输电杆塔结构用材料最新进展

第４４卷增刊２０１１年１０月武汉大学学报（

工学版）Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．４４Ｓｕｐ

．Ｏｃｔ．２０１１

作者简介：李茂华，女，工程师，主要从事线路结构研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｍａｏｈｕａ＠ｅｐｒｉ．ｓｇ

ｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ．文章编号：１６７１－８８４４（２０１１）Ｓ１－０１９１－

０５输电杆塔结构用材料最新进展

李茂华，杨靖波，刘思远

（中国电力科学研究院，北京　１００１９２

）摘要：从输电杆塔结构用材料方面论述了当前我国输电杆塔用材的现状和发展趋势，指出随着电网建设的不断

发展，

输电杆塔对钢材的品种和规格将提出更多的要求，塔材材质方面将向环保型、高强、节约型方向发展，未来输电杆塔对Ｑ４２０、Ｑ４６０高强度钢材、大规格角钢的需求量巨大，新型材料如冷弯耐候钢、复合材料将逐步得到应用．

关键词：输电杆塔；高强钢；大角钢；冷弯耐候钢；复合材料中图分类号：ＴＵ　５１１．３；ＴＭ　

７５ 文献标志码：ＡＤｅｖｅｌｏｐ

ｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｅｅｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｏｗｅｒｓＬＩ　Ｍａｏｈｕａ，ＹＡＮＧ　Ｊｉｎｇｂｏ，ＬＩＵ　Ｓｉｙ

ｕａｎ（Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　

１００１９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｕｓ　ｑｕｏ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｏｗｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐ

ｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｒｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖａｒｉｅｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｏｗｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｌｏｎｇｓｉｄｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄｓ．Ｔｏｗｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗｉｌｌ　ｄｅｖｅｌｏｐ　

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Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｔｏｗｅｒ；ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｅｅｌ；ｌａｒｇｅ－ｗｉｄｔｈ　ａｎｇｌｅ　ｓｔｅｅｌ；ｗｅａｔｈｅｒ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ　ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ　ｓｔｅｅｌ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ 随着我国特高压电网的建设以及同塔多回线

路、紧凑型线路、多分裂大截面导线等输电新技术的应用，使得杆塔荷载越来越大，杆塔也越来越高，塔重从单基重量１－２ｔ，发展到现在最大单基塔重５　

０００多ｔ；塔高从几米发展到我国２００４年１１月建成投产的江阴长江大跨越塔，塔高达到３４６．５ｍ，单基塔重约４　０００ｔ（见图１）．２０１０年６月新建成的国内最高输电塔是浙江舟山与内陆联网跨海工程跨越塔，塔高约３７０ｍ，单基塔重５　０００多ｔ（见图２）．２００９年１月６日投入运行的１　

０００ｋＶ交流输变电工程—

——晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程输电铁塔塔重是５００ｋＶ铁塔的４－５倍，单回路单基塔重将达到５０－１００ｔ（见图３），双回路单基塔重将达到１００－２５０ｔ．２０１０年７月８日投入运行的向家坝－上海±８００ｋＶ特高压直流输电示范工程输电铁塔塔重是±５００ｋＶ直流输电塔的２－２．５倍，单基重约３０－

９０ｔ（见图４）．我国输电线路铁塔构件长期以来以热轧角钢型材为主，辅以少量钢管，钢材的品种以Ｑ２３５和

Ｑ３４５两种为主，铁塔采用热镀锌防腐．随着经济社会和电网的发展以及环保节约型社会的建设，现有的输电铁塔在钢材强度等级、截面型式、防腐等方

武汉大学学报（工学版）第４４

卷图１　５００ｋＶ江阴大跨越塔图２　２２０ｋＶ舟山大跨越塔　图３　１　０００ｋＶ交流特高压塔　图４　±８００ｋＶ直流特高压塔

面都无法适应，到了２１世纪，这方面的问题表现越来越突出，电力行业从２００２年开始尝试高强钢的应用，近两年来在国家电网公司的大力推动下，高强钢、钢管塔的应用已开始普及，并开始探索大角钢、高强螺栓、冷弯钢、耐候钢以及复合材料在输电线路杆塔中的应用．本文就作者了解的输电杆塔用材料最新趋势做一个系统的介绍，供同行参考．１　高强度角钢在输电线路铁塔中的应用

我国输电铁塔的构件截面型式以角钢为主，材质主要是Ｑ２３５、Ｑ３４５Ｂ级钢，与美国、日本、欧盟等国家相比，我国输电铁塔结构所用钢材的材质单一、强度值偏低、材质的可选择余地小，难以满足铁塔大型化的需要．我国ＧＢ　５００１７－２００３《钢结构设计规范》［１］已将Ｑ３９０、Ｑ４２０列入可选材料范围，ＧＢ／Ｔ　１５９１－２００８《低合金高强度结构钢》［２］列入了Ｑ４６０、Ｑ５００、Ｑ５５０、Ｑ６２０、Ｑ６９０强度级别的钢材，为更高强度等级钢材的应用提供了可能．２００２年５００ｋＶ黄浦江吴淞口大跨越工程跨越钢管塔首次采用了Ｑ３９０钢材；２００４年在７５０ｋＶ官厅－兰州东段输电线路中，又首次成功地采用了Ｑ４２０高强度角钢．

此后，通过广泛调研国内主要钢厂的轧制水平，并经过经济性比较，考虑到与Ｑ３４５相比，Ｑ３９０高强钢的强度等级提高幅度不够大，而Ｑ４６０的轧制还存在一定困难，Ｑ４２０钢与国际先进水平较接近，因此决定大面积推广Ｑ４２０角钢．随后中国电力科学研究院（简称“电科院”）开展了大量的试验研究工作，取得了相关的设计技术参数，并编制了多项加工、制造、监造相关的技术导则用以指导Ｑ４２０高强度角钢的设计和加工，还相继举办多次Ｑ４２０高强度角钢的加工人员及管理人员培训班，保障高强钢的应用．２００６年国家电网公司基建部组织了全国性的Ｑ４２０高强钢推广应用试点工作，选取了９个高强钢试点工程，分别由江西、西北、湖北、江苏、河北和东北六个网省公司负责，试点工程采用高强钢的铁塔共计４．６３万ｔ，用Ｑ４２０高强钢角钢９　８００ｔ，Ｑ４２０钢板９３８ｔ，电科院总结了试点工程的应用经验．２００７年国家电网公司在“两型三新”输电线路建设中将推广应用Ｑ４２０高强角钢列为新技术、新材料的重点内容．同时，我国第一条１　０００ｋＶ晋东南－南阳特高压试验示范工程、±８００ｋＶ向家坝－上海特高压直流输电示范工程中均全面使用了Ｑ４２０高强度角钢，起到了很好的示范作用．

从已有的工程设计经验来看，采用Ｑ４２０高强度角钢对于转角塔可以节省４％－７％，直线塔可节省４％－６％，经济效益明显．通过大面积推广应用，积累了Ｑ４２０高强钢在设计、轧制、加工等各方面的经验，目前Ｑ４２０高强钢在输电线路铁塔中的应用已十分普遍，并已纳入国家电网公司典型设计的范畴，钢材的生产质量也在不断提高，采购环节已不存在什么问题．

２　大规格角钢在输电线路铁塔中的应用

目前，我国铁塔用角钢的最大规格为∠２００×２４，国际上如欧美生产的最大角钢规格为∠２５０×３５，其高强度单角钢最大承载力可达到５　０００ｋＮ以上，采用单角钢就可以满足５００ｋＶ同塔双回路铁塔主材的要求．而我国对一些受力较大的输电

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