒塔原因分析 co l l a p s e o f tr a n s mi s s i o n to we r s o f ke s h a no 1 a n d no 2 li n e i n 5 0 0 k v p o we r n e t wo r k s 郑广 渊 ，何振 江 ，朱宝 刚 ( 通辽供 电公司，内蒙古 逦辽0 2 8 0 0 0 ) 摘要：根据 5 0 0 k v紧凑型输电线路遭受龙卷风袭山后造成倒塔的实际情况 ，付倒塔情况、气象资料、殴计资料及塔材进行 分析，找出倒塔原因，提出防范措施。 关键词：紧凑型；倒塔；原 ；对策 中图分类号t m 7 5 文献标识码b 文章编号1 0 0 4 7 9 1 3( 2 0 0 9 )0 1 0 0 2 2 0 3 2 0 0 8年 9月 1 7日 1 9 ：4 0 ：5 7及 l 9：4 1 ：1 4 ， 东北电网 “ 西电东送”重要输电通道 5 0 0 k v科沙 1 号、2号线相继跳 闸。在 2 l ：1 9及 2 1 ：4 4 ，科沙 2 号 、l 号线分别 强送不成功。2 3 ：0 0左 右，巡视发 现科沙 1 号线 2 0 2 、2 0 3 、2 0 6号塔整体倾倒 ，科沙 2 号线 2 0 7号塔塔头弯折 、2 0 8号塔整体倾倒 ，插入式 基础角钢不同程度弯扭变形，故障区域导 、地线断 股损伤严重，绝缘子 、 金 几乎全部损坏。 1 倒塔情况 1 1 科 沙 1号线 2 0 2、2 0 3、2 0 6号塔 整体 倾 倒 ( 各有 2个屈服点 ) 科沙 l 号 、2号线倾倒铁塔位置如 图 i 所示 。 2 0 2号塔第 1个屈服点距地面 9 0 h 1( 下数 1 段 、2 段主材连接处 ) ，向小号面偏左弯扭 ，第 2个屈服 点距地面 3 2 0 m ( 塔颈部下方 2 0 m主材处) ，向 大号面偏右弯扭 ，如图 2所示 2 0 3号塔第 1个屈服点距地面 8 0 r n( 下数 1 段、2段主材连接位置上方 l m处) ，向大号面偏左 弯扭，第 2个屈 服点距地 面 1 7 3 m ( 塔 颈部下方 1 7 i n主材处) ，向小号面偏左弯扭 ，如图 3所示。 通过对弯扭方 向分析 ，2 0 2号与 2 0 3号塔倾倒 关联不大。与 2 0 2弓 塔 相邻的 2 0 1号塔横拥部分 出 现较大的弹性形变，而且 2 0 2号塔头部接触地面处 有 2次受力拖拽迹象 ，说明 2 0 2号塔先于 2 0 3号塔 倾倒 ，倒落后受到 2 0 3 塔倾倒瞬j 1 _i j 张力冲击 ，使 损毁程度更为严重。 2 0 6号塔第 1个屈服点距地面 9 0 n ( 下数 1 段 、2段主材连接处 ) ，向大号面偏左弯扭 ，第 2 个屈服点距地面 2 6 5 il l(卜 数 l 段 、2段主材连接 硐1 沙 1 、2净饯倾倒铁塔位置 i 2 2 0 2号塔1 顼悸 0 脊况 位置下方 0 5 1 1 处 ) 向小 号面偏 右弯扭 ，曰、c 腿插入基础角钢 最下层连接螺栓处撕裂 ，两侧耐 张塔无明娃损伤 通过对弯扭方向分析 ，大号侧曾 承受很大的风简载铁塔向大号 侧倒落至一定角度 后 ，受到小号侧耐张塔所承受张力的反作用力 ，向 小号面弯扭 ，如 4所示 2 0 0 9 年第1 期 东北 电力技术 碱赣 i 唏壤 盎t 一 3 l锥 旃 a 辩 摩章 磷鼯j 鬟 藿瞿槠 舔 3 s 策 图 3 2 0 3号塔倾倒情况 图 4 2 0 6号塔倾倒情况 1 2 科沙 2号线 2 0 8号塔整体倾倒 、2 0 7号塔头 部弯折 2 0 8号塔有 2个屈服点，第 1个屈服点距地面 9 0 m ( 下数 1 段 、2段主材连接处) ，向大号面偏 右弯扭 ，第2个屈服点距地面 2 4 0 m ( 上数 1 段 、2 段主材连接处) ，向小号面偏左弯扭 ，如图 5所示。 图 5 2 0 8 塔 倾 倒 情 况 2 0 7号塔由上下曲臂连接位置导线挂线点处向 大号侧偏左弯折 。通过弯扭 方向分析 ，2 0 8号塔倒 落过程产生瞬间极大 的不均匀张力使 2 0 7号塔头部 严重弯折 ，如图 6所示。 2 故障原因 从铁塔受力情况分析看，直线塔大部分杆件 主 图 6 2 0 7号 塔 弯 折 情况 材、 斜材均属设计最大风荷载控制， 仅有部分横担的 主材、 斜材属安装及断线工况控制， 塔身极少部分斜 材属于断线工况控制。耐张转角塔主要受导地线的角 度荷重控制。从倒塔情况看，均为直线塔，无耐张转 角塔 ，说明线路可能遭遇了不可抗拒的风荷载。 从线路杆塔排位情况看 ，发生故障的 5基铁塔 均为 d c z 1系列 ：d c z 1型和 d c z 1 h型。这两种塔 型的设计条件基本相同 ，区别仅在腿部。d c z 1 使 用在平地 ，为平腿 ；d c z i h使用在丘 陵地 区，为 旋转高低腿 。从铁塔各杆件受力情况分析 ，均与线 路呈 0 。 、4 5 。 及 9 0 。 等风 向控制 ，与现场实 际情况 相吻合。倾倒的4 基铁塔虽然邻近，但倾倒方向并 不相同，说明风向在不同位置是不 同的。 2 1 气象资料 根据气象部 门提供的资料及现场调查得知，线 路跳闸时倒塔 区域 曾遭受龙卷 风袭击 。9月 1 7日 1 9 ：3 0龙卷风从科左后旗甘旗卡镇章文他拉 嗄查 刮起 ，走向 自西偏北至东偏南 ，途经 5 0 0 k v科 沙 1 号 、2号线 ，向彰武县 阿尔乡方 向移动，风带 长 度约 1 5 k m，宽度 2 0 0 1 5 0 0 m，最大风力 l 2级 ， 瞬时风速 3 6 m s 以上 ，龙卷风走 向如图 7所示。 2 2 铁塔设计及承载能力 5 0 0 k v科沙 1号、2号线所使用的直线塔、转 角塔均依据 1 1 0 5 0 0 k v架空送电线路设计技术 图 7龙卷风走向示意图 2 4 东北 电力技术 2 0 0 9 年第1 期 规程 、 架空送电线路杆塔结构设计技术规定 、 钢结构设计规范 等现行 国家规范 、电力行业标 准及工程初步设计原则进行设计。杆塔受力分析按 极限状态设计 ，铁塔在规定 的荷载条件下，保证结 构的强度 、稳定及变形要 求，确保线 路安全运行。 极限状态设计方法表明，当结构超过规定荷载铁塔 就会出现较大变形 ，从而影响线路的正常使用。 d c z 1和 d c z 1 h均 为直线塔 系列的 “i” 型 塔，其使用条件是：水平档距为 4 2 0 il l( 4 4 0 i1 ) ， 垂直档距为 5 5 0 m，设计最大风速为 3 2 1 1 1 s ，最大 覆冰为 1 0 m m，导线断线 张力为 3 1 5 6 3 k n，地线 断线张力为 1 5 3 k n。 按实际档距验算 ，d c z 1系列塔当风速达到 3 4 m s 时 ，铁塔处于失稳破坏临界点 ；风速达 3 6 m s 时，铁塔部分杆件 失稳 ，最大应力超 出 2 7 ，超 出应力的杆件主要集中在下 曲臂和腿部主材。 根据气象资料 ，当时现场龙 卷风瞬 时风速达 3 6 m s 以上 ，折算到该线路铁塔计算基准高 2 0 m， 风速为 4 0 r n s 以上。按 4 0 1 r s 验算 ，6 0 杆件超 条件 ，而且大部分为主要杆件。塔身部及腿部主材 超应力 4 0 左右，下 曲臂正面斜材超应力达 5 0 ， 下曲臂 内侧斜材超应 力 4 0 ，腿部 斜材超应力达 3 5 。此时铁塔已处于完全破坏状态 ，与现场 4基 倾倒铁塔损伤部位吻合。 2 3 铁塔结构 经现场勘查 ，倾倒铁塔 8 13 1以下均做 防盗处 理，8 m以上整塔均做防松处理 ，塔材齐 全，各部 连接螺检紧固扭 矩值符合 架空送 电线路施工及 验收规范标准，无人为破坏迹象。 2 4 设计 、施工、监理 、验收 、投产等工序审查 经审查此次倾倒铁塔原始计算书 、设计文件 、 施工 图、监理 及验收报告 等资料，工程 设计 、施 工 、监理 、验收、投产等工序均符合国家标准及相 关行业规范要求 。 2 5 铁塔材质检验 为深入分析倒塔原因，选取 5 0 0 k v科沙 号、 2号线倾倒铁塔具有代表性塔材送往东北电力科学 研究院进行材质检验 。经几何尺寸测量 、化学成分 分析 、机械性能测试 、金相组织检验 ，塔材材质合 格。 此次龙卷风 瞬时风速达 3 6 m s以上 ，而 5 0 0 k v科沙 1号 、2号线设计 最大风 速仅为 3 2 m s 。 因此 ，可 以判定 5 0 0 k v科沙 1号 、2号线倒塔 是 由于遭遇超设计条件的龙卷风所致 。 3 防御对策 a 建立线路气象资料档案 线路设计时收集 的沿线气 象台 ( 站 ) 的气 象 资料 ，很难反映沿线风 口、丘陵或高山局部特殊地 段的气象情况。建议对输 电线路经过的微地形 、微 气象点进行深入考察和研究 ，必要时设立气象观测 点，在输电线路杆塔上使用风速仪等新装备和新技 术 ，加强监测 。将调查和收集 的微地形 、微气象资 料作 为线路运行维护的内容 ，建立完整的线路气象 资料档案，为输电线路抗风设防提供依据 。 b 提高新建输电线路设防水平 与其他国家的设计规范相比，我国输 电线路设 计标准偏低是风灾影响严重的主要原 因之一。电网 新建工程应严 格按照 国家 电网公司 新 电网规划 设计标准 开展设计 ，落实新标 准 中调整 的重点 内容 ，科学合理应用新标准。对 于多次出现龙卷风 等 自然灾害地区，采取适 当缩短档距 、提高线路机 械强度 、缩短耐张段长度限制影响范围、双 回线路 提高一 回路设防水平的同时要考虑同一条线路不同 区段的差异化设计等措施 。 c 对运 行中的乖要输 电线路进行改造 按照国家 电网公州 电网差 异化规划设计指 导意见，做好 “ 重要线路”差异化改造 ，提高设 防标准是抵御 f 1 然灾害的有效措施。科沙 1号 、2 号线是东北 电网公 司西电东送的重要输电通道 ，线 路相距较近，走廊复杂 ，一旦遭遇 自然灾害，2条 线路同时损害 ，损失和影响较大 ，应适时按差异化 标准启动第 3条输电通道建设 ，有效防止大面积停 电事件发生。 d 建立相应的应急机制及灾后快速恢复和重 建机制 龙卷风具有移动速度快 、破坏性强等特点 ，龙 卷风中心最大风力可达 1