西北220kV线路典型倒塔事故分析及强化输电铁塔抗风灾技术措施探讨

拜建仁

摘 要：龙卷风、台风、飑线风等强风暴自然灾害导致架空输电线路闪络、雷击跳闸等故障时有发生，严重时甚至造成输电线路杆塔倒塔事故发生。而造成在我国西北地区高压输电线路和输电杆塔事故发生的最大威胁正是来自于强风暴原因。作者通过对宁夏电网步兰甲线倒塔事故，从输电杆塔结构防风设计时风压高度系数取值、恶劣气象工况条件、螺栓坚固度及运行管理维护工作方面调查与分析了强风暴致倒塔事故发生的主要原因。同时，针对强风暴工况作用下如何预防倒塔事故发生提出切实可行可靠的技术措施。以期对我国西北电网预防倒塔及强化输电铁塔抗风灾提供有用的参考。

关键词：架空输电线路;倒塔;分析;加固与预防;措施

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0169-02

随着我国经济建设的腾飞，电力工业的发展也呈跨越式发展，特高压电网建设已引领世界电网大发展。确保电网安全保障电力供给，促进社会经济发展，对提高架空输电线路安全运行提出严峻挑战。近年来，随着大风、雨雪、暴风等异常自然现象增多，造成架空输电线路覆冰、舞动现象频发，致使架空输电线路闪络、雷击跳闸等故障时发生，严重时甚至造成输电线路杆塔倒塔事故发生，造成较大的安全稳定供电社会影响及电力企业严重的经济损失。

本文通过对我国西北地区宁夏电网220kV步兰甲线倒塔事故调查，针对强风作用下输电杆塔风致倒塔机理进行分析，找出输电线路铁塔抗风薄弱环节，提出针对强风暴作用下如何预防倒塔事故发生提出切实可行的可靠预防措施，为该地区强化输电铁塔抗风灾提供有用的参考。

1 事故现场调查

1.1 事故概况

2015年9月30日13：58，国网宁夏检修公司220 kV步兰甲线B、C相故障跳闸。故障测距：步桥变测距18.2km、17.63km，兰山变测距2.17km。当日14：19接到调度通知，根据测距信息，确定故障杆段为步兰甲线55#—57#，经组织运行人员前往现场查找故障点，发现57#直线塔向线路右侧横向倾倒。

1.2 故障区段基本情况

220kV步兰甲线线路全长20.442km，杆塔63基，投运时间：2010年8月12日，导线型号：2×LGJ-300/25，导线平均张力25kN;地线型号：右：24芯OPGW，左GJ-50，设计覆冰厚度5mm，设计风速为27m/s。原线路为220kV正步甲线，后π接兰山变，由于不满足反措要求，于2012年2月对40#、42#、45#、55#進行改造，2013年为给新建110kV线路移出线路通道，步兰甲线1#—20#改造移至步兰乙线1#—21#，新建22#铁塔，原步兰甲线55#铁塔杆号顺延变为57#，57#塔所在耐张段为53#—60#，耐张段长2.644km。57#铁塔型号：2C-ZB2-27。

1.3 故障时段天气情况

2015年9月30日13：00，观测到的最大风速为14.9m/s，极大风速为28.2m/s，14：00最大风速为13.8m/s，极大风速为24m/s。极大风速已超过57#塔设计风速。

2 倒塔事故原因分析

2.1 风压高度系数

220kV步兰甲线57#铁塔位于平坦空旷的田野中，根据GB50545—2010《110kV-750kV架空输电线路设计规范》，受地形条件影响，风压高度系数有很大差别，57#实际气象条件下最大风速大于观测气象条件下最大风速。风压高度变化系数如表1所示。

2.2 恶劣气象条件

依据气象证明，故障时段观测到的极大风速为28.2m/s，根据57#塔《施工图设计说明书及材料表》中气象条件，57#塔在设计中采用27m/s基本风速，故障当天的极大风速值已超出设计风速，导致57#塔在极端气象条件下发生倾倒。

2.3 设计气象参数取值不当

根据电力公司《关于对步兰甲220kV输电线路改造工程初步审查的意见》（宁电[2011]77号）文件批复：设计最大风速为30m/s，但57#塔改造时《施工图设计说明书及材料表》中设计气象条件为27m/s，设计气象条件与电力公司批复文件不符。

2.4 铁塔螺栓紧固度

从倒塔现场核查，未发现57#铁塔塔材、螺栓缺失，现场拆除铁塔时，采用加长扳手无法松脱螺栓，最终采用切割塔材方式拆除57#铁塔。且对57#塔螺栓紧固情况进行检查，未发现松动情况，满足运行要求，但无法排除57#铁塔螺栓松动的可能性。

综上分析，导致57#铁塔倾倒原因结论为：线路设计气象参数选取不当，致塔塔型结构强度难以满足极端天气下的运行使用，在长时间大风作用下，杆塔主材疲劳超最大屈服应力，局部塔材强度无法满足运行要求，导致铁塔顺风向横线路方向发生倾倒。

3 预防输电线路倒塔事故发生的措施

3.1 优化输电线路基准风压计算及风压高度变化系数的应用

基于架空输电线路设计时引用的基本风速所对应的空气密度定值，即：0.00125t/m3，也即，基本风压确定为定值。由此，架空输电线路导线地线及杆塔所承受大风工况下风压大小的决定性或唯一性的外部因素为基本风压系数。但是，为了同时满足基本风压系数在其他线路规范中应用的一致性，在高海拨地区设计输电线路时，应直接选用“直接风压高度变化系数”，也是对空气密度因海拨高度变化而变化所产生的不利影响因素的抵消。

3.2 采取输电铁塔补强加固措施

3.2.1 铁塔主材加固

基于架空输电线路铁塔结构的特殊性、复杂性和“背靠背加固”试验验证结论“对单个螺栓连接而言，十字焊接型连接板及角钢连接板加固后主材承载力较一字型连接板提高5%左右;双螺栓连接较单螺栓连接承载力提高7%左右”，及现行铁塔结构加强主要方案效果对比，可知：若输电铁塔主材承载力要求有较高，则采用“十字焊接型连接板双螺栓连接”背靠背主材加固方案效果最佳;而早期输电铁塔结构相对现行输电铁塔结构较为简单，则以“单板单螺栓连接”加固方式，此加固方式无论是在加固效果、经济性、以及施工便利性方面均具有最佳的效果。

3.2.2 输电铁塔主材加固方法

当采用通过附加1个相同规格材副材，或比主材规格略小的副材，对塔身主材进行加固，主材与副主材连接形式如图1所示。

当采用主材与副主材连接时，可增强铁塔斜材对主材的约束。连接板位置如图2所示。

3.3 控制输电铁塔螺栓松动

3.3.1 输电铁塔螺栓松动对铁塔稳定性的影响

由于铁塔自身特点及其运行条件的特殊性，加之铁塔本身的弹性及运行荷载多变的特点会使铁塔螺栓松动，而螺栓松动是部分铁塔倒掉的主要原因。部分运检单位未能及时开展螺栓紧固工作也是导致铁塔倾倒的主要原因之一。

3.3.2 输电铁塔螺栓松动的主要预防措施

随着科技发展，生产和生活用电量越来越大，输电线路安全运行至关重要。而输电铁塔因螺栓松动原因而导致铁塔倾倒是造成电力故障的恶性事件。如何做好铁塔螺栓坚固工作，进而保证电力的可靠供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。要充分动员广大运维人员提高对螺栓紧固工作的重视程度。在新建线路验收过程中，强化技术监督工作，注意对塔材、螺栓及二者间的配合情况的检查，保证螺栓坚固率满足铁塔安全使用条件。同时对运行时间满一年后的新投运线路，必须开展铁塔螺栓二次紧固工作;对于运行时间超过6年及以上和经历过舞动、覆冰、大雪、大风等不良工况后，应视情况及时开展铁塔螺栓紧固检修工作。

4 结语

通过对220kV步兰甲线57#铁塔倒塔事故原因的分析，为预防架空输电线路倒塔事故发生，应着重注意做好以下工作：

（1）优化输电线路基准风压计算及风压高度变化系数的应用，可以进一步做好输电铁塔结构抗风设计工作，完善输电线路铁塔结构设计工作。（2）优化输电铁塔“背靠背”补强加固措施，能够很好的提高铁塔抗倾倒能力。（3）螺栓松动是部分鐵塔倒掉的主要原因之一。做好铁塔螺栓松动工作是防止架空输电线路铁塔倒塔事故发生的基础工作。（4）影响输电塔抗风性能的一个重要原因是输电铁塔抗风设计，应对架空输电铁塔抗风设计进行更加深入研究。

参考文献

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[2] 谢强，张勇，李杰.华东电网500 kV任上5237线飑线风致倒塔事故调查分析[J].电网技术，2006（10）：59-63+89.