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山东电科院为输电塔“强身健体”

作者:德扑圈APP最新版 发布时间:2020-07-18 10:22 点击:

  电网主干线路均依赖于输电塔的支撑,一旦出现倒塔现象,后果将不堪设想。现有检测手段可检测输电塔外形变化,但无法获取输电塔杆件材料内部的应力改变,因此不能及时发现输电塔机械强度衰减、疲劳,无法针对其强度降低及时发出预警,且当前尚未找到长期有效、显著提升其承载力的加固方法。为此,国网山东省电力公司电力科学研究院(以下简称“国网山东电科院”)开启了一场颠覆传统的攻坚战,该院研发的“输电塔安全诊断及焊接加固技术与应用”,成功解决了上述难题,让输电塔的“体魄”更强健。

  日前,由国网山东省电力公司电力科学研究院研发的“输电塔安全诊断及焊接加固技术与应用”荣获国家电网有限公司科学技术进步奖工人技术创新类一等奖。

  面对成功,国网山东电科院该项目研发人菅明健却有着冷静的思考和全面的认知,他这样介绍该项技术,“通过开展输电塔振动与强度检测和分析,我们不仅能掌握输电塔杆件应力变化,还能诊断出结构薄弱部位。我们还发明了内贴附角钢加固方法和输电塔焊接加固技术,显著提升了输电塔承载力,免除整塔更换,避免了线路停电,对保障电网安全和避免重大事故的发生,具有重大意义。”

  评估预警实现“早”知道 全国建成的老旧输电塔成千上万基,常年经历风吹雨打、各种腐蚀,如何掌握老旧输电塔的“健康状况”呢?又如何保障输电塔的安全呢?早在2011年,国网山东电科院就重点关注该问题并开始了研究。

  “我们创新性地提出了输电塔振动及强度检测技术,开发了在线监测系统、离线巡检仪,实现了输电塔振动疲劳和强度状态的实时和定期检测。”菅明健自豪地说,“我们还发明了输电塔安全评估预警方法,实现了输电塔当前结构薄弱部位的准确诊断与识别。”在项目研发过程中,该院运用检测系统对多种输电塔运行情况进行长期检测,诊断发现输电塔振动参数和强度数值的改变,进而分析结构安全性。2013年,通过对比110千伏美洛Ⅰ线型输电塔长期检测结果,发现输电塔固有频率发生改变,塔身第二个横隔面上方主材强度明显不足,通过进一步理论分析,并结合历年该塔型运行情况,很好地掌握了输电塔的健康状况。

  该项目还发明了输电塔安全评估预警方法,实现了结构薄弱部位的准确诊断与识别。

  国网山东电科院技术人员杜宝帅深有感触地说,“我们运用开发的检测仪对输电塔进行振动及强度的长期检测。再依据输电塔安全评估预警方法,诊断确定塔身结构薄弱部位。我在工作中多次应用该方法判断出了多种铁塔的薄弱部位。”

  延长寿命做到“强”体魄 为了延长输电塔的寿命,国网山东电科院的技术人员也是绞尽了脑汁。他们还发明了内贴附角钢加固方法,解决了加固截面突变造成应力集中的难题。据统计,精准确定加固具体位置并开展加固后,老旧输电塔杆件应力减小到原来的71%,抗风能力提高到12级,实现了输电塔强度提升和加固成本的协调统一。 国网2017年度金属技术监督会议上,该项目成果作为典型经验做了交流发言。

  该成果成功应用于老旧输电塔寿命评估、受损输电塔修复、“三跨”输电塔改造等方面,涵盖多个电压等级的多种塔型。据统计,目前已完成728基输电塔不停电加固工程,获得了良好的推广应用,并可推广至通信铁塔等高耸构筑物的运维方面。经济和社 会效益显著,近三年新增销售额1.3多亿元,新增利润2079万元,提高了供电可靠性。对于设计强度裕度不足的输电塔,以往的解决方法为整塔更换。采用该技术后,可有效替代整塔更换,以ZGu2型老旧输电塔为例,整塔更换时每基输电塔需要费用约11万元(不包括铁塔基础费用),采用焊接加固技术仅需6万元,每基输电塔可节省5万元。以项目完成的728基输电塔加固工程计算,节约开支3640万元。

  提升强度成为“壮”体格 要加固输电塔,传统的做法是利用螺栓加固。这样的方法,工艺复杂,铁塔塔脚、节点等部位的特有结构常常导致加固位置受限,给加固带来较大难度,而且开孔易造成强度减弱以及螺栓二次受力现象,使其成为新的安全隐患。如何才能完美地强壮输电塔的体格呢?该项目组技术人员在国内首创了采用焊接技术加固铁塔的方法,设计了输电塔焊接结构形式,开发了焊接加固成套工艺,形成了输电塔焊接加固技术,克服了节点加固困难、螺栓加固强度结合不足的缺陷,首次实现了输电塔焊接冶金结合的一体化强度提升。

  2015年7月9日~10日,中国电力科学研究院对焊接加固型ZGu2(7727)双回路直线塔进行了真型塔强度试验,结论为,加固塔通过了5个工况的100%设计荷载测试,其中90度大风超载工况下荷载约加至263%时,铁塔破坏。这意味着经过国网山东电科院技术人员加固的输电塔抗荷载能力提升到设计荷载的2.6倍。

  由于焊接加固野外登高作业以及输电塔不停电运行条件下加固的特殊性,为保证焊接加固技术的顺利实施和工程质量,该院严格开展施工技能考核,制定了输电塔焊接加固施工工序,包括:材料检验、放样、下料、装配、点固、焊接、清理、密封与防腐,制定了各工序详细的施工方法、技术条件和质量检 测标准,开发形成了输电塔焊接加固成套工艺,具有极高的工程应用与推广价值。

  据统计,该项目已经获发明专利3项,实用新型专利14项,另有10余项发明专利处于实质审查阶段,发表论文6篇,其中EI收录2篇;荣获2018年全国电力职工技术成果奖一等奖。2014年11月2日,通过了“输电塔动力特性检测技术研究及应用”科技成果鉴定,以雷清泉院士为主任委员的鉴定委员会一致认为:输电塔振动及强度在线及离线巡检技术达到了国际领先水平。2016年5月28日,通过了“输电塔带电焊接加固技术研究及应用”科技成果鉴定,鉴定结论为,输电塔带电焊接加固技术达到了国际领先水平。

  全国电网范围内因输电塔承载力不足等缺陷而导致的倒塔断线事故时有发生,而且随着输电塔荷载的增大、极端天气出现频次的增加,事故的发生频率也呈增加趋势。

  该项目成果避免了线路倒塔带来的经济损失、人身伤害、公共秩序混乱和负面社会影响,焊接加固技术对周边生态环境无损害。

  而且,该技术为在线路不停电状态下开展,对线路的正常运行无任何干扰,无需调停线路,不影响社会用电需求,为输电线路提供了安全保障。该项目成果具有良好的社会效益及广阔的应用前景。国家电网公司在工作动态中通报并高度评价了输电塔加固工作,号召国网系统其他单位开展应用与推广。

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