摘要：随着我们城市电网的逐步发展，500kv输电线路的抢修技术也逐步发展，本文将着重介绍了一种新型的模块化应急抢修塔。通过实体建模和软件分析，对其进行强度校核，并计算分析其在结构弹性阶段是否发生屈曲，进而验证相关设计符合使用要求。模块化应急抢修塔在通用性、结构强度、组装效率等多方面均有无可比拟的优势，能适用于 220 kV、500 kV 输电线路典型杆塔的应急抢修，为城市电网事故的快速应急响应提供了可靠保障。
关键词：城市电网；500kv 输电线路；杆塔；应急检修塔
导语
在电网设备中，架空线路最易受外力和大自然的影响。作为大负荷中心的上海地区，架空线路杆塔一旦发生倾覆，不仅将造成大面积停电，而且在短时间内恢复送电的难度颇大。目前，在处置杆塔倾覆的应急抢修中，通常采用仓库中配置的同类备用塔。这种方法虽然能在一定程度上完成应急抢修的任务，但是其在交通运输和现场组立等环节有诸多不便，其组装速度较为缓慢。关键是，同类备用塔的塔型单一，难以满足在应急抢修中的通用性要求。本文所介绍的一种新型的模块化应急抢修塔，具有通用性强、重量轻、强度高、组装方便、占地面积小等优点。应对突发的倒塔事故时，由通用模块构成的新型抢修塔，能在短时间内迅速组立，以替代倾覆杆塔，从而提高抢修效率，缩短停电时间，适用于500 kV 输电线路典型杆塔的应急抢修。
1 应急检修塔设计原理及工艺
（1）塔型设计
针对上海地区500 kV 输电线路不同塔型，设计模块化应急抢修塔。单回路塔型为上字型直线塔，双回路塔型为柱型直线塔。
（2）杆塔基础
应急抢修塔采用拼装式基础，用于支撑杆塔，使之能有效与地面固定，保证杆塔稳定。其能承受一定的下压力，并适合多种土质。拼装式基础选用钢结构垫板，面积为3立方米左右，垫板能灵活拆开拼装，每块部件重量在 50 kg 左右。
（1）杆塔的组装工艺
杆塔组装时，在基础四个方向用钢丝绳、双钩、地钻连接增加其稳定性。根据现场土质、杆塔垂直荷载及装置自重，确定基础底面材料规格，设置对应数量的基础，并在多个基础间装设连接固定配件，提高装置整体稳定性。同时根据设计计算结果及试制的部件结构，确定立柱部件连接的顺序、螺栓穿入方向、部件连接与拉线设置的配合、基础固定及与抢修装置的
有效连接。在现场环境无法使用吊车组装的情况下，可采用1.5 m 小抱杆进行起吊安装。
（4）通用模块的建模
在确定了杆塔型式和组装工艺后，本文对组成应急抢修塔的通用模块进行了建模，为计算分析奠定基础。通用模块的设计主要考虑了通用性强、重量轻、强度高、组装方便的要求。通用性强指模块可应用于塔身及横担各部位，且适用于220 kV 及 500 kV；重量轻指单个模块控制在2个抢修人员能搬运；强度高指能适应抢修条件极端工况下受力最大部位的强度要求；组装方便指模块之间连接简单牢固、能快速组装。采用 SolidWorks 三维建模软件对通用模块进行实体建模。
（5）基于 ABAQUS 软件的有限元模型前处理对抢修塔通用模块模型进行有限元数值仿真分析，将生成的抢修塔通用模块有限元模型文件通过数据接口导入 ABAQUS 中，在完 成 施 加 载荷、边界条件设置等处理后开始数值计算。
2 模块承载力的计算分析与杆塔的强度校验
（1）通用模块材料的选择
经过比较，确定抢修塔通用模块结构所用材料为 TC9 钛合金，其相关力学性能参数中屈服强度为 910 MPa，抗控强度为 1 059 MPa。
（2）通用模块的主要结构件尺寸
抢修塔通用模块主要结构件尺寸如下：通用模块长 450 mm，通用模块宽 450 mm，通用模块高1350 mm，主 支 撑 圆 柱 Ф90 × 12.5，横 向 支 撑50 mm × 50 mm。
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（3）通用模块水平承载能力计算分析
根据材料在达到材料屈服强度之前的弹性变形原理，通过在结构的顶部加一个使抢修塔通用
模块结构材料不会发生屈服相对较小的力，计算得到该载荷下的抢修塔通用模块结构最大等效应力和最大相对变形值。然后根据材料弹性变化阶段外载荷与应力应变呈线性关系的特性，乘以一个放大系数得到结构的最大承载荷值。
通过在水平方向施加单位外载荷 Fx，对抢修塔通用模块结构的强度计算分析，得到了抢修塔通用模块结构的最大计算等效应力为 2.67 ×10 － 3 MPa，最大变形值为 2． 634 × 10 － 4 mm。在最大承载力作用下的通用模块根部最大弯矩：Mmax = 340.82×2.7 = 920．2（kN•m），最大承载力作用下的最大变形值 umax = 2．634×10 －4×340 823．97 = 89．77（mm）。
应力最大值出现在结构的各横向支撑梁的根部区域。当横向载荷超过 34.78 t 时，该部位将发生塑性变形，引起整个通用模块结构的破坏，此时通用模块根部的最大弯矩为 920． 2 kN•m，根部通用模块的最大应力值也已接近钛合金材料的屈服应力。
（4）通用模块垂直方向最大承载力计算为了分析结构在垂直方向的强度特性，针对优化的抢修塔结构在垂直方向向下施加一单位力Fz，对抢修塔通用模块结构的强度计算分析，得到抢修塔通用模块结构的最大计算等效应力为 2.15×10 － 4 MPa，最大压缩变形值为 2． 24 × 10 － 6 mm。根据式（2）换算可到最大垂直承载力431.89（t），在最大承载力 431． 89 t 作用下的最大变形值为 umax = 2． 24 × 10 － 6 × 4 232 558.14 =9. 48（mm）。应力最大值出现在通用模块和轴板连接的区域。当向下垂向载荷超过 431.89 t 时，该部位将发生塑性变形，引起通用模块结构的破坏。
（5）通用模块结构屈曲分析
屈曲分析主要用于研究抢修塔通用模块结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳时的临界载荷，通过计算可以得到抢修塔通用模块结构的临界压力或临界应力。在进行屈曲分析时，刚性固定抢修塔通用模块的底部四个支撑，在结构顶部的水平方向和垂直方向分别施加一单位力 F 进行计算。通过计算，分别得到抢修塔通用模块在水平方向和垂直方向的一阶屈曲变形情况。
该抢修塔通用模块结构水平方向的一阶屈曲因子为 2． 645 8 × 106，垂直方向的一阶屈曲因子为7. 534 ×106。因此，水平方向和垂直方向的一阶屈曲载荷分别为（屈曲因子与施加的静态载荷的乘积）：Fx临 = 1 × 2． 645 8 × 106 = 2． 645 8 × 106（N）= 2 645． 8（kN）= 267． 0（t）Fz临 = 1 × 7． 534 × 106 = 7． 534 × 106（N）= 7 534（kN）= 768． 8（t）
根据前面水平方向和垂直方向最大承载力的
计算结果，水平方向最大承载力 Fxmax 为 34.78 t，垂直方向最大承载力 Fzmax 为 431.89 t。两个方向上的临界力都远大于最大承载力，因此该抢修塔通用模块在结构弹性阶段不会发生屈曲。
（6）抢修塔的强度校验
本文选取了 500 kV 双回路模块化应急抢修塔，进行结构计算及最大荷载工况下的受力计算，
其计算结果适用于各种 220 kV ～ 500 kV 单（双）回路的模块化应急抢修塔。
3 结语
通过对模块化应急抢修塔的实体建模和软件分析，并对其承载能力和立柱结构屈曲进行计算，
验证了通用模块在水平和垂直两个方向上的临界力都远大于各自方向上的最大承载力，且在结构弹性阶段不会发生屈曲。通过对 500 kV 双回路应急抢修塔的强度校验，验证了在最大荷载工况下，模块化应急抢修塔能满足结构受力要求，其结果对 220 kV ～ 500 kV各种型式的应急抢修塔均适用。本文介绍的新型模块化应急抢修塔为输电线路应对倒塔事故的快速处置提供了新的思路，通用模块的材料选择和模型建立在今后的研究中仍可逐步完善。
参考文献：
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[3]周雁威. 对输电线路状态检修的探讨[J]. 科技与企业. 2012（03）
论文作者:韦学浩
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/3/4
标签：模块论文; 杆塔论文; 结构论文; 屈曲论文; 承载力论文; 载荷论文; 方向论文; 《基层建设》2018年第36期论文;