国家电网报:我国杆塔试验技术实现突破走向国际

发布时间:2019-11-07

11月5日,《国家电网报》刊发中国电科院专家撰写的杆塔试验科普报道,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?

我国杆塔试验技术实现突破走向国际

杆塔不断升级,如何验证杆塔结构是否合理?

伴随着电网电压等级的不断升级,我国的输电杆塔经历了从木质电杆到水泥电杆,再到钢结构铁塔和输电钢管杆的发展变迁。

木质材料被应用于中国电力发展初期的线路架设中。由于木结构电杆机械强度较低、使用年限较短、资源不足等,木质电杆逐步被取代乃至淘汰。和木质电杆不同,水泥杆目前在我国城乡配网的架空线路中仍有广泛使用。自1924年我国生产出第一根方型实心水泥电杆至今,水泥电杆在国内已有90多年的历史。

随着国民经济的不断发展,以及输电线路电压等级由超高压升级至特高压,金属及金属复合材质被逐渐应用于杆塔设计。在电压等级升高、电力负荷增大、输电网络变密的大背景下,金属及复合金属材质能够更好地满足电网工程对输电塔材料的需求。

我国幅员辽阔,地形条件和气象条件复杂多变,架空线路在运行中就要承受大风、覆冰等各种荷载的作用。而随着特高压的发展,大型化、大荷载的铁塔数量也越来越多。这都对杆塔结构的承载力和安全性提出了更高的要求。

杆塔结构设计是否合理?如果不合理又该如何优化?在投入使用之前,杆塔必须经过一道检验整体质量的重要关卡——杆塔试验。

杆塔试验的全称是输电杆塔真型试验。简单来说,真型试验就是把和输电线路工程塔相同尺寸、相同材质、相同构件的塔作为试验样品,按实际的设计荷载开展一系列拉力试验。输电杆塔真型试验能使试验人员发现输电塔结构设计中存在的不合理之处,为修改设计提供实践依据和技术支持。

真型试验:保证杆塔结构经济可靠的关键一环

特高压输电塔具有大荷载、大型化的特点。杆塔真型试验能够验证在各种荷载组合工况下,各杆件的受力性质及特点、杆件与杆件质检的传力关系及节点构造的合理性,了解杆塔的各种受力状态及变形影响等,确保杆塔工程优化、计算、选材的安全可靠,以及杆塔的刚度、强度、稳定满足工程要求。

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中国电力科学研究院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。

近年来,我国在杆塔试验方面开展了深入的研究并取得了重要的技术突破。杆塔试验对新材料、新工艺、新技术在特高压工程中的应用起到了关键作用。

2009年,1000千伏淮南—浙北—上海特高压交流工程8基钢管塔真型试验完成。这标志着我国自主研发、设计、施工和调试的特高压杆塔试验基地完成基本功能建设,具备开展特高压各类输电塔的真型试验能力。

之后,±800千伏锦屏—苏南特高压直流工程5基真型塔试验完成。这次试验确定了高强度大规格角钢在特高压输电塔上应用的技术经济性。

2013年,淮南—南京—上海(北半环)特高压工程3基塔真型试验完成,其中包括国内第一基1000千伏交流双回路角钢塔的设计试验。试验深入研究了旋转90度后的新型十字截面双拼角钢的受力特性,为在特高压工程中推广此类材料提供了依据。

±1100千伏准东—皖南直流特高压工程5基真型塔试验于2016年完成。在对该工程某型号输电塔进行真型试验时,试验人员共完成6个工况100%荷载试验,发现45度角的大风超载到139%时,会出现塔腿主材破坏导致的倒塔现象。试验人员通过真型试验及时检验并发现了设计的不合理之处,随后又进一步研究和试验了大规格角钢的承载能力。研究成果在后续工程中得到广泛应用。

其后一年,±800千伏酒泉—湖南、锡盟—泰州特高压直流输电工程各两基真型塔的试验研究完成。这是我国在特高压工程中首次采用8分裂1250平方毫米大截面导线和300毫米级高强度大规格角钢。自此,我国特高压工程所用的角钢达到了冶金行业的最大规格。

实践证明,输电杆塔真型试验为特高压输电塔的优化设计提供了试验依据,是保证我国特高压输电塔结构经济可靠的关键,也为特高压线路的安全运行提供了技术保障,具有良好的经济效益和社会效益。

走出国门,我国杆塔试验将发挥更大作用和价值

过去,超高压直流输电的核心技术和相应试验方法曾被极少数跨国公司垄断,±800千伏特高压直流输电工程在国际上也只处于前期论证阶段。如今,中国已全面掌握特高压核心技术,并成为世界上首个实际应用特高压技术的国家。伴随着特高压技术的不断突破,国家电网有限公司的国际业务实现高速增长。

与此同时,我国的杆塔试验水平也不断提升,杆塔真型试验在国际上的声望和信誉与日俱增,已实现试验资质同世界各国互信互认。现在,部分国际试验业主不要求见证即可开展试验。乘着中国电力“走出去”的东风,中国杆塔试验的国际业务已发展到60多个国家或地区,其中包括美国、加拿大、法国、意大利、埃及、南非、韩国、菲律宾、印度尼西亚、澳大利亚等国。

今年年初,国家电网公司提出“三型两网、世界一流”的战略目标。面对“5G+”、物联网、大数据、云计算等发展需要,以及电力基础设施共享的趋势,杆塔试验将朝着电力与通信互联的新科研方向,进行与电信技术的创新融合,以面对泛在电力物联网建设过程中产生的新试验需求,提前应对检测标准的发展和变化。未来,我国杆塔试验会发挥更大的作用和价值。

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