昭通电网倒塔调查

1、昭通电网倒塔调查 2月28日16时05分，随着昭通电网最后一条受灾线路110千伏镇威线合闸恢复供电，云南电网抢修复电宣告全面结束。然而，面对这次冰灾中电网大面积的断线倒塔事故，不少人都会有这样的疑问：如此坚固的高压铁塔，到底是怎样的坚冰竟然能压垮它?除了坚冰，压垮铁塔的还有没有别的因素?为什么在有的地段倒掉的是公认的承受力强的耐张塔，而不是承受力相对较小的直线塔?就此记者采访了云南电力设计院、云南电网公司技术中心、银塔公司等单位多名专业人士，试图对此作一深入的探讨和分析。 昭通电网覆冰 在此次罕见的冰灾事故中，灾情最为严重的要数昭通电网。据昭通气象台权威统计分析，本次灾害是

2、有气象记录以来范围最大、持续时间最长、影响和危害程度最大的覆冰灾害，特别是在镇雄、威信两县，其灾害程度已超过50年的重现期。那么，这次发生在昭通的覆冰灾害到底有多严重呢?据云南电力设计院对昭通覆冰较重的凌子口、钻沟丫口、小草坝、龙海、寿山、上高桥、甘顶等地进行的现场覆冰专项调查显示，在昭通以北地区，海拔1000米以上地区即开始有不同程度的冰凌现象发生，覆冰以雨凇为主(所谓雨凇，通俗地说就是密度较大的冰，它是相对于密度相对较小的雾凇而言的，二者兼而有之则称为混合冻结);海拔1300米以上覆冰即开始有加重的现象;海14001800米覆冰明显加重，为以雨凇为主的混合冻结;海拔18002000米覆冰更

3、为严重，覆冰性质为以雨凇为主的混合冻结，随处有树枝压断和10kV电力线路断线倒杆的现象;海拔2000米以上完全是云雾缭绕、白茫茫一片，树木大片压断，覆冰性质为混合冻结。 比如，覆冰较严重的小凌子口，它是昭通北部大关河两条支流的分水岭，云南电网目前有220kV昭大、回线从这里通过。调查小组在昭大回双杆附近取样显示，这里电力导线上的覆冰厚度为29.7毫米。根据划分标准，覆冰厚度超过20毫米即为重冰区，29.7毫米的厚度，已远远超过了重冰区的临界点。 然而，这还不算厚的，在220kV大关镇雄线121号塔附近，调查人员发现，附着在地线上的冰层厚达37.6毫米，而附着在电力导线上的冰

4、层则达45.7毫米!是重冰区临界标准的两倍还要多。 覆冰的厚度还随着附着物的大小，以及是否为迎风面有很大的差异。在彝良小草坝往龙海方向，调查小组看到的处于迎风面结冰后的通讯光缆，甚至比电杆还粗! 铁塔是怎样倒下的? 或许很多人对10毫米、20毫米、30毫米的冰层厚度是个什么概念，它从10毫米增加到20毫米对电杆、导线可能增加的负重究竟会有怎样的变化没有直观的认识，让我们对这些抽象的数字做一个形象的转换。需要说明的是，每一基铁塔均会有三个力作用，即从上到下的垂直荷载、导线左右摇摆时的水平荷载，以及两塔之间导线拉扯的纵向张力。据调查小组调查、测算，以这次受损较多的40

5、0平方毫米导线(即横切面积为400平方毫米的导线)和ZM2型塔为例，当导线静态覆冰厚度由10毫米增加至20毫米、30毫米和40毫米时，铁塔荷载变化情况为 当覆冰厚度为10毫米时，垂直荷载为2198千克，水平荷载为237千克，而纵向张力则为4781千克;当覆冰厚度达到20毫米时，垂直荷载增加至3574千克，增加了63%，水平荷载猛增至1119千克，增加了372%，而纵向张力则增加至7396千克，增加了55%;而当冰层增加到30毫米时，垂直荷载将增加至5439千克，比10毫米时增加147%，水平荷载将增加至1445千克，比10毫米时增加了5倍以上，纵向张力将超过10吨，达到10015千克

6、，比冰层为10毫米时增加了1倍还多;而当冰层增加到40毫米时，垂直荷载将达7786千克，水平荷载为1771千克，纵向张力达到12923千克，此时，凭着这近13吨重的纵向张力，粗达400平方毫米的导线已断线!要知道，这还只是一根导线的荷载变化情况。一回完整的线路将包括5条线，也就是说，实际上，当冰层厚度从10毫米增加至20毫米、30毫米、40毫米时铁塔将要增加的荷载，还要在上述数字上乘以5!如果只看最容易导致断线的纵向张力，当冰层为10毫米厚时，纵向张力为23905千克，而当冰层为40毫米时，纵向张力将达到64615千克，将近65吨的张力!不难想像，当覆冰严重致某根导线因不堪重负突然断裂时，瞬间

7、产生的十数吨不平衡张力径直冲向已经处于荷载极限的高压铁塔，塔不倒才怪呢。而当某基塔倒地，所有导线突然断裂所产生的数十吨不平衡张力瞬间释放，冲击两侧的铁塔，造成铁塔的连锁倒塌。 这就是看似不起眼的冰的力量! 还原大镇线倒塔 220kV大镇线178181号塔耐张段所发生的倒塔事故是比较典型的。调查组在经过实地详查后，以该耐张段事故为个案，还原了一个倒塔事故的全过程。 在该耐张段中，178和181是承力塔，地处山的两侧，事故表现为181向182方向倒塔，并向转角内侧旋转约80度，小号侧(181的小号侧即为180，大号侧即为182)一方左边相导线从线夹中抽出;1

8、78向177方向倒塔，没有旋转。179、180是直线塔，位于山顶，事故表现为180塔头折断，倾向179，两相导线在线夹处拉断;179塔两边相横档损坏，导线坠落，塔未倒。过载覆冰的事故主要现象在该耐张段均有发生。经过现场取样计算，大镇线今年的覆冰厚度为20毫米40毫米，而178181耐张段所处区域基本覆冰厚度为20毫米。 由于档距不均匀，在开始覆过载冰时，179178档的覆冰量远大于其相邻档，加之该档面向大水河，是典型的迎风面，导线的结冰速度也快于其他档。于是179、180悬垂串发生向178的较大偏移，并且越来越快。179的偏移比180大，179所承受的张力通过绝缘子串的偏移部分传给1

9、80，180所承受的张力也通过绝缘子串的偏移传给下一档，而181是耐张塔，则所有产生的张力全部集中在线夹上。 在重冰情况下悬垂串偏移0.2米是很容易的事，所以当180悬垂串偏移超过0.2米时，181小号侧左边相导线率先被抽出，此时181塔受力完全失衡，迅速向大号侧倒下，并向内角侧旋转偏移。181号塔的倒下，就意味着181180档在线长没有增加的情况下档距突然加大，弧垂突然减小，其应力变化原理虽然类似绝缘子偏移，但其加力的过程是冲击性的，应力上升非常迅速，使180悬点应力一瞬间突变式加大，而在此瞬间前180还是偏向179号，在短时间内要把179178覆冰档迅速提起，让悬垂串向181偏移

10、是不可能的，于是瞬间加大的力使导线在180小号侧线夹出口处拉断。 180小号侧失力后，塔头在大号侧拉力下立即折断，带来的连锁反应是180179档内的应力得到了释放，使得179横担上的不平衡张力进一步加大。需注意的是，这种应力加大是带有冲击性质的，其结果是179挂线横担损坏，导线脱落坠地。178大号侧张力迅速地充分释放，所剩的张力主要是导线的地面摩擦力和导线自重，178立即承受了和终端塔一样的张力差，而J1型塔是不能做终端塔的，于是178号J1型塔就彻底地向177号方向倒下，其倾覆力之大把178的基础立柱都拉裂了。这就是一个完整的倒塔事故过程。 提高加固标准 从倒塔

11、事故中看得出来，今年所遭遇的覆冰远远超过线路的设计承受能力，这是造成此次倒塔事故最主要的原因。那么这个设计标准是谁定的?又是怎么出来的呢? 据了解，我国针对不同的冰区制定了不同的设计规程，线路覆冰在20毫米以下称为轻冰区，20毫米及以上称为重冰区。具体来说，架空送电线路设计规程，由一个主规程加多个技术导则或技术规定组成，主规程为110500kV架空送电线路设计技术规程，该规程对线路设计的气象条件、导地线、绝缘子和金具、绝缘配合和防雷及接地、导线布置、杆塔形式、杆塔荷载及材料、杆塔结构、基础等各方面都做出了原则性的规定，适用于110500kV一般线路的设计。从1998年就试行的重冰区架

12、空送电线路设计技术规定是对主规程的进一步补充和完善。110500kV架空送电线路设计技术规程规定，送电线路的设计气象条件，应根据沿线的气象资料和附近已有线路的运行经验，按以下重现期确定：500kV送电线路30年，110330kV送电线路15年。也就是说，500kV线路是按30年一遇的灾害标准来设计的，110330kV线路是按15年一遇的灾害标准来设计的。但是今年的昭通覆冰灾害，甚至超过了50年一遇，要让15年一遇的设计标准抵御50年一遇的灾害，显然是不可能的。 如果要将设计标准提高，面临的不只是违反技术规程，更重要的是工程造价的大幅上升。据了解，如果以10毫米的覆冰设计为标准，当设计标准提高到20毫米覆冰时，塔材耗量将提高1.2倍，相应地，造价将提高0.8倍;而当设计标准提高到30毫米的覆冰时，塔材耗量将提高2.46倍，造价提高1.6倍;而当设计标准提高到50毫米的覆冰时，塔材耗量将提高5.8倍，造价提高3.8倍!换句话说，如果要将原来设计抵御10毫米覆冰的线路提高到能抵御50毫米覆冰的标准，其造价将是原来的近5倍!其实，设计时还有一个难题就是微气象资料的搜集。因为现有的气象机构缺乏对微地形覆冰的记录，当电网线路要穿越冰区时，哪一段、甚至具体到某基塔所处位置的覆冰情况如何，就只能靠走访当地老乡得到，而老乡的描述又常常是凭印像，不够准确。  承