Q460 钢管塔和高颈法兰

Q460 钢管塔和高颈法兰在 500kV 线路中设计应用汇报

华东电力设计院

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华东院电网分公司技术管理部华东院电网分公司技术管理部汇报人：董建尧汇报人：董建尧

2010 2010 年年 6 6 月月 24 24 日日



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汇报纲要：

1 、输电线路应用钢管塔的意义2 、华东院大跨越钢管塔设计应用介绍3 、华东院普通线路钢管塔设计应用介绍4 、华东院钢管杆线路设计应用介绍5 、华东院所完成的钢管塔、钢管杆项目情况介绍6 、高强度钢管塔和高颈锻造法兰的设计介绍7 、高强度钢管塔设计的几个问题



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1 、输电线路应用钢管塔的意义



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1 、输电线路应用钢管塔的意义

(1) 电网发展对输电结构技术的需要；

(2) 是电网建设落实科学发展观，全面建设“资源节约型，环境友好型”坚强电网的具体举措；

(3) 是电网建设公司开展标准化建设和全寿命周期管理工作的重要组成部分。



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2 、华东院大跨越钢管塔设计应用介绍



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第一基大跨越钢管塔，

也是国内第一基输电线路钢管塔

——220kV 南京燕子矶大跨越塔

1973 年设计， 1976 年 9 月投产。


高 195.5m 、拉条腹杆、16Mn钢。



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目前国内已经投运的最大钢管塔

——500kV 马鞍山长江大跨越塔

最大规格

Q345Bφ1460×25mm 。


高 257m 、刚性腹杆、Q345B钢



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目前国内投运的唯一高强钢大跨越塔

——500kV 吴淞口跨越塔

最大规格

Q390Bφ1000×22mm 。


高177.5m 、 Q390B钢



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1000 kV 淮南～上海（皖电东送）交流特高压线路荻港长江大跨越塔（高 278m ）

电压等级最高的大跨越塔高 277m 、三层横担、 Q345B 钢 / 管径φ1829×30



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±800kV 向家坝～上海、锦屏～苏南直流特高压新吉阳长江大跨越塔（塔高分别为 242m 和 233m ）

向上投运。锦苏在建。



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3 、华东院普通线路钢管塔设计应用介绍



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2001 年～ 2003 年间设计，并于 2004 ～ 2005 年间投运的：500kV 扬州二厂－斗山线路、500kV 武南－锡东南线路、500kV 杨高变－杨行变线路投运线路总公里数 200 公里左右。

第一代钢管塔第一代钢管塔



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特点：格构式钢管塔、刚性腹杆；相贯焊、焊接工作量大；钢管非标准、代料严重；加工效率极低、塔重较重；材质 Q345 、 Q235 。

第一代钢管塔第一代钢管塔



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2006 年～ 2008 年间设计，并于 2007 ～ 2009 年间投运的：500kV 外高桥－顾路线路、500kV 顾路－南汇线路、500kV 南汇－三林线路、包括双回路、四回路线数近 50 公里。

第二代钢管塔第二代钢管塔



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特点：格构式钢管塔、刚性腹杆；摒弃相贯焊、焊接工作量小；钢管标准化、无代料；加工效率提高；塔重轻 15 % － 20% ；常规材料、常规法兰； Q345B 、 Q235B 。

第二代钢管塔第二代钢管塔



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2008 年～ 2009 年间设计，目前在建；500kV 练塘～泗泾线路；全长 41 公里；其中双回路 34 公里、四回路 7 公里；

第三代钢管塔第三代钢管塔



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特点：格构式钢管塔、刚性腹杆；摒弃相贯焊、焊接工作量小；钢管标准化、无代料；采用环向对接焊的锻造法兰；加工效率进一步提高；塔重再次轻 8 % － 12% ；材料：Q460C 、 Q345B 、 Q235B 。

第三代钢管塔第三代钢管塔



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4 、华东院钢管杆线路设计应用介绍



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华东院早在 1995 ～ 1996 年，在南京城区的 220kV 莫愁湖 - 燕子矶输电线路中，采用变截面单杆方案，完成第一条高电压等级钢管杆线路工程。全长 55 公里。材质Q345 。利用道路边、河道边、绿化带进行立塔走线。一方面大大缩小了线路走廊，另一方面又节约了宝贵的土地资源，该工程到现在已经运行了有 10 几年，运行情况良好。



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2003 ～ 2004 年，上海城郊， 500kV 杨行～杨高线路的城区部分，采用圆形截面双杆和四杆方案。为寸土寸金的上海节约了宝贵的土地资源和走廊资源。材质： Q345 。



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5 、华东院所完成的钢管塔、钢管杆项目情况介绍



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5 、华东院所完成的钢管塔、钢管杆项目的统计

大跨越钢管塔项目统计（一共 15 项）

表 1 ：华东院历年钢管塔大跨越工程一览表

序号工程名称电压等级回路数跨越塔高投运时间

1 220kV 南京燕子矶大跨越 220kV 双回 195.5 1976.9

2 110kV 上海吴泾电厂过江工程 110kV 双回 120 1978

3 220kV 崇明大跨越 220kV 双回 138 1998.6

4 110kV 上海崇明岛 - 横沙岛联网大跨越 110kV 双回 126 2001

5 ±500kV 龙泉－政平线路芜湖大跨越 ±500kV 单回 229 2003.6

6 ±500kV 三广直流大埠街长江大跨越 ±500kV 单回 175 2004.6

7 ±500kV 三广直流沅水大跨越 ±500kV 单回 132 2004.6

8 500kV 杨行－杨高线吴淞口大跨越 500kV 双回 178 2005.3

9 500kV 滁州－马鞍山线路马鞍山大跨越 500kV 双回 257 2005.6

10 ±500kV 三沪直流荻港大跨越 ±500kV 单回 202 2006.10

11 220kV 吴思大跨越 220kV 双回 125 2007

12 ±800kV 向家坝－上海特高压直流长江大跨越工程 ±800kV 单回 242 2009.12

13 ±800kV 锦屏－苏南特高压直流长江大跨越工程 ±800kV 单回 233 在建

14 1000kV 淮南上海（皖电东送）输电线路长江大跨越工程 1000kV 双回 278 在建

15 110kV 上海崇明岛 - 横沙岛联网大跨越 110kV 双回 125 在建



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序号工程名称电压等级回路数线路总长投运时间

1 500kV 武南－锡东南输电线路 500kV 双回 55.2 2003.6

2 500kV 扬州二电厂－斗山线路 500kV 双回 80 2004.10

3 500kV 杨行－杨高线 500kV 双回 45 2005.3

4 500kV 外高桥电厂三期～顾路线路工程 500kV 双回 11 2008

5 500kV 南汇～三林线路工程 500kV 四回 3.5 2008

6 500kV 杨高～南桥线路工程 500kV 四回 24 2008

7 500kV 练塘～泗泾线路工程 500kV双回 34 在建四回 7.2 在建

8±800kV 向家坝－上海特高压直流输电线路（上海

段） ±800kV 单回 78 在建

9 1000kV 淮南上海（皖电东送）输电线路工程 1000kV 双回 124 在建

普通线路钢管塔项目统计（一共 9 项）




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普通线路钢管杆项目统计（一共 7 项）。

序号工程名称电压等级回路数线路总长投运时间

1 220kV 莫愁湖～燕子矶输电线路工程 220kV 双回 55.2 2003.6

2 500kV 杨行－杨高线 500kV 双回 40 2005.3

3 ±500kV 三 - 沪直流（蔡白线）工程 ±500kV 单回 3 2006.8

4 500kV 华电芜湖电厂送出工程 500kV 双回 5 2008.6

5 220kV 戚墅堰～武南线路工程 220kV 双回 6.5 在建

6 220kV 常熟南～相城线路工程 220kV 双回 9.5 在建

7 220kV 苏州东送出工程 220kV 双回 3 在建




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6 、高强度钢管塔和锻造法兰的设计介绍



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（ 1 ）、 Q460C 高强度钢的焊接工艺评定研究；

（ 2 ）、交叉斜材“十”字插板节点连接试验研究；

（ 3 ）、对焊高颈锻造法兰的试验和研究；

（ 4 ）、 SZT62直线塔真型试验和研究；


设计前开展了一些试验和研究：设计前开展了一些试验和研究：



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（ 1 ）、 Q460C 高强度钢的焊接工艺评定研究


焊接工艺评定试验内容包括 Q460 钢与Q460 钢焊接、 Q460 钢与Q345 钢的焊接，其试验的钢板厚板适应工程要求。焊接试验表明Q460 高强度钢材的焊接质量完全可以掌控。

焊接拉力试验焊接弯曲试验



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（ 2 ）、交叉斜材“十”字插板节点连接试验研究

通过试验来进一步研究交叉斜材“十”字插板节点分析理论和设计方法，验证“十”字插板节点连接的合理可靠。

交叉斜材十字插板构造图




（ 2 ）、交叉斜材“十”字插板节点连接试验研究


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试验照片



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（ 3 ）、对焊高颈锻造法兰的试验和研究

研究国外（日本）的输电线路对焊高颈锻造法兰的经验；

日本对接型锻造法兰

日本嵌入对接型锻造法兰



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调研国内其他行业对焊高颈锻造法兰的使用情况；

对焊管道锻造法兰插入平焊锻造法兰




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据上，提出了本工程中拟采用的全新的法兰连接形式；（如下图）

工程所用的锻造法兰结构形式：




33


锻造高颈法兰主要用于主材的连接；确定采用刚性理论计算；结合了有劲法兰和无劲法兰两者的优点；高颈的设置有效控制了钢管与法兰的焊接对法兰板的影响；极大提高焊接效率，提高焊接质量，改善法兰螺栓的受力性能，法兰外观美观漂亮。






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1

XY

Z

tense analysis

JUL 16 200820:57:59

ELEMENTS1

XYZ

tense analysis

JUL 16 200820:21:11

ELEMENTS

1

MN

MX

X

Y

Z

tense analysis

3.81450.46

97.106143.751

190.397237.043

283.689330.335

376.98423.626

JUL 16 200820:09:29

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =6TIME=10SEQV (AVG)DMX =.949114SMN =3.814SMX =423.626

1

MN

MX

XY

Z

tense analysis

3.81450.46

97.106143.751

190.397237.043

283.689330.335

376.98423.626

JUL 16 200820:06:46

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =6TIME=10SEQV (AVG)DMX =.949114SMN =3.814SMX =423.626

有限元模拟和分析。





35

试验模型。

试验装置。





36实验过程照片。



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锻造法兰部件试验 150% ～160% 极限设计荷载法兰脱开。

等径和不等径5 组试件




华东电力设计院 6 、高强度钢管塔和锻造法兰的设计介绍

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为确保该高强度钢管塔在强度、刚度及稳定各方面均能满足工程运行中安全、可靠、经济、合理的要求，对工程用量最大的 Q460C 高强度钢管塔进行整塔真型试验，依据试验的结果对工程中运用的塔进行进一步的验证和优化。

（ 4 ）、 SZT62直线塔真型试验和研究



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2009 年 7 月 20 日～ 7 月 22 日，高强度钢管塔真型试验在中国电科院杆塔试验中心（良乡）完成，并通过专家评审。该塔通过了断线、安装、正常大风等 7 个工况的真型试验， 90 度大风工况通过了 130%超载试验（ 125%超载时横隔面局部变形较大），试验表明，该塔强度和刚度均符合设计要求，从应力和应变的反应来看，并有一定的安全储备。

（ 4 ）、 SZT62直线塔真型试验和研究



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7 、高强度钢管塔设计的几个问题



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7 、高强度钢管塔设计的几个问题

1 ）高颈锻造法兰的结构形式和力学模型—对焊、平焊，刚性、柔性；

2 ）高强度钢材的材质性能和强度设计值取值；

3 ）高强度钢管的径厚比要求和局部稳定问题；

4 ）推广应用和原材料采购、焊接质量控制问题。



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本人联系方式：华东院电网分公司技术管理部地址：上海市黄浦区河南中路 99号， 200001

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