张建钊 输电线路钢管杆的影响要素及其设计要点

4 防范措施 针对该公司#5、#6 锅炉发生的受热面漏泄型式与原因， 可以对不同型式的爆管采取以下措施。 4.1 焊接原始缺陷： 利用大小修及维护期间加强对受热面原始缺陷地详细 检查，特别对水冷壁、穿墙管、鳍片等容易热膨胀不均部位 着重检查。 4.2 水冷壁鳍片焊缝缺陷 补装鳍片焊缝检查发现存在的裂纹、未熔合和咬边及其 他易引起应力集中的尖锐缺陷，均需打磨补焊，并采取圆滑 过渡处理。 4.3 水冷壁鳍片拉裂 按设计要求，相邻水冷壁温差不能大于 50℃，如大于 50℃会造成膨胀不均。经过检查，该公司中间联箱处的温度 测点安装位置错误，原设计的安装位置应为中间联箱入口管， 但是现场基本都安装在出口管部位，是介质经过混合后的水 冷壁温度，建议通过停炉及检修机会对水冷壁测点进行改造， 通过运行测点的温度分布分析水冷壁是否存在壁温差过大
为一个悬臂梁，其挠度与截面惯性矩 I 成反比，在同一荷载
下，钢管截面越趋于环形，挠度越小。从力学角度分析，环
形截面优于多边形截面。虽然环形截面在加工上也可实现，
但较多边形截面难度大，且环焊缝较多，在实际工程中常采
用多边形截面。110kV 单回路直线杆和转角杆多采用十二边
形截面，双回、多回直线杆和转角杆多采用十二边形和十六
可对角度划分进一步细化，如增加 0～3°直线耐张杆。在钢 管杆设计时，杆型的规划相当关键，需综合、全面的分析和 考虑。
2.2 几何尺寸 钢管杆的锥度、梢径、截面形状、杆段划分是钢管杆设 计的直接影响因素。 2.2.1 锥度和梢径 锥度由钢管杆所受荷载的大小决定，钢管杆所受荷载越 大，弯矩包络图斜率就越大，从而需要越大的锥度以保证受 力合理。同时由于挠度控制的要求，需要合理的锥度来满足 挠度要求。稍径的大小直接影响着整个杆身的尺寸，稍径的 取值既要满足构造要求，又要满足挠度要求。通过反复计算 比较及历年的设计经验，钢管杆的锥度可参考表 1 进行取值， 梢径可参考表 2 取值。在设计中，取值由荷载的大小决定， 单回路小截面导线靠近下限进行取值，双回路、多回路、大 截面导线可靠近上限取值。
参考文献 [1]
（上接第 28 页） 这样不但满足了安全要求，也优化出了最佳塔重。通常每段 长度宜在 10 m 左右，但当壁厚较大时(≥26mm)，应综合考 虑加工设备加工能力适当的减小段长。
2.3 控制焊接方式 输电线路中钢管杆是一个压弯构件，杆身和横担一方面 受到向内的压力，一方面受到向外的拉力，如果主杆和横担 采取横向焊接的方式，极易造成焊缝的集中应力，一旦出现 焊缝撕裂、破损的情况，势必会影响到钢管杆整体作用与功 能的发挥，甚至发生倒杆事故。因此，为了保证送电线路的 正常运行，必须要避免主杆和横担的横向焊接。 2.4 控制钢管杆构件厚度 在钢管杆的构件当中，多数采用焊接的方式进行连接。 这个特点就决定了钢管杆的大部分构件厚度要符合一定的 焊接要求，如果构件厚度低于要求厚度，就很容易出现焊穿 的情况，因此，钢管杆的构件厚度不得低于 6mm，这是钢管 杆构件厚度的最低要求。同时，考虑设备的加工能力，杆体 厚度取值尽量小于 30mm。 2.5 控制基础主柱高度 在输电线路的设计过程中，注意基础主柱的整体结构和 地脚螺栓的匹配。如果基础主柱高度没有达到一定的标准， 可能会出现地脚螺栓穿透基础主柱预埋部分，造成送电线路 整体架构的不稳定性；同时基础主柱的宽度也要满足地脚螺 栓根开的要求，保证地脚螺栓和主柱的主筋中有一定的间隙
60 ～ 90° 转角杆
电压等
级
杆型
110kV
250百度文库～ 300 ～ 350 ～ 400 ～ 500 ～
350
450
500
550
700
220kV
350 ～ 450 ～ 550 ～ 650 ～ 750 ～
500
600
700
800
950
2.2.2 截面形状
常用钢管杆有环形截面和多边形截面。钢管杆力学模型
边形截面。220kV 单回直线杆和小转角杆多采用十二边形截
面，双回、多回或单回大转角杆多采用十六边形截面。
2.2.3 杆段划分
钢管杆壁厚由上至下逐渐增大，需分为若干段，因受运
输、镀锌和模型压制的限制，杆段长一般不超过 12 m。杆段
太长不宜运输和加工，太短连接点太多，增加了杆重。在设
计时，需要对杆段长度多次试算，使得每段杆件受力均匀，
的因素。 按哈锅设计计算，保温外温度应该是 50-80℃。针对现
有情况，检查保温材料（导热系数）和保温的施工质量，如 果未到达设计要求，进行保温的改进，使刚性梁内温度尽量 低于 80℃。
4.4 节流孔异物堵塞 加强运行调整，保证锅炉燃烧稳定，防止受热面超温。 在运行过程中加强对壁温监测，密切关注超温情况，尽 早发现节流孔堵塞现象。 增加壁温报警点的数量，重新校核报警温度值，增加堵 塞后能被发现的可能性和准确性。 运行过程中发现有壁温超温情况，利用机组停炉期间对 超温部位节流孔进行检查，看是否有异物存在，若有及时清 除。 利用机组大小修期间对节流孔及其进口集箱进行检查 与清理，重点检查联箱和管道的盲端等死角区域。同时对节 流孔结构受热面上游的受热面出口集箱进行清理。 运行人员严格按照《关于 5、6 号机组锅炉管蒸汽侧氧 化皮防治的若干措施》执行。 定期检测受热面内壁氧化皮厚度和氧化皮脱落后堆积 状况，清理堵塞在换热管内的氧化皮。
参考文献 [1]卢山.送电线路钢管杆的影响要素及其设计要点[J].红 水河,2011,30(6):35-37. [2]孙东柱.输电线路钢管杆的设计要点与影响因素分析[J]. 中国科技博览,2013(36):99. [3]唐川江.浅谈高压输电线路钢管杆的设计应用[J].大陆 桥视野,2012(18):200. [4]施振姝,高国清.输电线路钢管杆连接法兰处的应力分析 [J].华东科技：学术版,2014(5):270-271. [5]马亮.输电线路杆塔灌注桩基础施工及其安全质量控制 [J].大科技：科技天地,2011(23):286.
30 2015 年 68 期
表 1 钢管杆的锥度 杆型 直线杆 耐张杆
转 角 0° 度数
0～20° 20 ～ 40°
锥度
1/75 ～ 1/65 ～ 1/60 ～
1/55
1/50
1/45
直线杆 电压等 级
表 2 梢径
0 ～ 20 ～
20°
40°
转角杆 转角杆
40 ～ 60° 1/55 ～ 1/40
40 ～ 60° 转角杆
60 ～ 90° 1/45 ～ 1/30
科技应用
输电线路钢管杆的影响要素及其设计要点
张建钊 智方工程设计有限公司，江苏 南京 210000
摘要：随着我国社会经济的高速发展，城市用电负荷逐步增大，高压架空输电线路进入城市已成为发展趋势。同时市政建设
对场地、空间的要求也越来越高，而钢管杆凭借结构简单、强度高、造型美观、占地面积和空间小、运输和安装方便等优点，
（下转第 30 页）
28 2015 年 68 期
科技应用
落入换热管内。较细的杂物被蒸汽带走，稍大的杂物在节流 孔处堆积或搭桥。由于换热管本身阻力较小，堆积杂物形成 的压差不足以压垮搭桥结构。细小的杂物不断覆盖在桥架上 使节流孔基本堵死，冷却工质流量急剧降低，导致换热管超 温爆管。爆管后爆口处压力显著降低，在堵塞处形成很大的 压差，将杂物搭桥结构压垮冲走。
很快被广泛的应用于城市、城镇等电网输电线路的建设之中。以下结合江苏地区输电线路的经验分析输电线路钢管杆的影响
要素及其设计要点。
关键词：输电线路；钢管杆；影响要素；设计要点
中图分类号：TM753
文献标识码：A
文章编号：1671-5780(2015)68-0028-02
1 输电线路中钢管杆的影响要素 从钢管杆的结构来看，钢管杆主要由主杆和横担两部分 构成。其中主杆的作用就是更好地承担通过横担传导的导地 线外荷载，以及来自杆体自身的风荷载。而横担的作用则是 直接对导地线外负荷的承载，所以，输电线路中钢管杆的设 计主要表现为对主杆、横担的优化设计。 1.1 杆身 杆身指的就是主杆，而主杆在输电线路钢管杆总质量的 比重达到 60%以上。所以，在输电线路钢管杆的设计中，将 主杆优化作为首要考虑的因素。如果仅以计算强度作为控制 条件，运行时杆顶挠度可达杆身高度的 30‰，不仅影响美观， 挠度也超出了钢管杆材料的最大韧度。DL/T 5130-2001《架 空送电线路钢管杆设计技术规定》中提出了 110kV～220kV 电压等级在荷载的长期效应组合下杆顶最大挠度：直线杆≤ 7‰，转角和终端杆≤20‰。综上所述，在具体的设计中， 要以控制杆顶的挠度作为首要设计原则。通过实践得知，影 响钢管杆挠度的要素包括主杆锥度、稍径、截面形状以及壁 厚。主杆锥度对钢管杆整体设计的影响最为明显，锥度直接 控制钢管杆的自重；如果主杆锥度过小，则会使钢管杆自身 重量加剧，同时也会增加钢管杆杆顶的挠度；如果主杆锥度 较大，会导致根径过大，既浪费材料又影响美观。工程设计 中发现，主杆稍径对钢管杆的挠度起控制作用，随着主杆稍 径增大，挠度明显减小，钢管杆整体刚度得到显著提高。因 此钢管杆的锥度和稍径值确定好之后通过对杆身壁厚的调 整，使得杆顶挠度和杆身整体应力达到一个合理的平衡。同 时，为了满足工程使用中钢管杆挠度和强度的要求，要严格 控制加工钢管杆时的壁厚负偏差值。另外，钢管杆截面的形 状对于钢管杆挠度的影响较小，考虑到杆体受力的优化、加 工、整体的美观等因素，110kV 及以上钢管杆截面多以 12 边 形和 16 边形为主。 1.2 横担 在输电线路钢管杆中，横担也是影响其挠度的因素，横 担通过自身重量和受力来影响钢管杆的挠度，而横担稍径、 壁厚以及截面形状是影响横担受力和自重的主要要素。横担 截面形状与主杆截面形状的作用基本相同，截面上边越多， 横担所承担的应力分布就越科学。当横担截面为槽型时，横 担所受应力较为容易辨别，但这种截面形状适用于 110kV 及 以下电压等级的线路。而当导线所产生的外负荷增大时，要 适当调整横担的截面形状，通过增加横杆杆体边数(常用八 边形)来合理分配截面所需承受的应力。在影响横担受力的 众多要素中，根径和稍径的影响是最为显著的。经过实践与 研究发现，稍径和根径与横担的应力呈反比例关系。 2 输电线路中钢管杆设计要点 2.1 杆型规划 杆型决定着钢管杆承受荷载的大小，而荷载作用是钢管 杆设计中的决定因素，因此，杆型规划对工程造价的影响很 大。在杆型规划时，首先应配合电气专业综合分析该工程的 路径、沿线地形、地质、地物及跨越的障碍物等，确定杆型 的经济呼高及档距。转角杆的角度划分是耐张杆规划中的重 要环节，角度力往往控制转角杆的选材，一般以 20°划分一 档。如果该工程路径曲折系数大，转角数量多且角度使用广，
(通常大于 100mm)。因此，在设计时，必须在基础主柱高度 的预埋部分中预留出地脚螺栓的长度。
3 结束语 综上所述，钢管杆设计阶段是提高材料利用率的最关键 环节。如果在设计阶段就考虑到材料使用状况，就能对材料 有效的控制。面向材料损耗的钢管杆产品设计方法，是从系 统方案设计、钢管杆产品结构设计、结构工艺性设计、材料 选择和设计标准化等多方面综合考虑钢管杆产品在制造、使 用等阶段的材料使用状况，使钢管杆产品的材料损耗尽可能 最少，从而提高材料的综合利用率，达到提高材料利用率的 目的。