國家電網報:我國杆塔試驗技術實現突破走向國際

發布時間:2019-11-07

11月5日,《國家電網報》刊發中國電科院專家撰寫的杆塔試驗科普報道,全文如下:

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核心提示 杆塔是架空输电线路工程的重要组成部分。如何保证杆塔具有良好的性能,以经受住各种运行条件的考验,实现线路安全稳定运行?在杆塔投入使用之前,必须要过的一道关卡就是杆塔试验。我国的杆塔试验对保证特高压工程质量有什么作用?在“两网”融合趋势下,杆塔试验又将朝着什么方向发展?

我國杆塔試驗技術實現突破走向國際

杆塔不斷升級,如何驗證杆塔結構是否合理?

伴隨著電網電壓等級的不斷升級,我國的輸電杆塔經曆了從木質電杆到水泥電杆,再到鋼結構鐵塔和輸電鋼管杆的發展變遷。

木質材料被應用于中國電力發展初期的線路架設中。由于木結構電杆機械強度較低、使用年限較短、資源不足等,木質電杆逐步被取代乃至淘汰。和木質電杆不同,水泥杆目前在我國城鄉配網的架空線路中仍有廣泛使用。自1924年我國生産出第一根方型實心水泥電杆至今,水泥電杆在國內已有90多年的曆史。

隨著國民經濟的不斷發展,以及輸電線路電壓等級由超高壓升級至特高壓,金屬及金屬複合材質被逐漸應用于杆塔設計。在電壓等級升高、電力負荷增大、輸電網絡變密的大背景下,金屬及複合金屬材質能夠更好地滿足電網工程對輸電塔材料的需求。

我國幅員遼闊,地形條件和氣象條件複雜多變,架空線路在運行中就要承受大風、覆冰等各種荷載的作用。而隨著特高壓的發展,大型化、大荷載的鐵塔數量也越來越多。這都對杆塔結構的承載力和安全性提出了更高的要求。

杆塔結構設計是否合理?如果不合理又該如何優化?在投入使用之前,杆塔必須經過一道檢驗整體質量的重要關卡——杆塔試驗。

杆塔試驗的全稱是輸電杆塔真型試驗。簡單來說,真型試驗就是把和輸電線路工程塔相同尺寸、相同材質、相同構件的塔作爲試驗樣品,按實際的設計荷載開展一系列拉力試驗。輸電杆塔真型試驗能使試驗人員發現輸電塔結構設計中存在的不合理之處,爲修改設計提供實踐依據和技術支持。

真型試驗:保證杆塔結構經濟可靠的關鍵一環

特高壓輸電塔具有大荷載、大型化的特點。杆塔真型試驗能夠驗證在各種荷載組合工況下,各杆件的受力性質及特點、杆件與杆件質檢的傳力關系及節點構造的合理性,了解杆塔的各種受力狀態及變形影響等,確保杆塔工程優化、計算、選材的安全可靠,以及杆塔的剛度、強度、穩定滿足工程要求。

真型试验需要在较大面积的试验基地才能完成。位于河北省霸州市的大唐时时彩杆塔试验基地是我国唯一从事特高压输电塔真型试验的研究基地。该试验基地拥有纵向、横向和纵向反加荷塔各一座,可同时施加包括垂直方向在内的4个方向荷载,并且能满足按防冰新标准设计的扭转工况施加要求。

近年來,我國在杆塔試驗方面開展了深入的研究並取得了重要的技術突破。杆塔試驗對新材料、新工藝、新技術在特高壓工程中的應用起到了關鍵作用。

2009年,1000千伏淮南—浙北—上海特高壓交流工程8基鋼管塔真型試驗完成。這標志著我國自主研發、設計、施工和調試的特高壓杆塔試驗基地完成基本功能建設,具備開展特高壓各類輸電塔的真型試驗能力。

之後,±800千伏錦屏—蘇南特高壓直流工程5基真型塔試驗完成。這次試驗確定了高強度大規格角鋼在特高壓輸電塔上應用的技術經濟性。

2013年,淮南—南京—上海(北半環)特高壓工程3基塔真型試驗完成,其中包括國內第一基1000千伏交流雙回路角鋼塔的設計試驗。試驗深入研究了旋轉90度後的新型十字截面雙拼角鋼的受力特性,爲在特高壓工程中推廣此類材料提供了依據。

±1100千伏准東—皖南直流特高壓工程5基真型塔試驗于2016年完成。在對該工程某型號輸電塔進行真型試驗時,試驗人員共完成6個工況100%荷載試驗,發現45度角的大風超載到139%時,會出現塔腿主材破壞導致的倒塔現象。試驗人員通過真型試驗及時檢驗並發現了設計的不合理之處,隨後又進一步研究和試驗了大規格角鋼的承載能力。研究成果在後續工程中得到廣泛應用。

其後一年,±800千伏酒泉—湖南、錫盟—泰州特高壓直流輸電工程各兩基真型塔的試驗研究完成。這是我國在特高壓工程中首次采用8分裂1250平方毫米大截面導線和300毫米級高強度大規格角鋼。自此,我國特高壓工程所用的角鋼達到了冶金行業的最大規格。

實踐證明,輸電杆塔真型試驗爲特高壓輸電塔的優化設計提供了試驗依據,是保證我國特高壓輸電塔結構經濟可靠的關鍵,也爲特高壓線路的安全運行提供了技術保障,具有良好的經濟效益和社會效益。

走出國門,我國杆塔試驗將發揮更大作用和價值

過去,超高壓直流輸電的核心技術和相應試驗方法曾被極少數跨國公司壟斷,±800千伏特高壓直流輸電工程在國際上也只處于前期論證階段。如今,中國已全面掌握特高壓核心技術,並成爲世界上首個實際應用特高壓技術的國家。伴隨著特高壓技術的不斷突破,國家電網有限公司的國際業務實現高速增長。

與此同時,我國的杆塔試驗水平也不斷提升,杆塔真型試驗在國際上的聲望和信譽與日俱增,已實現試驗資質同世界各國互信互認。現在,部分國際試驗業主不要求見證即可開展試驗。乘著中國電力“走出去”的東風,中國杆塔試驗的國際業務已發展到60多個國家或地區,其中包括美國、加拿大、法國、意大利、埃及、南非、韓國、菲律賓、印度尼西亞、澳大利亞等國。

今年年初,國家電網公司提出“三型兩網、世界一流”的戰略目標。面對“5G+”、物聯網、大數據、雲計算等發展需要,以及電力基礎設施共享的趨勢,杆塔試驗將朝著電力與通信互聯的新科研方向,進行與電信技術的創新融合,以面對泛在電力物聯網建設過程中産生的新試驗需求,提前應對檢測標准的發展和變化。未來,我國杆塔試驗會發揮更大的作用和價值。

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