电力钢管杆失效解析及改进对策

陶礼兵，张杰，陆益民

（1．衢州电力局，浙江衢州324000；2．浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

电力施工

电力钢管杆失效解析及改进对策

陶礼兵1，张杰2，陆益民1

（1．衢州电力局，浙江衢州324000；2．浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

通过对一起10 kV钢管杆强度不足的全过程失效分析，从杆塔设计、杆型结构、材料选用、制造施工等多个环节着手，分析可能引起挠度超标和节点弯曲的原因，提出相应的改进对策，并取得了良好的效果。

钢管杆；强度检测；原因分析；改进对策

随着人们对环境美观要求的日渐提升，钢管杆在电网中得以广泛使用。在钢管杆的设计、施工、运行各阶段，电杆的整体挠度和节点弯曲度是关键性技术指标，在各类规范中均有明确要求。本文通过对一起10 kV钢管杆强度不足案例的全过程解析，对线路设计和施工制造提出了相应的改进措施。

1 案例现场

10 kV湖平线延伸工程终端采用单回路钢管杆，杆塔单侧受力，主杆采用法兰盘连接，各项设计使用参数见表1。施工单位在现场安装过程中发现，钢管杆在架线后整体向受力侧明显倾斜，且左右两道导线横担受力后向主杆中心合拢、节点弯曲明显，施工紧线所设置临时拉线受力异常。线路平面布置如图1所示，钢管杆单线如图2所示。

图1 现场平面布置

2 现场实测结果

引起杆塔强度不足、受力异常的原因较多，为尽可能保证原因分析无遗漏，对现场检测的内容和要求也尽可能地全面到位。检测内容主要包括导线弧垂测量、杆塔基础测试、钢管杆挠度测量、关键节点弯曲度测量、材质光谱分析、板材厚度测量等6项。

图2 钢管杆单线示意

（1）导线弧垂测量。经现场勘测与设计比较分析，与终端杆相连的线档为弧立档，设计弧垂为25.23 m，实测弧垂为25.39 m，符合规范要求。

（2）杆塔基础测试。经实测，基础外观良好无明显裂纹，水平面检测误差符合基础要求，混凝土强度等级符合要求。

（3）钢管杆挠度测量。经实测，该杆塔整体实际挠度为18‰，严重超标；同时在法兰盘处节点弯曲变形明显。

（4）关键节点弯曲度测量。经检测，导线横担实际中心线偏离设计达30 cm，相对主杆连接处节点弯曲度达15%，严重超标。

（5）板材厚度测量。原设计主杆的下端钢板厚度为14 mm、上端为12 mm、横担为8 mm；经实测，主杆的实际下端钢板厚度为12.6 mm、上端为10.5 mm、横担为7 mm。

表1 10kV湖平线延伸工程钢管杆设计参数

（6）材质光谱分析。检测5个点（横担2个点，主杆3个点），并将结果进行加权平均，测算得出其钢材化学成分如表2所示。同时与相应材料所含化学成分进行比较，推测该基杆塔所用板材全部为Q235号钢材。

表2 钢管杆主要板材化学成分

3 失效原因分析

按照当前物资采购方式，钢管杆结构通常由制造商设计，经电力设计部门确认。在上述检测的基础上与设计图纸进行比较，同时查阅相关标准规范要求，确认引发该钢管杆强度不足的原因主要有以下3个方面。

3.1 设计时先天不足

（1）横担与主杆连接部位关键点设计不当，仅以2块平行钢板插入横担，与导线横担用2排螺栓相连紧固，其中未设计有效补强措施，致使在该节点处强度不足。

（2）主杆设计时采用的控制工况不当。在进行控制工况选择时，设计软件采用的是低温控制，由此得到的标准弯矩、杆塔应力、挠度等数据偏小；经再次深入计算，该基杆塔的实际控制工况为大风控制，两者工况的数据对比见表3。

表3 2种不同控制工况下的主要设计参数差异对比

（3）在进行基础设计时，未对基础顶面进行反向预高设计，致使荷载未能相应减少，倾斜度和挠度进一步加剧。

（4）杆段之间法兰盘连接处未设计相应的施工检修位置，致使安装人员在吊装后难以进行二次紧固调节。

3.2 制造商工艺控制不佳

（1）钢管杆使用的材料以弱代强。原图纸中导线横担所用钢材类型为Q345，实际用材为Q235，两者的材料性能指标有很大差异。根据GB 50017-2003《钢结构设计规范》，2种钢材的力学性能见表4。

表4 钢管杆板材强度设计值

（2）钢板用材厚度不足。原设计主杆的下端钢板厚度为14 mm、上端为12 mm、横担为8 mm；经实测，主杆的下端钢板厚度为12.6 mm、上端为10.5 mm、横担为7 mm，不符合国家标准GB/T 709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》中的相应规定（如表5所示），实际误差如表6所示。

表5 标准单轧钢板的厚度允许偏差（N类）

（3）杆段间连接法兰盘处加筋板之间的设计间距偏小，加上人工电焊水平的差异，致使部分加筋板的间距进一步缩小，紧固螺丝专用大扳手难以放置，导致施工时部分螺丝难以紧固到位。

3.3 施工安装不规范

根据电力线路施工及验收规范的要求，为保证杆塔的倾斜度符合要求，钢管杆在整体起立后应进行二次紧固和调节，这是因为杆件在起吊受力后容易发生局部偏移，部分螺丝在受力后紧固度产生偏差，故需要在起立后进行杆上紧固调整。但是施工单位仅在法兰盘处的爬梯位置进行了紧固，爬梯背面和侧面未进行紧固，致使紧线后杆件进一步向受力侧倾斜。

表6 实际误差数值

3.4 钢管杆板材受力计算

GB 50061-2010《66 kV及以下架空电力线路设计规范》中规定，“杆塔结构在长期荷载作用下，钢管杆的计算挠度不应大于计算长度的15‰”。按照实测板材类型和厚度，结合杆塔承受载荷重新计算，按正常运行条件下的计算结果见表7。

表7 不同厚度下的计算结果

4 改进措施

明确该基杆塔强度不足的原因后，采用了以下针对性整改措施，以提高杆塔自身强度，有效保证电力线路安全可靠性。

（1）完善杆塔结构设计，消除先天缺陷。主杆根据大风控制工况重新设计，将杆件整体挠度设计降到8‰以内，主杆与横担连接处加设加筋板补强，杆段之间法兰盘连接处加设施工检修位置，方便安装人员在吊装后进行二次紧固调节。

（2）加强制造商内部管理，确保工艺水平达标。将主杆板材由Q235改为Q345，板材厚度、类型选用严格按照设计要求，严格执行ISO900等质量控制流程管理，确保焊接折弯等关键环节达到要求。

（3）规范现场施工工艺。由于基础在前期未能预高，故采用在钢管杆底部加垫铁板的方法进行修正，铁板由厚到薄不等高设置（2 mm，4 mm，6 mm，8 mm，10 mm），从而有效减少杆身荷载。同时，在杆塔吊装后进行二次紧固和调节，确保主杆倾斜度和关键节点处弯曲度不超标。

5 结语

根据上述分析，引发10 kV湖平线终端杆强度不足的原因主要是设计不合理和制造商内部管理不当以及现场施工安装不够严谨规范。经过针对性改进，钢管杆顺利安装到位，经现场检测，杆身挠度和关键节点弯曲度等关键指标均符合要求，线路顺利投运，至今已安全运行超过2年。

结合当前电网建设施工的现状，很多钢管杆的设计图由厂家提供，受厂家技术人员水平差异所限，存在着一定的工程隐患。为进一步控制入网产品质量，建议在今后的类似工程中，厂家提供的设计图必须经有资质的设计部门进行校核后方可加工，以确保工程质量。

（本文编辑：徐晗）

Analysis on Failure of Electric Poles and the Improvement

TAO Li bing1，ZHANG Jie2，LU Yi min1
（1.Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China；2.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

By analysis on a whole-process failure of 10 kV steel poles due to poor strength，the paper explores the reasons of excessive deflection and node bending in terms of design of poles and towers，pole structure，material selection，manufacture and construction；it proposes relevant improvement，in which favorable effect is achieved.

steel pole；strength test；cause analysis；improvement

TM754

：B

：1007-1881（2013）10-0074-03

2013-06-26

陶礼兵（1976-），男，浙江衢州人，工程师，从事电力线路与金属技术监督管理工作。