新型预应力电杆在油田架空配电线路的适应性分析

尹伍 刘超

大庆油田有限责任公司第二采油厂

电力驱动的机械采油是大庆油田进入高含水开采后期原油开采的主要方式，6～10 kV 架空配电线路则是为采油输送电能的唯一通道，而环形混凝土电杆[1]（以下简称电杆）是这个通道中的重要部件，其质量和完好程度直接关系到油田电网供电可靠性和人身安全。最近几年，大庆油田多个采油厂出现了线路倒杆、倒架空柱上变的重大供电事故。究其原因，除外力破坏外，与新型预应力电杆的生产、使用有很大关系。

1 新型预应力电杆的主要特点

电杆分为预应力电杆和普通电杆，而这两种电杆又有多个不同的强度级别。预应力电杆在生产时，使用外力将某一型号纵筋拉升一定程度，使用离心方法[2]形成环形混凝土电杆，固化后才撤掉外部拉力，形成对应强度级别的预应力电杆，因而这种电杆具有“宁折不弯”的特性。普通电杆采用传统的设计方法制造，不施加预应力，设计比较保守，加工多采用热轧钢筋生产，因为钢筋强度低，所以用钢量很大。和普通电杆“宁弯不折”的特性相比，同样数值开裂检验弯矩的电杆，预应力电杆可以使用较细的纵筋和横筋，预应力电杆（表1）较普通电杆（表2）可节约大量钢材。

表1 预应力电杆杆型及配筋要求Tab.1 Pre-stressed pole type and reinforcement requirements

表2 普通电杆杆型及配筋要求Tab.2 General pole type and reinforcement requirements

通过对预应力电杆和普通电杆的材质、生产过程和使用分析，得出其主要特点：普通电杆生产工艺简单，材料消耗较多，生产成本高，但经久耐用，一般可使用50～100 年，而且运行维护费用低；而预应力电杆生产工艺稍微复杂，但减少了材料消耗，降低了成本，但不耐冲击，耐久性差。

2 预应力电杆损坏原因分析

近几年油田6～10 kV电网电杆出现不同程度的损坏。损坏情况分为两种：电杆损坏初期，地面以上出现不同高度的酥裂纹，随着损坏程度加深，出现漏孔、掉块等重大缺陷（图1）；电杆损坏初期是较短、较小的纵向裂纹，随着时间延长，纵向裂纹加长，裂口变宽（图2）。

图1 电杆根部裂纹损坏照片Fig.1 Photos of cracks on the roots of electric poles

图2 电杆纵向裂纹损坏照片Fig.2 Photos of longitudinal cracks on electric poles

随着预应力电杆使用时间延长，电杆损坏情况会越来越严重，数量也会越来越多。电杆损坏的后果轻则影响供电可靠性，造成原油减产，重则危及维检修人员的人身安全。

预应力电杆损坏的直接原因可以从其使用环境分析，混凝土电杆5 cm 厚的混凝土中存在毛细孔[3]，空气、水汽均会通过毛细孔对钢筋产生锈蚀作用，导致使用了较细钢筋的预应力电杆的耐久性和抗腐蚀能力不如普通电杆。在诸如超应力标准使用的特殊情况下，预应力电杆弯矩超过开裂弯矩而使钢筋受过载拉力，其挠度超过了开裂弯矩时的挠度（表3），钢筋复原差于普通电杆，导致其地面以上根部混凝土裂缝不能快速复原，水汽通过裂缝使钢筋生锈、腐蚀速度加快，在混凝土标号不达标时电杆损坏速度更快，这是油田6～10 kV线路电杆损坏的主要原因。杆头封堵不严也会造成部分特殊地段的电杆在冬季因杆体内过高水位的积水冻胀而出现根部酥裂。

电杆受到异常或超标弯矩的原因主要有运输颠簸，施工时带拉线的电杆不安装底盘，拉线不打马道，人工正杆或机械正杆，基础冻胀上拔，拉线被盗，车辆刮碰导线或拉线，以及撤线时导线被剪断等。

表3 两种环形混凝土电杆锥形杆挠度值

预应力电杆损坏的间接原因需要从油田对电杆标准的学习、宣贯、使用等方面分析。油田现在仍在使用上世纪80 年代的通电-7010 图纸，通电-16189为上世纪90年代油田内部通用的架空配电线路及柱上变电站通用图纸，当时油田内部的电杆型号、强度级别比较单一，只有普通电杆，也能满足生产需求。由于油田预制厂对预应力电杆标准认知较早，根据现场部分杆型需求生产I 级预应力电杆，但对于预应力电杆的现场应用受力情况知之甚少；电力施工单位、电网运行单位对预应力电杆标准认知较晚，忽略了这类电杆过载能力差、耐久性差的特点，也无法确定电杆是否超应力使用，只能允许I级预应力电杆在现场使用，其结果是油田架空配电线路预应力电杆不同程度的损坏。

3 措施

要减少预应力电杆损坏对油田配电网的影响和安全隐患，技术上可以从两个方面着手：对受损不太严重的电杆，采取以ϕ500 mm 钢模浇筑钢筋混凝土修复方法延长其使用寿命；对损坏严重的电杆，需要拆除重建。油田需要加强电杆标准的学习、宣贯和使用管理。设计方需要核定不同杆型受力情况，设计使用相应类型和强度等级的电杆：对于没有拉线的直线杆[4]，在正常运行时只承担自身以及导线、金具产生的垂直于地面的重力，以及风吹带来的较小水平方向的剪应力，电杆弯曲变形较小，损坏的较少，因而直线杆型选用宁折不弯的I级预应力电杆比较经济，在一个资产折旧期[5]内可以满足强度需求；而对于有拉线的T 接杆[6]、转角杆、终端杆[7]，除了承担自身以及导线、金具产生的垂直于地面的重力以外，还要承担导线水平方向的拉力、以及导线、拉线产生的向下的合力，故选用普通电杆或强度级别较高的预应力电杆[8]较为合适；对于柱上变电站这种杆型，无论终端式[9]还是通过式[11]，除了承担原杆型的各种受力之外，双杆还要承担1～1.5 t的设备和支持金具等产生的重力及操作台的侧向应力，损坏较多，因而对于这种杆型，选用宁弯不折的M级普通电杆[12]更为合适。

4 结束语

预应力电杆由于使用了较细的钢筋，因而大幅度降低了钢材用量，从而降低了电杆生产和采购成本，在油田配电线路工程建设上具有较高的经济性。但从使用情况上分析，不同的杆型，其受到的应力是不一样的。除设计部门外，在油田物资内供体系中从生产、采购、施工、验收等多个环节加强检验、监督，在保证预应力电杆质量的前提下，确保不同杆型使用相应类型和强度等级的电杆。