输电塔钢结构现状及市场前景

　据悉，目前我国正在开展1000千伏特高压输电线路的规划研究工作，2010年年底开工建设1000千伏特高压输电线路示范工程，到2020年为满足“全国联网、西电东送、南北互供”的需要，将在南北方向构建多回路百万级特高压输电线路大通道。1000千伏输电塔比现在的塔重将发生质的变化，塔重将增加4-5倍，单回路单基塔重将达到50吨-100吨，双回路单基塔重将达到100吨-250吨。同时，国内开展的另一个可研项目是：结合金沙江水电外送±800直流特高压输电工程研究，将在2015年前后建成7200多公里特高压直流输电线路工程，特高压直流输电塔单基重约为30吨-90吨，大约是现在直流输电塔的2-2.5倍。 2010年、2015年，330kV及以上线路长度将分别达7．09万公里、9．51万公里、12．05万公里，线路长度将处于世界领先地位。

　　近期我国电网发展的目标及重点是，在继续安排好农网城网建设的同时，集中力量做好以下工作：一是抓紧建设北、中、南三个输电通道，形成‘西电东送”的基本格局;二是重点发展跨省、跨地区输电线路，积极推进区域电网互联和全国联网进程。“十二五”期间电网新增线路1.32万公里，钢材用量约48万吨；直流线路1.22万公里，钢材用量约52万吨；变电容量1.48亿千伏安，钢材用量约9.5万吨。年均需求钢材约18万吨。

　　随着钢铁工业的快速发展和钢结构设计标准的不断完善，为设计人员扩展了思路。近几年来设计人员设计出了许多新的塔型，有为了减少线路走廊宽度的紧凑型塔、有跨越大江大河的大跨越塔、有线路走在城郊附近与城市环境相协调的钢管塔等，充分体现了钢结构在输电塔的广泛运用。

　　我国输电塔，一般采用角钢塔(塔高约20-70米)。对于输电高塔(一般在100米以上)，多采用组合角钢或钢管塔，70~80年代由于钢材紧缺，有些输电高塔也采用了钢筋混凝土塔。

　　到目前为止，我国220kV及以上高塔有48处，96座，其中组合角钢结构有32座(最高为500kV江阴长江大跨越，塔高346.5米，单基塔重3980吨)，钢管结构46座(最高为±500kV芜湖长江大跨越，塔高229.0米，单基塔重850吨)，混凝土结构18座(最高为500kV大胜关长江大跨越，塔高257.0米，单基砼用量4800立方米)。

　　1.1 输电塔的杆件断面形式

　　随着电网的不断升级，输电塔杆件断面也是由简单到复杂，早期的输塔，荷载小，使用单角钢就可以满足受力要求，现在，随着同塔多回路工程、大截面导线工程、大截面导线工程、大跨越工程的建设，杆塔荷载越来越大，杆件断面以由单角钢发展到双拼角钢、四拼角钢、格构式、钢管。

　　1.2 钢材材质

　　在输电塔钢材材质方面，基本上都采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700中规定的Q235、《低合金高强度结构钢》GB/T 1591中规定的Q345。对有特殊要求的杆塔，也有少量进口钢材。如220kV汕头港湾大跨越塔进口了250mm×25mm、250mm×35mm大规格角钢;江阴长江大跨越塔主材每个分肢用板厚65mm、宽500mm焊成十字型断面，然后，由4个十字型断面组成格构式柱，钢材是由英国进口的ASTM A572 Gr.65高强度钢。

　　 2．电网的发展前景和输电塔钢材的需求

　　角钢规格

　　在角钢规格方面，角钢表内的规格从40mm×3mm~200mm×24mm达70多种。从理论上讲，规格越多，所选规格就越经济。但市场往往上很多规格购买不到的，在加工时经常发生规格购买不到而以大代小的情况，导致塔重增加5%左右。

　　大规格角钢

　　在规格大小方面，我国最大角钢规格为200mm×24mm，国际上最大角钢规格为250mm×35mm。因此，对一些受力大的输电塔，当单角钢 200mm×24mm满足不了受力要求时，就只能采用组合角钢。组合角钢在构造上不仅比单角钢复杂，且还要增加许多辅佐材料，导致塔重增加。希望我国钢厂也能提供大规格的角钢。

　　 不等边角钢

　　输电塔塔身交叉斜材在平面外和平面内的长细比有较大的差别，最经济选材应该配置不等边角钢，长肢位于平面外，短肢位于平面内，可以使平面外和平面内的长细比基本相等。国外输电塔常采用不等边角钢，以降低输电塔的重量。我国有不等边角钢规格表，但市场上基本没有供货，希望钢厂能提供不等边角钢，使输电塔设计更经济更合理。

　　高强度螺栓

　　输电塔连接方式常采用焊接连接和螺栓连接。在螺栓连接方面，目前主要采用5.8级、6.8级强度较低的螺栓。随着输电塔的规模扩大，构件受力越来越大，单靠增加螺栓数量的办法，很不经济合理，因此，输电塔上使用高强度螺栓十分必要。国外输电塔上已经使用了9.9级高强度螺栓。我国输电塔在使用 8.8级、10.9级螺栓也作了一些尝试，但热镀锌后质量很不稳定，在施工过程中就发现氢脆破坏现象，因此，高强度螺栓在输电塔上没有广泛使用。如何使高强度螺栓热镀锌后保持良好的力学特性，值得进一步研究。随着电网建设的升级，高强度螺栓的使用是势在必行，对高强度螺栓有较大的需求。

　　钢结构规范限制

　　《钢结构设计规范》(GB50017—2003)第10.1.3条规定热加工管材和冷成型管材不应采用屈服强度超过345 N/mm2以及屈强比fy/fu >0.88的钢材，且钢管壁厚不宜大干25mm。由于这条规定的限制，导致我国钢管塔钢材只用Q245、Q345两种。从有关资料来看，美国独资上海维蒙特工业(中国)有限公司，采用ASTM A572GR65配方在上海宝钢生产的钢材屈服强度fy超过345 N/mm2达450 N/mm2，广泛用于220kV线路钢管杆和500kV变电构架。日本的1000kV特高压线路铁塔主材就是采用钢材屈服强度fy超过345 N/mm2达392 N/mm2的钢管，日本现行规范又将钢材屈服强度提高到440 N/mm2。

　　钢结构规范应在这方面做些研究，对此条限制进行修订。使高强度钢材在钢管塔可以应用，以便降低钢管塔塔重。

　　 耐候钢应用

　　输电塔长期处于外露环境，需要采取耐腐处理，目前国内外采用的主要措施是热镀锌防腐，其防腐效果较好，但热镀锌也有其不好的地方：①在输电塔加工好后，还要多一道镀锌工序，需要投入大量的人力、物力；②由于不同材料所含杂质不一样，热镀锌后，色差较大，影响外形美观；③对镀锌件要进行酸洗，对环境有较大的影响；④热镀锌需要500度左右的高温，需要大量的热能；⑤镀锌好的杆件在运输、组装过程中容易出现局部锌层破坏。耐候钢本身具有较强的防腐性能，避免了上述需要热镀锌防腐的不利因素。因此，性能良好的耐候钢在输电塔上使用有巨大的潜力。