Q420Q460高强钢在特高压交直流输电铁塔中的应用PPT课件.ppt

420 Q460高强钢在特高压交直流输电铁塔中的应用 秦庆芝 淮南 上海输变电工程变电站初步设计淮南1000kV变电站 北京国电华北电力工程有限公司 Q420 Q460高强钢在特高压交直流输电铁塔中的应用 内容 Q420 Q460高强钢在输电铁塔中的应用现状 Q420 Q460高强钢特性 Q420高强钢在1000kV交流输电铁塔中的应用 Q420高强钢在 800kV直流输电铁塔中的应用 1000kV交流输电钢管塔应用Q4 0高强钢试验研究 Q420 Q460高强钢工程应用技术经济比较 Q420 Q460高强钢应用需注意的问题 Q420 Q460高强钢在输电铁塔中的应用现状我国输电线路铁塔一般采用角钢结构 当有特殊需要时采用钢管结构或混凝土结构 铁塔用材主要以Q235和Q345热轧角钢型材或钢板为主 Q235和Q345钢材具有强度稳定性好 离散度低的优点 缺点是屈服点低 与国外先进国家相比我国输电铁塔结构所用钢材强度值偏低 可选择的范围较小 如日本常用的SH590钢屈服强度440Mpa 美国的ASTMA572钢 屈服强度450Mpa 近几年 随着我国电力建设的快速发展和特高压交直流工程的建设 使得铁塔趋于大型化 同塔多回路 电压等级为特高压等都使铁塔设计荷载越来越大 常用的Q235和Q345热轧角钢强度和规格难以满足工程使用要求 虽然可用组合角钢和钢管来解决但在加工 施工和经济性等方面存在一些弊端 经对铁塔优化设计和综合技术经济比较采用高强度的Q420 Q460高强钢更具用实用性和经济性 因此在近几年设计完成的特高压交流1000kV 直流 800kV工程 750kV 660kV以及500kV的同塔双回路等输电线路工程都大量的采用了Q420高强钢 取得了较好的经济和社会效益 Q420 Q460高强钢特性Q420 Q460高强钢与普通Q235和Q345钢材相比 本身具有强度高的特点 在强度和承载力上能提高很多 但其稳定系数折减也比Q235和Q345钢材快 对轴心受拉强度控制构件 其选材主要是由材料本身强度来决定 强度越高其所用材料越少 对于轴心受压稳定控制构件 构件的长细比 是主要影响因素 钢材强度设计值单位为N mm2 铁塔结构是输电线路的直接支撑结构 铁塔受力材主要由轴心受力的强度控制和轴心受压稳定控制 采用Q420 Q460高强钢与普通Q235和Q345钢材相比承载力有明显提高 强度等级钢材的强度承载力比值 厚度 16mm 稳定系数 以轴心受压主材 长1500mm L160 16角钢为例 不同强度等级钢材的承载力比值见下表 稳定系数 输电铁塔结构设计采用高强度Q420 Q460钢材 对常用的主材构件 其强度和承载能力都有较大提高 示例构件Q420强度较Q235提高77 较Q345提高23 Q460强度较Q235提高93 较Q345提高34 承载力Q420较Q235提高60 较Q34518 Q460较Q235提高69 较Q345提高24 强度和承载能力都有明显提高 因此可达到节约钢材的作用 3 Q420高强钢在1000kV交流输电铁塔中的应用1000kV晋东南 南阳 荆门交流特高压试验示范工程是我国拥有自主知识产权 自主研发设计的第一条1000kV特高压交流输变电工程 输电线路起自山西省长治的晋东南1000kV变电站 经河南省南阳1000kV开关站 止于湖北省荆门1000kV变电站 输电线路单回架设 线路全长约639 847km 额定电压为1000kV 自然输送功率为5000MW 由中国电力顾问集团公司和华北 中南 华东 西北 西南 东北六大设计院共同完成输电铁塔的设计 全线采用角钢型铁塔 铁塔塔材用量约10万吨 依据路径特点优化设计了平地 丘陵地区适用的猫头型直线塔 山区适用的酒杯型直线塔和干字型耐张塔 塔高限制区门型限高塔 煤矿采动动影响区分体型耐张塔等共45种塔型 猫头型及酒杯型直线塔采用导线呈中相 V 串 边相 I 串排列 工程应用的铁塔经过优化设计后 塔身主材 横担主材及塔身横材等均采用了Q420高强钢 有效的降低了铁塔的材料耗量 kV山区酒杯型直线塔实景 kV平地 丘岭猫头型直线塔实景 kV干字型耐张转角塔实景图实景 kV限高区门型直线塔实景图 kV限高区门型耐张转角塔实景图 kV煤矿采动影响区分体耐张塔实景图 1000kV特高压输电铁塔 采用8分裂LGJ 500 35导线 电气间隙 铁塔外荷载及塔型尺寸等都较一般500kV线路铁塔大且更为复杂 根据特高压工程建设 安全可靠 自主创新 经济合理 环境友好 国际一流 的原则 铁塔优化设计时在塔身主材 横担主材及塔身横材 角钢规格在L100X8以上时均采用了Q420高强钢 并配合8 8级M24的螺栓 优化了结构的构造 减少了设计 运输 安装的工作量 有效地降低了铁塔耗钢量和节省工程投资 取得了较好的经济效益 以1000kV特高压输电铁塔ZBS2酒杯型直线塔为例 呼称高60m 铁塔全高65m 单基塔重63 47t 其中Q420高强钢应用28 09t 占整个塔重的44 塔腿主材如采用Q345钢材料规格为2L180X16 采用Q420高强钢材料后规格降为2L160X14 塔身某段主材 如采用Q345钢材料规格为组合角钢2L180X12 采用Q420高强钢材料规格降为单肢角钢L200X20 以1000kV特高压输电铁塔JTS1干字型耐张塔为例 呼称高45m 全高72 3m 单基塔重97 398t 其中Q420高强钢应用33 635t 占整个塔重的34 5 塔腿主材如采用Q345钢材料规格为2L200X20 采用Q420高强钢材料规格降为2L200X16 塔身某段主材 如采用Q345钢材料规格为2L200X16 采用Q420高强钢材料规格降为2L180X14 经过铁塔优化计算采用Q420高强钢材对常用的主材构件 其强度和承载能力都有较大提高 降低塔重约6 8 左右 Q420高强钢在 800kV直流输电铁塔中的应用云南 广东 800特高压直流输电线路工程 是由六大设计院和广东电力设计院联合设计的我国第一条特高压直流输电线路工程 导线采用6分裂LGJ 630 45导线 设计覆冰厚度10mm 30mm 线路全长约1417km 系统输送功率为5000MW 全线采用角钢型铁塔 经过充分的合理规划及优化设计共设计了49种塔型 在铁塔结构的塔身主材 横担主材等关键部位均采用了Q420高强钢 与之相匹配的连接螺栓采用了8 8级高强螺栓 800kV云南 广东特高压直流线路直线塔实景图 800kV云南 广东特高压直流线路直线转角塔实景图 800kV云南 广东特高压直流线路耐张转角塔实景图 2007年在北京昌平科技园区建成了我国第一个进行 800kV直流输电关键技术研究的特高压直流试验基地 它在电压等级 设计规模 综合试验能力等方面均处于世界领先地位 其中同塔双回直流试验线段总长1084m 是世界最长 试验线段可升压至 1200kV电压等级世界最高 包括电源终端塔 换极性塔 门型直线塔和门型锚塔等 800kV特高压直流试验基地试验线段塔型 800kV特高压直流试验线段门型直线塔实景图 门型直线塔总高88米宽80米 设有连接两侧立柱的固定横梁和两层各60米长活动横梁 采用全螺栓连接角钢结构 塔型结构主材采用十字四组合及双拼组合角钢 斜材采用T型双组合角钢 两层活动横梁垂直方向运动和水平移动为自动控制 该塔单基总重705吨 其中塔架重量565吨 两层活动横梁各重70吨 在铁塔设计时针对外荷载大的特点 在各种塔型结构的塔身主材 横担主材均采用了Q420高强钢 与之相匹配的连接螺栓采用了8 8级高强螺栓 有效地降低了7 的塔重 在保证安全可靠的基础上取得了较好的经济效益 向家坝 上海 800kV特高压直流输电线路工程和锦屏 苏南 800kV特高压直流输电线路工程 导线分别采用6分裂ACSR 720 50导线和6分裂ACSR 900 4 导线 线路全长1 km和 km 输送容量为7200MW 全线采用角钢型铁塔 在铁塔结构的塔身主材 横担主材等关键部位均采用了Q420高强钢 与之相匹配的连接螺栓采用了8 8级高强螺栓 以向家坝 上海 800kV特高压直流输电线路工程应用的ZC30102型直线塔为例 呼称高60m 铁塔全高66 5m 单基塔重46 29t 其中Q420高强钢应用19 80t 占整个塔重的42 塔腿主材如果采用Q345钢材料规格需使用组合角钢2L180X14 采用Q420高强钢材料规格可以为单肢角钢 Q420L200X24 不仅降低了杆件规格 又减少了组合角钢连接的缀板和加工 安装工作量 1000kV交流输电钢管塔应用Q4 0高强钢试验研究皖电东送淮南 上海1000kV交流输电线路工程是我国第一条交流特高压同塔双回路线路工程 线路全长2 655 95km 导线采用8 ACSR 630 40 设计基准风速取27m s 30m s 32m s三类风区 设计覆冰有10mm 15mm二类冰区 全线采用同塔双回路钢管塔结构 钢管塔材料采用Q235和Q345钢 在工程设计同时由国家电网公司 华北院 中国电科院和电力顾问集团公司组成课题组进行Q460高强钢的应用研究并选择了应用较多的一种直线型塔SZ2U直线塔进行了真型试验 SZ2U高强钢管塔全高103 6米 呼高57米 塔重131 8吨 该塔塔身主材 横担主材和部分横材采用Q460高强钢管 塔身主材高强钢管之间的连接采用Q460带颈锻造法兰 在国内输电线路工程中是首次 塔腿主材最大钢管直径Q460 426X10 同时 钢管 高颈法兰和插板连接大量采用了系列化 标准化的成果 主材采用Q460高强钢后 与Q345相比 其重量减轻约11 采用Q345钢材的同等设计条件和高度的塔型SZ272P 单基重量148 4t 塔腿主材最大钢管直径Q345 508X12 采用高颈法兰和插板连接后 减少了焊接工作量 提高了加工的效率及质量 钢管及Q460带颈锻造法兰 kV同塔双回 钢管 直线塔真型试验实景图 2010年1月中旬在河北霸州特高压杆塔试验基地进行了SZ2U高强钢管塔真型试验 先后顺利通过4个断线工况以及导地线安装 60 大风 90 大风和60 大风超载等共8个工况的试验 60 大风超载工况试验 检验铁塔的极限承载力 加荷至设计荷载的120 时 主要受力杆件达到其屈服强度 与设计计算结果基本吻合 加荷至130 时 塔腿主材发生塑性变形但结构未破坏 试验表明Q460高强钢管和法兰的设计 加工等可以满足工程要求 也表明了钢管塔具有更好的承载性能与稳定能力 采用钢管作为同塔多回大荷载杆塔的主要受力构件 与角钢塔相比 塔重可减轻15 20 基础砼量节省20 左右 采用Q460高强钢管与Q345相比 直线塔可降低塔重8 10 转角塔降低10 16 使用Q460高强钢带颈锻造法兰后 法兰重量比刚性法兰可减轻30 左右 降低塔重指标2 3 采用Q460高强钢管塔可有效降低塔重和基础耗材及工程造价 减小杆塔根开 压缩线路走廊宽度 减少拆迁和对植被的破坏 林木的砍伐 有利于节约资源和环境保护 具有显著的综合经济效益和社会效益 工程应用技术经济比较铁塔构件的选材主要是取决于其受力状态 对于铁塔受力材主要由轴心受力的强度控制和轴心受压稳定控制来确定 对于轴心受力的强度控制构件 其选材主要是由材料本身的强度来决定 构件材料量与材料强度设计值成反比 强度越高其所用材料越少 对于轴心受压稳定控制构件 构件的长细比 是主要影响因素 采用Q420 Q460高强钢材 对于由轴心受力强度控制的单根杆件 其强度和承载能力都有较大幅度提高 Q420钢强度分别为Q235钢和Q345钢的1 77和1 23倍 Q460钢强度分别为Q235钢和Q345钢的1 93和1 3 倍 因此 在杆塔设计中 由轴心受力强度控制的构件采用高强钢有明显的优势 如铁塔受拉的横担上平面主材 塔身横材等采用高强钢降低塔材耗钢量效果明显 对于由轴心受压稳定控制的铁塔受力材 如塔身主材 塔身斜材 横担下平面主材等构件 轴心受压稳定设计值与构件稳定系数 值和压杆稳定强度折减系数mN有关 受压稳定系数 值的主要影响因素就是构件的长细比 随着钢材强度的增加 其稳定系数是减小的 也就是说杆件的承载能力并没有随其钢材强度增加而相应的成正比增长 对于角钢构件 当构件长细比 小于40时 构件由强度控制 同规格Q420角钢比Q345角钢承载力提高约19 22 同规格Q460角钢比Q345角钢承载力提高约28 33 Q420 Q460比Q345钢具有明显优势 当构件长细比 在40 80之间时 构件由稳定控制 同规格Q420角钢比Q345角钢承载力提高约8 19 Q460角钢比Q345角钢承载力提高约12 28 采用Q420 Q460钢一般可使角钢规格降低1 2个规格 且长细比 越低其优势越大 当构件长细比 大于80时 构件由稳定控制 同规格Q420角钢比Q345角钢承载力提高不足5 Q460角钢比Q345角钢承载力提高不足12 不宜采用Q420 Q460高强钢 当构件长细比 大于120时 Q420 Q460与Q345角钢承载力基本相当 根据1000kV晋东南 南阳 荆门交流特高压试验示范工程及云南 广东 向家坝 上海 锦屏 苏南 800k特高压直流输电线路工程铁塔结构设计应用Q420高强钢的技术经济分析和总结 工程设计中塔材使用Q420高强钢用量占全部铁塔总重约 对直线型塔和耐张型塔采用Q420高强钢和普通Q345钢材进行比较 直线塔的耗钢量将减少4 6 转角塔的耗钢量将减少6 9 Q420高强钢和普通Q345钢材料价格高约 元 t 综合经济比较具有较好的经济优势 目前1000kV晋东南 南阳 荆门交流输电线路 云南 广东 向家坝 上海 800kV特高压直流输电线路工程 特高压直流试验基地试验线段都已投入运行 在750kV输电线路以及5