河南省电力勘测设计院输电线路QC小组成果报告

目目 录录 附件一 双柱组合耐张塔 TANS 程序计算文件 附件二 双柱组合耐张塔成果图纸 1 2 小组概况 3 4 5 6 7 8 9 现状调查 设定目标 分析原因 确定要因 分析原因 制定对策 实施对策 检查效果 10 11 巩固措施 总结回顾和今后打算 选题理由 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 1 1 小组概况 1 注册登记 小组名称输电线路 QC 小组 课题名称降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 所属部门线路部辅导员何英 注册编号2013 02课题编号2013K02 组类型攻关型成立日期2013 年 1 月 2 小组成员 序号姓名性别年龄文化程度职务职称单位组内分工 1王苗苗女28硕士组长工程师设计院 组织活动 推进实施 成果总结 活动记录等 2张先俊男50本科副组长教高设计院 3殷黎明男27硕士组员助工设计院 4郭咏华男38本科组员高工设计院 5张建明男29硕士组员工程师设计院 参与方案研讨 现状调 查 对策制定以及对策 实施等 6魏冲男36本科组员工程师设计院 7邓锦辉男34本科组员工程师设计院 8潘少成男36本科组员工程师设计院 审定方案和对策 组织 协调 对策实施以及结 果检查等 9郭杰男35硕士组员工程师设计院 10屈讼昭男26硕士组员助工设计院 参与方案研讨 现状调 查 对策制定及实施 以及活动记录等 备注 小组成员共有 10 人 平均年龄 33 9 岁 其中 教高 1 人 高工 1 人 工程师 6 人 助工 2 人 文化程度均为大学本科及以上 3 小组活动情况 活动时间2013 1 2013 11活动次数11 接受 QC 教育时间35 小时出勤率97 以上 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 2 4 小组历年成果 5 QC 小组活动程序 我们小组工作方法采用 PDCA 循环模式 这种工作模式科学 严谨 适合我们小 组的课题目标 1 PDCA 工作模式 2 为使本次 QC 活动有计划 有步骤 有目的进行 小组制定了活动计划进度表 表 1 1 QC 小组活动计划进度表 阶 段 内容 2013 1 月 2013 2 月 2013 3 月 2013 4 月 2013 5 月 2013 6 月 2013 7 月 2013 8 月 2013 9 月 月 2013 11 月 选择课题 问题症结 确定目标 分析原因 确定要因 P 制定对策 D实施对策 C效果检查 巩固措施 A总结回顾 今后打算 课题 2002 减减 少少 500kV 单回路单回路 转角塔钢材用量转角塔钢材用量 全国工程建设 优秀 QC 小组 课题 2008 减减 少少 500kV 双回路双回路 直线塔钢材用量直线塔钢材用量 河南省和中国水 电质协优秀 QC 小 组 课题 2010 降降 低低 500kV SJC1 双双 回路转角塔造价回路转角塔造价 全国优秀 QC 小 组 P Plan 计划 包括方针和目标的确定 及活动计划的制定 D DO 执行 就是具体运作 实现计划 中的内容 C Check 检查 就是要总结执行计划的 结果 分清哪些对了 哪些错了 明确效果 找出问题 A Act 处理或行动 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 3 注 计划进度 实际进度 二 选题理由 三 现状调查 我们输电线路 QC 小组针对本次课题 对双回路耐张塔造价 通过调阅档案 向外 院借资等方法 进行以下两个方面的现状调查 调查人员 殷黎明 调查时间 2013 1 07 2013 1 11 调查内容 通过查阅我院近年设计的 4 个 500kV 输电线路工程资料 分析 500kV SJC2 双回路耐张塔造价情况 a 贯彻我院 双开拓 双巩固 的方针 我院对线路部提出了提高输电线路工 程中标率 创造更大的经济效益的要 求 b 我院技经专业统计祥符 庄周 500kV 线 路工程结果显示 我院设计的 500kV 双回路耐张塔的造价比同时期国内先进 水平高 10 左右 降低 500kVSJC2 双回路耐张塔造 价 院 对 本 部 要 求 目 前 存 在 问 题 现状调查一 我院设计的现状调查一 我院设计的 500kV SJC2 双回路耐张塔造价情况双回路耐张塔造价情况 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 4 表 3 1 我院设计 500kV SJC2 双回路耐张塔造价表 工程名称塔型呼高 m 用钢量 kg 材料 万元运输 万元安装 万元总造价 万元 2175334 170 174 567 4882 21 2481178 375 614 888 3488 83 2785087 579 265 178 4392 86 SJC2 3090189 584 015 429 2398 66 济源 牡丹 500kV 线路工程 平均值82947 3577 26255 00758 3790 64 2158248 251 252 617 2461 1 2461689 454 272 827 3764 46 2765288 757 433 037 567 96 SJC2 3068632 760 363 128 371 78 祥符 庄周 500kV 线路工程 平均值63464 7555 82752 8957 602566 325 2142645 6039 662 604 3646 62 2446469 2043 212 814 7550 77 2749673 2946 193 005 0854 27 SJC2 3051581 7947 973 125 2756 36 鹤壁电厂 安阳 接安阳西变 500kV 线路工程 平均值47592 4744 25752 88254 86552 005 2144246 7141 152 674 5248 34 2448571 1745 172 944 9753 08 2751677 3048 063 125 2956 47 SJC2 3053581 5449 833 235 4858 54 华豫电厂 信阳 变 500kV 线路工程 平均值49519 1846 05252 995 06554 1075 平均值60880 9455 853 446 47565 77 所占比例84 9 5 2 9 9 100 备注 材料费在输电铁塔总造价中占的比重远远比运输 安装所占的比重大 输电塔造价 材料费 运输费 安装费 材料 运输 输电用钢量量 安装 构件数量 表 3 2 SJC2 造价调查汇总表 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 5 调查人员 王苗苗 调查时间 2013 1 26 2013 1 28 调查内容 1 从现状调查一表 3 1 中可以看出 我院设计的 4 个 500kV 输电线路工程中 SJC2 双回路耐张塔的钢材用量在 47592 47kg 82947 35kg 之间 平均用量在 60880 94kg 左右 总造价在 52 005 万元 90 64 万元之间 平均总造价在 65 77 万元左右 2 小组成员王苗苗通过查阅 中国电建 等杂志与文献中关于 500kV SJC2 双回 路耐张塔用钢量的论文 对比我院设计的 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量 与目前国 材料费用占 500kV SJC2 双回路耐张 塔造价的 84 9 材料造价高是造成 500kV SJC2 双回 路耐张塔造价高的 主要原因 500kV SJC2 双回 路耐张塔用钢量大 是导致材料造价高 的主要原因 问问 题题 症症 结结 现状调查二 我院设计的现状调查二 我院设计的 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量调查双回路耐张塔用钢量调查 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量大 导致材料造价高 是双回路耐张塔用钢量大 导致材料造价高 是 造成造成 500kV SJC2 双回路耐张塔总造价偏高的问题症结 双回路耐张塔总造价偏高的问题症结 结论一 造价类型材料运输安装 造价 万元 55 853 446 475 累计造价 万元 55 8559 2965 77 所占比例84 9 5 2 9 9 累计比例84 9 90 1 100 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 6 内先进水平用钢量数据 分析结果如表 3 3 所示 表 3 3 我院设计 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量调查表 塔型呼高 m我院输电塔用钢量 kg国内先进水平用钢量 kg我院输电塔偏重 kg 21 55118 7 47884 87233 9 24 59477 0 51981 07469 0 27 62931 7 55798 07133 7 SJC2 30 65996 4 58782 47214 0 平均值60880 9553611 557262 65 四 设定目标 1 目标值 从上述关于我院设计的 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 以及 500kV SJC2 双回路 耐张塔用钢量现状的调查 分别从输电铁塔用钢量和造价两方面进行目标设定 2 目标值计算 1 用钢量 由表 3 3 可以看出 我院设计的 500kV SJC2 双回路耐张塔平均用钢量比 国内先进水平重约 7 3 吨 经过讨论 我们小组拟定本次活动的目标为 降低用钢 量 7 3 吨 减少比例 12 0 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 6 789 万元 减 少比例 10 3 2 目标计算 a 用钢量 7 3 60 88 平均用钢量 12 0 我院设计的我院设计的 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量比国内先进水双回路耐张塔用钢量比国内先进水 平约重平约重 7300 kg 结论二 用钢量 减少 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量 7 3 吨 降低比例 12 0 造 价 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 6 789 万元 减少比 例 10 3 用钢量大是 造成 500kV SJC2 双回路 耐张塔造价 高的主要原 因 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 7 b 造价 6 789 65 77 平均总造价 10 3 5 分析原因 输电线路 QC 小组成员 分别从 人员 软件 设计 材料 资料 等 5 个方面 进行 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量大的原因分析 编制如下因果分析树图 降低 7 3 吨 比例 12 0 降低 6 789 万元 比例 10 3 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 8 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量大双回路耐张塔用钢量大 人员 软件 设计 材料 资料 优化设计理论掌 握少 设计人员设计经 验指数偏低 结构专业技能学习 不足 设计人员同类工程 设计经验不足 设计软件功能不 够完善 设计软件缺少一些 计算模块 设计软件荷载计算 不够优化 软件荷载加载方式 不够优化 设计方案不够优 化 塔型选择较为单一 杆件结构裕度偏大 塔型选择不能满足 最低用钢量要求 杆件未达到最佳受 力状态 铁塔主材用钢量 大 铁塔主材规格大塔身主材强度低 可借鉴的优化资 料少 我院现有参考资料 不足 6 确定要因 小组成员对上述因果分析树图中所示造成 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量大的 8 个末端原因进行逐条分析讨论 制成如下要因确认表 明确了确认内容 确认方法以 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 9 及验证标准 表 6 1 要因确认计划表 序号序号末端原因末端原因确认方法确认方法确认内容确认内容确认标准确认标准负责人负责人完成时间完成时间 1 结构专业技 能学习不足 统计分析 线路部培训考核 成绩及格率 线路部专业培训 考核及格率 95 郭咏华 2013 2 15 2013 2 20 2 设计人员同 类工程设计 经验不足 统计调查 设计人员参与设 计工程量及工作 年限 至少有完成 2 个 耐张塔设计经验 及工作年限在 3 年以上 王苗苗 殷黎明 2013 2 18 2013 2 25 3 设计软件缺 少一些计算 模块 调查分析 现有计算手段进 行铁塔设计时间 现有软件计算铁 塔时间 5 小时 屈讼昭 郭咏华 2013 2 25 2013 3 03 4 软件荷载加 载方式不够 优化 计算分析 计算软件计算荷 载形式对用钢量 的影响 软件计算荷载添 加形式对塔用钢 量的影响 3 屈讼昭 郭咏华 2013 3 05 2013 3 20 5 塔型选择不 能满足最低 用钢量要求 计算分析 单塔型式对用钢 量及造价的影响 选用合理塔型减 轻用钢量 5 郭咏华 张先俊 张建明 郭 杰 2013 3 05 2013 3 15 6 杆件未达到 最佳受力状 态 调查分析 塔身结构布置对 受力分析 塔身杆件受力裕 度 3 7 邓锦辉 郭 杰 2013 3 10 2013 3 20 7 塔身主材强 度低 调查分析 铁塔主材强度对 用钢量及造价的 影响 选用铁塔主材能 够达到最优造价 水平 邓锦辉 郭咏华 王苗苗 2013 3 10 2013 3 25 8 我院现有参 考资料不足 统计分析 现有结构专业资 料覆盖率 我院结构专业参 考资料覆盖率达 85 殷黎明 王苗苗 郭咏华 2013 3 15 2013 3 25 末端原因一 结构专业技能学习不足末端原因一 结构专业技能学习不足 要因确认标准 线路部培训考核合格率 95 以上 2013 年 2 月 20 日 输电线路 QC 小组在迪森 8 楼会议室进行了培训考核 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 10 参与本次结构专业技能培训的成员有 郭咏华 邓锦辉 张建明 王苗苗 殷黎 明 屈讼昭 郭杰 考核内容包括 输电线路铁塔设计规定 自立式铁塔计算软件 TTA 500kV 输电 线路设计 角钢塔的应用 铁塔结构优化设计 铁塔高强钢的应用 输电铁塔造价分 析等方面的内容 考核成绩如图 6 1 所示 末端原因二 设计人员同类工程设计经验不足末端原因二 设计人员同类工程设计经验不足 要因确认标准 至少有完成 2 个耐张塔设计经验及工作年限在 3 年及以上 统计输电线路 QC 小组结构专业成员参与双回路耐张塔设计情况 列表如下 表 6 2 设计人员参与铁塔设计统计表 姓名工程项目名称 个 数 工作 年限 王苗苗 浙北 浙中 浙南 福州 1000kV 交流线路工程 SJC 计算 24 输电线路 QC 小组全体成员经过 7 次专业知识培训 7 名 小组成员全部达到了合格线 80 分以上 合格率达 100 结构专业技能学习不足结构专业技能学习不足 不是要因不是要因 输电线路 QC 小组成员均有完成 2 个以上耐张塔设 计的经验 都有 3 年以上工作经验 全面掌握双回路耐 张塔的设计知识与 技能 设计人员同类工程设计人员同类工程 设计经验不足设计经验不足 不是要因不是要因 80 分以上 为考试合格 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 11 国网输电线路通用设计 2F11 SJC2 计算 淮南 皖南 浙北 沪西 1000kV 交流线路工程 SKC301 计算 张建明 浙北 浙中 浙南 福州 1000kV 交流线路工程 SZJC27101 计算 25 浙北 浙中 浙南 福州 1000kV 交流线路工程 SJC 计算 郭 杰 灵州 绍兴 800 直流线路工程 Z27101 计算 210 浙北 浙中 浙南 福州 1000kV 交流线路工程 SJC 计算 郭咏华 淮南 皖南 浙北 沪西 1000kV 交流线路工程 SZC307 计算 217 浙北 浙中 浙南 福州 1000kV 交流线路工程 SJC 计算 淮南 皖南 浙北 沪西 1000kV 交流线路工程 FJ1 计算邓锦辉 浙北 浙中 浙南 福州 1000kV 交流线路工程 SJC 计算 310 末端原因三 设计软件功能不够完善末端原因三 设计软件功能不够完善 要因确认标准 现有软件计算铁塔时间 5 小时 目前我院常用的铁塔设计软件主要有 自立式铁塔内力分析软件 TTA 及铁塔制图 软件 STW 自力式铁塔内力分析软件一般计算占铁塔总构件数量 50 70 左右的受力 材 不能计算占总构件数量 30 50 的辅助材 现行铁塔制图软件不能计算制图控制 尺寸 随机抽取结构专业 5 名设计人员 统计以往他们进行手算辅助材及铁塔控制尺寸 计算的时间 如表 6 3 所示 表 6 3 结构人员手算时间统计表 人员人员辅助材计算辅助材计算 小时 小时 控制尺寸计算控制尺寸计算 小时 小时 累计累计 小时 小时 王经运王经运7253161 张忠新张忠新6554119 赵金丽赵金丽7057127 聂旭初聂旭初7450124 杜娜杜娜6852120 平均值平均值7053123 手算一种铁塔的结构布置需要 大量的时间和精力 而铁塔的优化 设计需要多方案的优化比选 为了解决这一问题 我们科室 在小组活动中编制了铁塔辅助材计 算程序及制图控制尺寸计算程序 大幅提高了铁塔的优化设计效率 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 12 图 6 2 铁塔辅助材计算程序流程 末端原因四 软件荷载加载方式不够优化末端原因四 软件荷载加载方式不够优化 要因确认标准 软件计算荷载添加形式对塔用钢量的影响 3 我们 QC 小组成员屈讼昭在自立式铁塔计算软件 TTA 的基础上 自主编制了输电 铁塔计算程序 TANS 修正了原有 TTA 的荷载添加形式 使软件在进行输电铁塔各工 况计算时 更能符合实际情况 比较两种程序计算 SJC2 的用钢量如表 6 4 所示 表 6 4 计算结果对比表 用钢量 kg 塔型呼高 m TTATANS 减少重量 kg 21 56296 253584 72711 5 24 60787 457942 22845 2 27 65059 461932 33127 1 SJC2 30 68081 565129 12952 4 平均值63464 7 62556 3559647 3 铁塔辅助材计算程序及制图控制尺寸计算程序 使得铁塔设 计多方案的优化比选成为可能 设计软件缺少一些计算模块设计软件缺少一些计算模块 不是要因不是要因 对比分析上表用钢量计算 结果 可以得出 TANS 计算的用钢量比 TTA 减 轻 1747 5 3088 5kg 下 降比例为 3 5 软件荷载加载方式不够软件荷载加载方式不够 优化优化 是要因是要因 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 13 末端原因五 塔型选择不能满足最低用钢量要求末端原因五 塔型选择不能满足最低用钢量要求 要因确认标准 选用合理塔型减轻用钢量 5 小组成员针对耐张塔的特点 通过多方案优化比选 对伞形塔 双柱组合耐张塔 三柱组合耐张塔进行了分析计算 可知 双柱组合耐张塔通过分塔挂线 取消导线横 担 优化跳线布置方案等手段 有效降低了塔高 减小了塔身尺寸 改善了铁塔受力 条件 减小了导 地线纵向荷载对塔身的扭矩 提高了铁塔的抗冰 抗风和抗震性能 从而达到降低用钢量 节约工程投资的目的 末端原因六 塔身结构杆件未达到最佳受力状态末端原因六 塔身结构杆件未达到最佳受力状态 要因确认标准 塔身杆件受力裕度 3 7 我们在 2010 年的 QC 小组活动中 通过优化横担尺寸 优化主材分段 优化斜材 坡度 优化辅助材布置 优化塔身开口 坡度 以及优化连接节点构造等措施 对塔 身结构进行优化布置 使结构能够达到最佳受力状态 杆件裕度控制在 3 7 降低了 双回路耐张塔用钢量 降低了输电铁塔造价 从左柱状图可以看出 采用双 柱组合耐张塔代替鼓形 伞型耐 张塔 同呼高情况下 可以有 效减轻用钢量 1915 4 2939 1 kg 用钢量减轻约 4 5 塔型选择不能满足最低用钢量塔型选择不能满足最低用钢量 要求要求 是要因是要因 我们小组在 2010 年的 QC 小 组活动中 采用合理的结构 布置 有效的减轻了用钢量 成功应用在工程中 明显的 降低了双回路耐张塔的造价 塔身结构杆件未达到最佳受塔身结构杆件未达到最佳受 力状态力状态 不是要因不是要因 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 14 末端原因七 塔身主材强度低末端原因七 塔身主材强度低 要因确认标准 选用铁塔主材能够达到最优造价水平 小组成员郭杰针对 500kV 双回路耐张塔 将原有的 Q420 角钢替换为 Q690 钢管 按照 Q420 角钢价格每吨 7000 元 Q690 钢管价格每吨 9000 元计算 对比分析两种钢 材情况下的用钢量及造价 末端原因八 我院现有参考资料不足末端原因八 我院现有参考资料不足 要因确认标准 我院结构专业参考资料覆盖率达 85 以上 小组成员张建明调查了我院现有线路结构专业资料情况 归纳如表 6 5 所示 表 6 5 我院线路结构专业资料情况调查表 名称 我院现有 种类 现有资料涵 盖面 我院够买 种类 向外院收资 种类 采取措施后 资料涵盖面 1输电线路设计规定1017 3225 2输电线路铁塔计算813 2220 3输电铁塔结构优化711 1215 4 角钢截面输电铁塔 设计 77 2110 5钢管杆塔设计55 218 6高强钢的应用研究34 116 通过比较可知 由于高强钢 价格较贵 虽然主材采用高 强度钢管能够有效降低塔重 但考虑价格因素 主材采用 更高强度等级钢材并不能有 效降低造价 塔身主材强度低塔身主材强度低 不是要因不是要因 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 15 怎么办 7 新材料 新技术 新工艺在输电铁塔 中的应用 32 114 8其他51 112 9我院暂无总计3240 10 10我院持有总计4860 131190 要因确定 要因确定 综上所述 导致 500kV SJC2 双回路耐张塔用钢量大的主要原因有 7 制定对策 通过前述 在综合分析造成双回路耐张塔用钢量大的主要原因之后 针对要因 制定了相应的对策 1 软件荷载加载方式不够优化 软件荷载加载方式不够优化 2 塔型选择不能满足最低用钢量要求 塔型选择不能满足最低用钢量要求 3 经过购买和向外院借取资料后 我院参考资料专业知识 涵盖面由原来的 60 增加到 90 完全能够满足结构设 计人员各方面的需求 我院现有的参考资料不足我院现有的参考资料不足 不是要因不是要因 补充参考资料前 补充参考资料后 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 16 表 7 1 对策制定表 序 号 要 因 对策 WHAT 目标 WHY 措施 HOW 负责人 WHO 地点 WHERE 时间 WHEN 1 软件荷载 加载方式 不够优化 选择荷载加 载方式合理 的软件 减轻用钢量 2 4 吨 1 优化铁塔荷 载添加方式 2 软件培训 郭咏华 屈讼昭 设计院 2013 3 25 4 05 使用现有的自立式铁 塔计算软件 TTA 自力式铁塔内力分析软件 分段计算杆件 风荷载及自重时存在多统计及漏统计现象 且单元类型单一 方 案 一 不 选 用 使用我院自主研发的 铁塔设计计算软件 TANS 改进后的铁塔设计计算软件 更加灵活计 算空间任意风压分段对应风荷载和自重荷 载 能够计算杆单元 梁单元及杆 梁混 合单元 方 案 二 选 用 a 软件荷载加载方式不够优化软件荷载加载方式不够优化 选用鼓形 伞型双回 路耐张塔 鼓形 伞型耐张塔在跳线设计 塔高 用钢 量 灵活性与安全性等方面存在诸多不足 方 案 一 不 选 用 b 塔型选择不能满足最低用钢量要求塔型选择不能满足最低用钢量要求 选用双柱组合耐张 塔 双柱组合耐张塔通过改变跳线布置方式 分塔挂线 取消横担等方案 很好的减轻 用钢量 方 案 二 选 用 选用三柱组合耐张 塔 同等级 等呼高情况下 三柱组合耐张塔 的用钢量比双柱组合耐张塔大 且施工较 为复杂 方 案 三 不 选 用 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 17 2 塔型选择 不能满足 最低用钢 量要求 选用能满足 最低用钢量 要求的塔型 降低用钢量 4 9 吨 1 改变跳线布 置方式 水平布 置跳线和跳线串 3 分塔挂线 4 取消横担 郭咏华 王苗苗 殷黎明 郭 杰 设计院 2013 3 25 4 05 8 实施对策 我们 QC 小组成员 在明确了对策 目标以及要进行的措施之后 根据自己的分工 在规定的时间内 很好的落实了每项措施 收到了良好的效果 对策目标 减轻用钢量 2 4 吨 实施依据 架空输电线路杆塔结构设计技术规定 DL T 5154 2012 以及双回 路耐张塔结构的受力特点 实施详情 1 根据我院设计的双回路耐张塔实际情况 结合 平顶山 白河 500kV 线路工程 项 目中 500kV SJC2 双回路耐张塔的使用情况 小组成员讨论分析输电线路铁塔杆件 的传力路径 及其受力形式 总结其受力规律 2 小组成员郭杰等经过讨论 决定采用自立式铁塔内力分析软件 TTA 程序 我院在 使用 TTA 计算软件的过程中 发现 TTA 在输电线路铁塔导地线挂线点荷载添加方 面 存在一定的不足 同时旧版本的 TTA 已经不能很好的适应最新版的 架空输 电线路杆塔结构设计技术规定 DL T 5154 2012 的技术要求 3 我们线路部 QC 小组成员屈讼昭 在 TTA 的基础上 自主编制了输电铁塔结构计 算程序 TANS 经过小组成员的一致讨论 决定使用 TANS 对 SJC2 双回路耐张塔 进行内力计算 并与 TTA 计算结果 进行相应的比较 由于国内输电线路铁塔计算软件 TTA 存在计算精度欠佳 计算效率偏低 计算单 实施对策一 选择荷载加载方式合理的软件实施对策一 选择荷载加载方式合理的软件 措施措施 1 优化铁塔荷载添加方式 优化铁塔荷载添加方式 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 18 元类型单一 风荷载自动计算常发生错误 不支持国外规范等缺陷 特别是在使用 TTA 计算铁塔时 风荷载的添加方式 导致计算结果不理想 给输电线路铁塔设计计 算工作造成一定的影响 我们线路部 QC 小组成员屈讼昭 自主编制的输电铁塔结构计算程序 TANS 除拥 有 TTA 塔身风压计算功能外 增加了 全节点 计算模式 可以更加灵活计算空间任 意风压分段对应风荷载和自重荷载 并且 TANS 程序统计每段挡风面杆件以及每段包 含杆件自重时 严格按照体 面精确统计 并智能剔除重复统计杆件信息 TANS 程序的风荷载添加方式如图 8 1 所示 图 8 1 TANS 程序的风荷载添加方式 我们线路部 QC 小组于 2013 年 4 月 13 日 19 日进行了为期一周的软件培训 QC 小组全部成员参加了本次培训 培训效果良好 主要的培训内容有 软件主要功能 计算方法 计算模型 特殊梁单元 有限元 计算 软件支持规范 软件测试等方面的内容 1 软件主要功能 自动生成每基塔对应的 ANSYS SAP2000 全荷载工况数据接 口文件 自动绘制铁塔司令图 铁塔三维图 自动输出计算书 材料规格统计表 空 措施措施 2 软件培训 软件培训 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 19 间梁 杆单元线弹性有限元计算 计算节点位移 应变 应力 内力分析 计算杆单 元轴力 梁单元轴力 剪力 弯矩 支座反力 自动选材 根据计算得出的梁 杆内 力 程序自动选取满足规范要求的最小杆件 2 计算模型 线弹性空间梁 杆问题 空间杆单元模拟角钢 空间梁单元或杆单 元模拟钢管 钢材视为弹性匀质材料 采用线弹性本构关系 3 特殊梁单元 TANS 程序采用自由度释放的概念 根据杆件两端的联结情况对 单元刚度矩阵和右端项荷载列阵做处理 自由度释放在有限元分析理论中又称为自由 度凝聚 这种方法不必增加任何节点 也不需要推导专门的单元刚度矩阵 程序化处 理很方便 J 端自由度释放的空间梁单元刚度矩阵为 4 有限元计算 有限元计算过程如图 8 2 所示 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 20 图 8 2 TANS 程序有限元计算过程 5 软件支持规范 TANS 程序支持的规范包括国内规范和国外规范 国内规范 架空送电线路杆塔结构设计技术规定 DL T 5154 2002 架空输电线路杆塔结构设计技术规定 DL T 5154 2012 钢结构设计规范 GB50017 2003 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 21 国外规范 Design of Latticed Steel Transmission Structures ASCE10 1997 Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading ASCE74 2010 6 软件测试 与 TTA 不同 TANS 程序在迭代选材过程中 针对轮换过程中的每基塔都进 行一次风压计算 在此前提下 TANS 程序的计算效率仍然高于 TTA 荷载工况数 越大 腿轮换次数越多体现越明显 实施效果 小组成员屈讼昭 郭杰 殷黎明等统计了双回路耐张塔 SJC2 分别使用 TTA 和 TANS 程序的用钢量变化情况 列表如下 表 8 1 TTA 和 TANS 计算 SJC2 用钢量对比表 用钢量 kg 塔型呼高 m TTATANS 减少重量 kg减少比例 2156296 253584 72711 54 8 2460787 457942 22845 24 6 2765059 461932 33127 14 8 SJC2 3068081 565129 12952 44 3 平均值62556 3559647 32909 054 6 目标检查 从左图可以看出 采用我 院自主研发的 TANS 程序 计算的铁塔 比同呼高下 TTA 计算的用钢量降低量 为 2 7 3 1 吨 降低比例为 4 3 4 8 说明 TANS 对荷载优化效 果比较明显 目标完成情况非常好目标完成情况非常好 对策实施效果非常好对策实施效果非常好 目标 活动后用钢量减轻 2 4 吨 结果 用钢量减轻了 2 9 吨 减少了 4 6 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 22 对策目标 降低用钢量 4 9 吨 实施依据 普通耐张塔在塔高 用钢量 根开 结构断面以及经济性等方面的局限 性和双柱组合耐张塔的优越性 双柱组合耐张塔的优越性 双柱组合耐张塔的优越性 双柱组合耐张塔以改变跳线布置方式 分塔挂线 取消横担等手段 成功解决了普通伞型耐张塔在跳线设计 塔高 用钢量 灵活性 与安全性等方面的诸多不足 在提高工程综合经济效益 提高灵活性 增加安全可 靠度等方面效果显著 实施详情 我院在 皖电东送 特高压工程项目中的经验 结合中国电科院在北京 良乡铁塔试验场进行的双柱组合耐张塔软跳线真型试验 结果表明双柱组合耐张塔 软跳线系统能很好地满足工程的需要 试验塔型如图 8 3 所示 我院自行设计的平 顶山至白河 500kV 同塔双回线路 如图 8 4 所示 图 8 3 试验塔 图 8 4 平 白线 双柱组合耐张塔 双柱组合耐张塔两个回路的三相导线分别垂直布置在两个塔的塔身上 转角外侧 塔的跳线 串 引至转角内侧塔的跳线支架 通过改变导线挂点和跳线布置方式 从而取 消横担 有效控制跳线弧垂及对地和对塔身其他接地部分的间隙 取消铁塔横担不但 减小了导地线对铁塔的扭矩和弯矩 也降低了铁塔自身的荷载 极好地改善了铁塔的 受力状况 实施对策二 选用能满足最低用钢量要求的塔型实施对策二 选用能满足最低用钢量要求的塔型 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 23 小组成员在认真分析双回路耐张塔结构特点的基础上 提出两回线路分挂在相 互独立的两个双柱塔身上 同时不改变导地线间以及导线相间的相对关系 在相导 线上下垂直布置 导地线间相对水平偏移 地线对导线的保护角等方面与相邻直线 塔一致 分塔挂线 相当于将原来的塔身荷载一分为二 分别施加在两个耐张塔上 在 保证输电铁塔受力合理的前提下 选取合理的塔身杆件材料 可以有效的减轻用钢 量 同时降低输电铁塔造价 a 活动前塔型 b 活动后塔型 图 8 5 活动前后导线挂点示意图 1 双柱组合耐张塔通过分塔挂线 将原来施加在一个塔位上的荷载一分 为二 施加在两个塔位上 降低了输电铁塔的承载力 2 由于荷载的降低 铁塔杆件受力减小 选用小规格钢材即可满足要求 可以有效的降低输电铁塔的钢材用量 达到降低造价的目的 实施效果 伞形伞形 鼓型塔鼓型塔 双回导线共塔设 计 荷载大 单 塔根开大 双柱组合耐张塔双柱组合耐张塔 双回导线分塔挂线 单塔荷载小 根开 小 便于塔位选择 和基础选型 措施措施 1 分塔挂线 分塔挂线 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 24 随着电压等级的升高 要求的电气间隙越来越大 塔头尺寸也越来越大 对施 工和运行维护也造成了一定的影响 减少跳线弧垂及其风偏偏移值是缩小耐张塔尺 寸的有效方法 而跳线弧垂及偏移主要决定于采用的跳线或固定跳线的方式 小组成员在传统的双回路耐张塔基础上 深入分析双回路耐张塔挂线特点 以 及塔身杆件受力特性 结合我院双回路耐张塔设计经验 跳线布置方式改垂直布置 为水平布置 采用水平布置跳线和跳线串 从而 跳线不再是耐张塔最低呼称高度 和导线层间距的制约因素 我院自行设计的平顶山至白河 500kV 线路中使用的双柱组合耐张塔在转角内外 侧分别采用了铝管式刚性跳线以及普通软跳线 如图 8 6 所示 图 8 6 平白线双柱组合耐张塔转角内外侧分别采用了铝管式刚性跳线以及普通软跳线 对于双柱组合耐张塔 无论是有关联塔型还是无关联塔型 其跳线均为水平方 向布置 措施措施 2 改变跳线布置方式 改变跳线布置方式 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 25 图 8 7 1 有关联塔跳线布置方式 图 8 7 2 无关联塔跳线布置方式 我院委托中国电科院在北京良乡铁塔试验场顺利完成了双柱组合耐张塔软跳线 真型试验 如图 8 8 1 8 8 2 所示 试验包括双柱组合耐张塔耐张串安装 跳线串安装 张力测试 电气间隙测试 等 试验结果与理论计算基本一致 表明软跳线系统能很好地满足工程需要 有关联双柱组合耐张塔有关联双柱组合耐张塔 有关联时的跳线可使用软跳线 此 时 借助另一主塔连接跳线 通过 耐张串和跳线串实现水平三点固定 稳定性好 无关联双柱组合耐张塔无关联双柱组合耐张塔 对于无关联塔 可增加跳线横担牵 拉 支撑跳线 跳线横担布置在导 线耐张挂点上方 并尽量让跳线串 的导线挂点和耐张串挂点大致等高 形成水平跳接方式 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 26 图 8 8 1 跳线串 图 8 8 2 组装后成型照片 对于无关联单柱塔 加装跳线横担牵拉 支撑水平跳线 与干字型单回路耐张 塔中相跳线的跳接形式一样 硬跳线的长度设计与跳线及串的风偏 跳线挠度 线 路转角等有关 同时还要考虑施工及运行的方便性 经计算 跳线横担顺线路方向 的支架长度宜取为 8m 硬跳线长度依据线路转角情况取 9m 16m 图 8 9 为双柱 塔在 40 转角时各相的风偏俯视图和正视图 其跳线支架长度取 8m 时 硬跳线长 度需要 16m 图 8 9 两柱组合耐张塔内角侧硬跳线结构尺寸 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 27 1 双柱组合耐张塔通过改变跳线布置方式 改垂直布置为水平布置 铁 塔最低呼高由 24m 降至 21m 2 与硬跳线相比 使用软跳线的有关联双柱组合耐张塔 在同呼高下 可以减轻用钢量约 2 3 有效的降低双回路耐张塔造价 实施效果 普通耐张塔由于铁塔高度高 导地线横担长 由导 地线引起的弯矩 扭矩随 高度和横担长度增加成倍甚至成指数增长 杆塔自身的风振系数也成指数性增长 需要使用双组合甚至四组合角钢 大规格角钢 或钢管塔才能满足荷载要求 双柱 组合耐张塔型式如图 8 10 所示 a 活动前塔型 b 活动后塔型 图 8 10 活动前后耐张塔示意图 导线横担 跳线横担 导线挂塔身 取消导线横 担 地线横担 地线挂塔身 取消 地线横担 通过技术经济比较 与用硬跳线的无关联双柱组合耐张塔相比 相同呼高情况下 有关联的双柱组合耐张塔减少塔重约 2 3 综上所述 本次 QC 小组活动中双 柱组合耐张塔推荐采用转角外侧使用软跳线的有关联双柱耐张塔 措施措施 3 取消横担 取消横担 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 28 实施效果 小组成员统计了采用双柱组合耐张塔代替传统的伞型或鼓形耐张塔后 用钢量的变化情况 列表如下 表 8 2 实施对策二用钢量变化表 用钢量 kg 塔型呼高 m 普通耐张塔双柱组合耐张塔 减少重量 kg减少比例 2153584 747884 85699 910 6 2457942 251981 05961 210 2 2761932 355798 06134 39 9 SJC2 3065129 158782 46346 79 7 平均值59647 32553611 556035 52510 1 目标检查 a 双柱组合耐张塔取消导 地线横担之后 将导 地线直接挂在塔身上 改善了铁塔的受力状况 b 取消导 地线横担 简化了塔身结构 明显减轻了用钢量 达到降低 造价的目标 实施效果 目标完成情况非常好目标完成情况非常好 对策实施效果非常好对策实施效果非常好 目标 活动后用钢量减轻 4 9 吨 结果 用钢量减轻了 6 03 吨 减少了 10 1 TANS 计算的用钢量 从左图可以看出 与普通 耐张塔相比 同呼高情况 下 双柱组合耐张塔可以 减轻用钢量 5 7 6 3 吨 减 轻比例为 9 7 10 6 说明 双柱组合耐张塔能 够明显的减轻用钢量 降 低造价 双柱组合耐张塔取消导线横担后 导线纵向荷载对塔身的扭矩大为减小 显著 提高了铁塔的抗扭性能 同时避免了头重脚轻 动力性能优良 其抗冰 抗风 抗 舞和抗震性能明显优于伞型耐张塔 安全性能提高 运行维护费用减少 符合全寿 命周期设计理念 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 29 九 检查效果 1 双柱组合耐张塔使用效果检查 我们小组成员分别统计了使用双柱组合耐张塔代替传统的鼓形 伞型耐张塔后的各 级别钢材用量的使用情况 并且根据目前各级别钢材的市场价格 进行相应的造价计 算 并对两种塔型使用情况的用钢量和造价进行对比 列表如下 表 9 1 双柱组合耐张塔和普通耐张塔造价对比表 活动前对策一节省对策二节省总计节省活动后 塔型 呼高 米 塔重 吨 成本 万元 塔重 吨 成本 万元 塔重 吨 成本 万元 塔重 吨 成本 万元 塔重 吨 成本 万元 2156 3052 362 712 525 705 308 417 8247 8844 53 2460 7956 532 852 655 965 548 818 1951 9848 34 2765 0660 513 132 916 135 709 268 6155 8051 89 SJC2 3068 0863 322 952 756 355 909 308 6558 7854 67 平均值62 5658 182 912 716 045 618 948 3253 6149 86 降低比例4 6 4 6 9 7 9 7 14 3 14 3 降低 8 94 吨 降低 8 32 万元 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 30 2 直接经济效益 我们 QC 小组活动后 将小组的成果 特别是双柱组合耐张塔 已经在我院设计的 平顶山 白河 500kV 线路工程 中成功运用 全线 282 基 共采用双柱组合耐张塔 4 基 占全部塔量的 1 4 与传统的鼓形 伞型耐张塔相比 共计节省钢材 26 23 吨 降 低造价 24 5 万元 我们小组成员统计了 平顶山 白河 500kV 线路工程 中双柱组合耐张塔的使用情 况 列表如下 表 9 2 平 白线 中双柱组合耐张塔汇总表 双柱组合耐张塔普通耐张塔减少量减少比例 塔基 名称 用钢量 kg成本 万用钢量 kg成本 万用钢量 kg成本 万用钢量 kg成本 万 1 51981 0 48 3 57942 0 53 9 5961 0 5 6 10 3 10 39 2 53020 6 49 3 59680 3 55 0 6080 2 5 7 10 2 10 36 3 52160 7 48 5 58521 4 54 7 6360 7 5 9 10 7 10 79 4 51500 8 47 959332 6 54 4 7831 87 3 13 3 13 42 总计 1 194 0 3 218 0 26233 7 24 5 备注 从表中可以看出 平 白线 中采用双柱组合耐张塔 明显的降低了用钢量 降低了造价成 本 收到了良好的经济效益 降低塔重目标完成情况非常好降低造价目标完成情况非常好 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 31 通过分析表 9 2 中所示 平顶山 白河 500kV 线路工程 中双柱组合耐张塔的使用 情况 可以看出 采用双柱组合耐张塔 与传统的鼓形 伞型耐张塔相比 可以大幅度 的减轻用钢量 节省钢材用量 达到明显降低铁塔造价的目的 由于塔重降低 无形 中降低了铁塔的运输费用及安装费用 长期经济效益十分显著 3 潜在效益 我们小组在 QC 活动过程中 在分析双柱组合耐张塔的直接经济效益的同时 还综 合分析了使用双柱组合耐张塔替代传统耐张塔的间接经济效益 社会环境效益 技术 效益等潜在效益 间 接 经 济 效 益 社 会 环 境 效 益 技 术 效 益 1 根据国家河南电网规划 今后将会继续建设一批 500kV 的输电 线路工程 双柱组合耐张塔也将会得到更加广泛的应用 创造更 大的经济效益 2 双柱组合耐张塔的成功使用 将会提高我院同等级电压输电线路 中标率 为我院创造更大的利润 1 双柱组合耐张塔的使用 减轻了用钢量 减小了基础作用力 可 以降低输电铁塔基础材料的用量及造价 减少基础混凝土用量 以及基础开方量 减少水土流失 2 双柱组合耐张塔节省了钢材用量 减少了钢材冶炼的所产生的污 染气体的排放 减少了雾霾 1 国内率先使用双柱组合耐张塔 为我国正在开展的特高压项目提 供了新的设计思路 2 500kV 双回路双柱组合耐张塔的成功设计 为我院积累了宝贵的 技术经验 为我院开展 1000kV 特高压输电线路工程奠定了坚实 的技术基础 降低 500kV SJC2 双回路耐张塔造价 输电线路 QC 小组 32 4 小组自我评价 我们对小组成员于 2013 年 8 月针对专业技术水平 质量意识 解决问题的能力 统计工具的应用以及团队合作能力等 5 个方面进行了活动前后的自我评分 列表如下 表 9 3 小组成员 QC 活动自我评价表