國家電網報:我國桿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桿塔試驗科普報道,全文如下:

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核心提示 桿塔是架空輸電線路工程的重要組成部分。如何保證桿塔具有良好的性能,以經受住各種運行條件的考驗,實現線路安全穩定運行?在桿塔投入使用之前,必須要過的一道關卡就是桿塔試驗。我國的桿塔試驗對保證特高壓工程質量有什么作用?在“兩網”融合趨勢下,桿塔試驗又將朝著什么方向發展?

我國桿塔試驗技術實現突破走向國際

桿塔不斷升級,如何驗證桿塔結構是否合理?

伴隨著電網電壓等級的不斷升級,我國的輸電桿塔經歷了從木質電桿到水泥電桿,再到鋼結構鐵塔和輸電鋼管桿的發展變遷。

木質材料被應用于中國電力發展初期的線路架設中。由于木結構電桿機械強度較低、使用年限較短、資源不足等,木質電桿逐步被取代乃至淘汰。和木質電桿不同,水泥桿目前在我國城鄉配網的架空線路中仍有廣泛使用。自1924年我國生產出第一根方型實心水泥電桿至今,水泥電桿在國內已有90多年的歷史。

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,金屬及金屬復合材質被逐漸應用于桿塔設計。在電壓等級升高、電力負荷增大、輸電網絡變密的大背景下,金屬及復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復雜多變,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。這都對桿塔結構的承載力和安全性提出了更高的要求。

桿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,桿塔必須經過一道檢驗整體質量的重要關卡——桿塔試驗。

桿塔試驗的全稱是輸電桿塔真型試驗。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、相同構件的塔作為試驗樣品,按實際的設計荷載開展一系列拉力試驗。輸電桿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,為修改設計提供實踐依據和技術支持。

真型試驗:保證桿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。桿塔真型試驗能夠驗證在各種荷載組合工況下,各桿件的受力性質及特點、桿件與桿件質檢的傳力關系及節點構造的合理性,了解桿塔的各種受力狀態及變形影響等,確保桿塔工程優化、計算、選材的安全可靠,以及桿塔的剛度、強度、穩定滿足工程要求。

真型試驗需要在較大面積的試驗基地才能完成。位于河北省霸州市的中國電力科學研究院桿塔試驗基地是我國唯一從事特高壓輸電塔真型試驗的研究基地。該試驗基地擁有縱向、橫向和縱向反加荷塔各一座,可同時施加包括垂直方向在內的4個方向荷載,并且能滿足按防冰新標準設計的扭轉工況施加要求。

近年來,我國在桿塔試驗方面開展了深入的研究并取得了重要的技術突破。桿塔試驗對新材料、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桿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。

之后,±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度后的新型十字截面雙拼角鋼的受力特性,為在特高壓工程中推廣此類材料提供了依據。

±1100千伏準東—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并發現了設計的不合理之處,隨后又進一步研究和試驗了大規格角鋼的承載能力。研究成果在后續工程中得到廣泛應用。

其后一年,±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,輸電桿塔真型試驗為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,也為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,我國桿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,并成為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,我國的桿塔試驗水平也不斷提升,桿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,F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,中國桿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、云計算等發展需要,以及電力基礎設施共享的趨勢,桿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產生的新試驗需求,提前應對檢測標準的發展和變化。未來,我國桿塔試驗會發揮更大的作用和價值。

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