特大型座地双平臂电力抱杆的研制及应用

叶建云，金鹤翔，周立宏，姚成凯

（1.浙江省送变电工程公司，浙江 杭州 310016；2.浙江省建设机械集团有限公司，浙江 杭州 310014）

为了填补浙江舟山群岛新区500kV 网架空白，满足舟山国际绿色石化基地建设需求，更快、更好地为舟山群岛新区的现代海洋基地服务，两基380m 输电高塔就建在西堠门大跨越两侧的金塘岛、册子岛。这两座高塔跨越繁忙的国际航道，按照海事部门要求，导线弧垂的最低点要始终保持在海平面90m 以上，以保证各类大型船只的顺利通航。针对500kV 两基380m 输电高塔的施工特点，特研制出1 260tm 特大型座地双平臂抱杆。

1 抱杆的主要性能参数及总体结构

1.1 抱杆主要性能参数

1 260tm 特大型座地双平臂电力抱杆主要性能参数：最大起重量30t/30t；工作幅度5～42m；额定起重力矩1 260tm；最大独立工作高度60m；两侧最大起重力矩差420tm；抱杆工作级别A3；工作温度-20～50℃；设计风速（离地10m 高处，10min 平均风速），安装状态8m/s，工作状态10.7m/s，非工作状态10.8～35m/s。

1.2 抱杆的总体结构

1 260tm 特大型座地双平臂电力抱杆包括塔顶、起重臂拉杆、起重臂、载重小车、吊钩、回转塔身、上支座、下支座、过渡节、塔身、套架、底架基础集成、腰环、特殊节井筒吊装系统、起升机构、回转机构、变幅机构、顶升机构等等。如图1 所示，牵引机与操作台位于地面，起重臂通过销轴、开口销与上支座的左右两侧固定连接在一起；2 个载重小车分别位于左右两个起重臂上，吊钩通过钢丝绳与载重小车相连；回转支承位于上、下支座之间，能够承担倾覆力矩等；起重臂拉杆两端分别连接塔顶与起重臂。

图1 1 260tm特大型座地双平臂电力抱杆

2 抱杆主要创新技术及特点

2.1 整机性能

1 260tm 特大型座地双平臂电力抱杆在设计过程中，通过有限元分析方法，全程对抱杆各种工作工况与非工作工况进行了计算、分析及优化，及时发现危险工况并提供有效的建议，使得抱杆的各类系数指标位居国内先进水平。抱杆的最终使用高度超400m，若采用地面一次顶升的方式，提升操作困难及安全风险极大。所以抱杆在吊装过程中，分3 个阶段，第一阶段为0～112.8m 的吊装，选用2 台400t 履带起重机和100t 汽车起重机与抱杆配合进行吊装；第二阶段为112.8～281.5m，采用抱杆进行吊装，两侧同时进行起吊；第三阶段，将220m 以上的部分抱杆提升为悬浮，并将220m 以下的抱杆标准节全部拆除，换装为井筒，并在220m 塔身隔面安装形成固结的高空作业平台，将抱杆坐落在高空平台上。图2 为平臂22.5°风向90°30t/30t 起吊工作工况整体位移图。

图2 平臂22.5°风向90°30t/30t起吊工作工况整体位移

2.2 海岛抗台风设计

舟山群岛的金塘岛和册子岛属于台风多发地区，长年经受海风与雨水的侵蚀，使得泥土也变得松软，这是本次的难点之一。为了保证1 260tm特大型座地双平臂电力抱杆在海岛的正常使用，抱杆构件风载计算参照GB 50009-2019《建筑结构荷载规范》及DL/T 5154-2012《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》

式中：Wk为风载荷标准值（kN/m2）；βz为高度z处的风振系数；μs为风荷载体型系数，其中抱杆标准节、过渡段、回转塔身、塔顶部件的体形系数参考了塔架的体型系数（公式1），上下支座部分参考了绝缘子的体型系数（公式2），平臂部分参考了格构式横梁的体型系数（公式3）；μz为风压高度变化系数；W0为基准风压（kN/m2）；V为计算风速（m/s）；Ws构件垂直迎风面风荷（kN）；Af构件承受风压投影面积计算值（m2）。

起吊绳和平臂拉杆风载计算参照DL/T 5154-2012《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》及GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》

式中：Wx为垂直于钢丝绳的水平风荷载标准值（kN）；a为风压不均匀系数，取1.0；βc为风荷载调整系数，取1.0；μz为风压高度变化系数；μsc为体型系数，取1.1；d为钢丝绳外径总和（m）；Lp为单道钢丝绳长度；θ为风向与钢丝绳的夹角。

通过以上计算，最终确定数据如表1 所示，达到了抗强台风的设计标准。

表1 各状态下允许最大风速

2.3 超大吨位顶升

随着输电铁塔的升高，电力抱杆也需要节节攀升。电力抱杆要实现自动顶升，同时，总顶升能力不小于1 650t，顶升同步精度要达到毫米级。传统的双油缸系统不满足要求。考虑到此工程的特点，最终确定选择8 油缸顶升方案（图3），每个油缸的顶升力可达250t，行程3 500mm，满足顶升距离的要求；同时还包括2 台同步顶升泵站；2 台插销泵站；1 个同步控制台；4 个伺服控制阀箱；8 根水平油缸；1 个运动控制器以及相应的传感器件和液压配件。并采用伺服控制技术和运动控制器的系统，满足抱杆连续同步顶升要求。

图3 顶升设备布置图

2.4 滑块式腰环

电力抱杆的标准节与腰环之间不存在相应的连接杆件，腰环通过与抱杆的接触来对抱杆的侧向位移进行约束。本次腰环内侧采用MGA 滑块式摩擦片，而不是常规使用的滚轮结构（腰环受力很大，若使用滚轮结构，滚轮轴的直径将会很大，不符合实际情况）。MGA 属于工程塑料合金，由于其承载能力大、抗震性能好，既能承受较大的冲击载荷，也能承受冲击载荷(拉伸强度≥60MPa，冲击强度≥140kJ/m2，压缩强度≥125MPa)，在受到大的负荷时，具有很好的柔韧性和自恢复性；而且本身具有一定的自润滑性，所以不用在干态不加油的状态下都能很好的应用。

并通过有限元分析对其中一个非工作工况（抱杆标准节等效应力和腰环拉力较大的工况）进行分析，都满足腰环梁最大等效应力不超过343MPa 的强度要求。

2.5 远距离信号传输

本次抱杆的控制电缆总长超过1km，若电控设计沿用以往的多芯电缆控制，会极易造成电缆间感应电，引起抱杆动作失误。经过了广泛调研，最终提出在1 260tm 电控设计中采用CCLink（Control&Communication Link）通信控制方式。这是目前业界最高速等级的总线网络，可以实现位数据和字数据的高速、大容量传输，可以实现各控制器件间的N 站通信，成功地解决了控制系统远距离信号传输难题。

3 型式试验及海岛使用

3.1 型式试验

2017 年11 月15 日，为了验证电力抱杆的相关性能是否符合预期，特邀请中国电力科学研究院专家组人员，在浙江省建设机械集团有限公司萧山生产基地进行型式试验，相继进行了额定载荷试验、超载试验及循环试验，以及现场使用工况完全模拟测试。各项技术指标均符合技术标准和规范要求，整机结构可靠，能够平稳运行。

3.2 海岛使用

2017 年12 月底，2 台1 260tm 特大型座地双平臂电力抱杆开始相继发往舟山的金塘岛与册子岛应用于舟山500kV 送变电工程。在实际的吊装过程中，2 台电力抱杆运行平稳，符合预期设计目标。

4 结语

2018 年9 月，舟山册子岛一侧380m 输电高塔立塔完成，同年10 月，舟山金塘岛一侧380m输电高塔立塔完成。1 260tm 特大型座地双平臂电力抱杆适用于超高型、特大型的输电高塔的组立，且在施工过程中运行安全平稳，同时极大的提高施工效率，近300 个日日夜夜，2 台1 260tm特大型座地双平臂电力抱杆经受住了海岛上狂风大雨的侵蚀及长时间超大吨位顶升的考验。