研究电动扭矩扳手应用

研究电动扭矩扳手在特高压输电工程螺栓紧固中的应用【摘要】螺栓紧固是输电工程中的重要环节，皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程首次大规模使用电动扭矩扳手紧固法兰盘大螺栓。在前人的基础上，本文针对该工程中螺栓紧固出现的问题进行深入研究，并给出了相应的解决方案。【关键词】电动扭矩扳手螺栓紧固特高压交流输电工程1引言皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程是世界上首条1000千伏双回路交流输电工程。该工程的建设可以有效解决上海市能源紧缺问题，对促进我国经济发展具有重大意义。螺栓紧固是输电线路工程中的重要环节，其质量好坏将直接影响铁塔自身稳定性和承担导线能力以及周围安全问题1。过去，通常由人工进行螺栓紧固，施工过程中受人为因素影响较大，导致螺栓扭矩值无法精确控制23，紧固效果不理想。本工程首次大规模使用电动扭矩扳手进行螺栓紧固，扭矩值可以按要求设定，但在实际工程中遇到了诸多问题。本文针对电动扭矩扳手在螺栓紧固中出现的问题进行深入分析，并提出了相应的解决方案。2特高压输电工程螺栓紧固标准本工程全线采用钢管塔，铁塔平均高度100米以上，平均重量约200吨，单根主材最大重量5吨，单个横担最重达8吨。本工程导线采用JL/G1A630/45钢芯铝绞线，每相8分裂，呈正八边形排列。综上所述，本工程铁塔高度高、吨位大，导线重量大，因此对螺栓紧固质量要求较高。2011年12月28日，在北京召开皖电东送工程钢管塔扭矩值研讨会，会上制定了本工程钢管塔扭矩值标准。依据中国电力科学研究院铁塔用镀锌螺栓扭矩系数离散性研究研究成果（扭矩系数不大于025）和国家电网公司交流建设分公司组织研制的电动扭矩扳手试用情况，结合以往设计、施工及运行经验，经专家组讨论，最终确定了螺栓的扭矩值计算公式4。螺栓扭矩值计算公式为（1）DPKTC（2）0214终拧扭矩值（NM）；CT施工预拉力标准值（KN）；P螺栓公称直径（MM）；D扭矩系数；K螺栓拧紧初始应力。0本工程所用螺栓为非承压型螺栓，因此P取设计拉力值的15。根据中国电力科学研究院成果K值取025。根据以上分析，将本工程现场数据代入公式（1）、（2），计算出各型号螺栓的扭矩值标准，见表一。表1螺栓紧固扭矩值标准M16M20M24M27M30M33M36M39M42M45M48M52M56规格NM6880160280/881102203804506007008801100140019002100230025003电动扭矩扳手在螺栓紧固中常见问题及分析淮上线18标段现场施工中，采用电动扭矩扳手紧固螺栓遇到了诸多问题，经整理如下（1）现场施工环境恶劣以及施工强度较大，导致电动扭矩扳手寿命大大缩短、故障率较高。就目前使用情况看，本标段使用的设备基本都已经过返厂维修。电动扭矩扳手常见故障有机械故障和电气故障。机械故障如加力齿轮容易卡死，设备内部小螺栓受较大震动后易脱落等。电气故障有控制电路和显示电路在过压或过流情况下易烧坏。（2）螺栓紧固率受风摆影响明显。螺栓紧固完毕后，接着进行扭矩值检测，效果良好，基本都能满足要求。但是经过一段时间风摆等自然因素影响，再次检查时，螺栓紧固率明显降低。本文以K94法兰盘大螺栓为例，其实际初紧时间为2012年12月2日，跟踪监测扭矩值20天（分层抽样，每种型号螺栓检测10颗取平均扭矩值），具体情况见表2。表2螺栓扭矩值随时间变化表时间2012122201212420121262012128扭矩值（M24）380NM360NM340NM330NM扭矩值（M30）600NM570NM540NM520NM扭矩值（M36）880NM840NM800NM770NM扭矩值（M42）1400NM1300NM1200NM1150NM扭矩值（M48）2100NM2000NM1900NM1800NM时间20121210201212122012121420121216扭矩值（M24）320NM310NM300NM300NM扭矩值（M30）500NM480NM470NM460NM扭矩值（M36）740NM710NM690NM670NM扭矩值（M42）1100NM1060NM1020NM980NM扭矩值（M48）1750NM1700NM1650NM1600NM时间20121218201212202012122220121224扭矩值（M24）290NM290NM280NM280NM扭矩值（M30）450NM440NM430NM430NM扭矩值（M36）650NM640NM640NM640NM扭矩值（M42）960NM950NM950NM950NM扭矩值（M48）1560NM1520NM1500NM1500NM（3）钢管塔主材的脚钉和爬梯正下方法兰盘螺栓，由于位置特殊，无法使用电动扭矩扳手，只能采用人工紧固，如图2所示。受人为因素影响，人工紧固难以达到扭矩值标准，且很难统一。（4）电动扭矩扳手对电源质量要求较高，不允许电压出现较大波动，还对电源、电缆线功率要求较高。但是施工现场接入电源非常困难，只能采用发电机供电，其输出电能质量差，电压不稳定，对螺栓紧固质量影响较大。（5）螺栓紧固标准中，要求半帽（防松作用）扭矩值为设定值的一半。但实际操作中，由于半帽厚度较小，给施工带来较大困难，导致其扭矩值很难达到要求。图2脚钉及爬梯附近螺栓紧固施工图（6）电动扭矩扳手重量大、体积大，导致高空作业人员很难用背带将仪器背至高空，且存在较大安全隐患。另外，部分厂家发货时未配备Z字形反力臂，造成相邻螺栓的螺纹在螺栓紧固过程中受到损伤，还导致现场部分螺栓无法紧固。（7）螺栓厂家提供的少量螺栓存在打滑、滑丝等质量缺陷，螺栓紧固时容易出现整体打转现象。另外，部分螺栓和法兰盘眼孔存在镀锌层厚度不均现象，由于螺栓与螺帽间摩擦力受镀锌层厚度影响较大，导致此类螺栓紧固时，很难统一扭矩值。（8）按照电动扭矩扳手操作说明上的要求，螺栓紧固必须一次到位，不得重复紧固。但是，螺栓紧固过程中反力臂对设备冲击较大，工人无法平稳控制设备，使得套筒与法兰盘平面难以保持垂直状态，因而影响螺栓紧固质量。4解决方案与总结针对施工中遇到的问题，淮上线18标项目部派专人多次到现场调研分析，并召开螺栓紧固专题会议，最后通过与设计院、业主和监理等单位协商，提出以下解决方案（1）为减小风摆等自然因素对螺栓紧固质量造成的影响，对已紧固螺栓进行定时复紧。本文以K92为例，其初始紧固时间为12月2日，对其每隔4天进行一次螺栓复紧，跟踪检测螺栓扭矩值20天（分层抽样，每种型号螺栓检测10颗取平均扭矩值），具体情况见表3。此外，大风、雨雪过后，应组织高空作业人员进行螺栓复紧。表3螺栓扭矩值随时间变化表时间2012122201212420121262012128扭矩值（M24）380NM350NM380NM360NM扭矩值（M30）600NM520NM600NM550NM扭矩值（M36）880NM700NM880NM800NM扭矩值（M42）1400NM1300NM1400NM1330NM扭矩值（M48）2100NM2000NM2100NM2020NM时间20121210201212122012121420121216扭矩值（M24）380NM360NM380NM370NM扭矩值（M30）600NM570NM600NM570NM扭矩值（M36）880NM820NM880NM840NM扭矩值（M42）1400NM1350NM1400NM1370NM扭矩值（M48）2100NM2040NM2100NM2060NM时间20121218201212202012122220121224扭矩值（M24）380NM370NM380NM380NM扭矩值（M30）600NM590NM600NM600NM扭矩值（M36）880NM860NM880NM880NM扭矩值（M42）1400NM1390NM1400NM1400NM扭矩值（M48）2100NM2080NM2100NM2100NM（2）按照电动扭矩扳手厂家提供的操作说明，结合螺栓紧固施工方案作业指导书进行螺栓紧固。在施工现场允许的情况下，处于对角位置的螺栓须同时紧固，并且尽量保持电动扭矩扳手套筒垂直与法兰盘平面。另外，为了保证螺栓紧固质量，可以适当增大扭矩值，在原设计给定扭矩值基础上提高10。（3）厂家继续改进电动扭矩扳手内部结构，提高工作性能，降低设备整体返修率。应在设备内部设置稳压电路，过压过流保护电路等。另外，厂家应提高设备背带的强度，确保安全施工。（4）螺栓生产厂家应提高螺栓加工质量，统一螺栓镀锌层厚度，严禁不合格螺栓进入施工现场。针对螺栓紧固过程中整体打转现象，在螺栓尾部加装反力臂套筒。（5）对缝隙较大的法兰盘螺栓，严禁以增加扭矩值的方式消除法兰盘间缝隙。对主材爬梯和脚钉正下方的螺栓，考虑到人工紧固难以达到扭矩值要求，应适当降低标准。另外，对起防松作用的半帽也应适当降低扭矩值要求。（6）提高发电机、电缆线的功率和质量，进而改善输出电能质量，为电动扭矩扳手提供稳定电压，确保设备正常工作。（7）鉴于特高压工程螺栓紧固工作量较大，据统计仅淮上线18标段螺栓总量将近105万颗，应适当增加电动扭矩扳手配置数量。上述方案经过淮上线18标第一档放线区段K81A至K95试验，螺栓紧固效果良好，顺利通过专家组的验收，保证了架线工程的顺利开展。该工程验证了本文理