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220kV輸電線路拉門塔倒塌事故分析

文檔作者：歐陽(yáng)克儉陳紅冬劉純陳軍君胡波濤文檔來(lái)源：湖南省電力公司科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月03日
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第33卷第3期
湖南電力
HUNAN ELECTRIC POWER 2013年6月
doi：10．3969／j．issn．1008—0198．2013．03．003
220 kV輸電線路拉門塔倒塌事故分析
歐陽(yáng)克儉，陳紅冬，劉純，陳軍君，胡波濤
(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)
摘要：某輸電線路在局部短時(shí)大風(fēng)下，三基輸電桿塔連環(huán)倒塌。針對(duì)該安全事故，開(kāi)
展現(xiàn)場(chǎng)勘查、材質(zhì)試驗(yàn)、有限元仿真計(jì)算和倒塔原因分析。分析表明該220 kV輸電線
路耐張段三基桿塔連環(huán)倒塌原因是拉門塔倒塌后托拽所致。主柱基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)缺陷是拉門
塔倒塌的主要原因．拉線松弛和螺栓松動(dòng)是倒塔的間接原因。結(jié)合工程實(shí)際，提出對(duì)應(yīng)
的整改措施。
關(guān)鍵詞：220 kV輸電線路：拉門塔；設(shè)計(jì)校核；颮線風(fēng)
中圖分類號(hào)：TM752．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008．0198(2013)03—0010．03
Investigation on guyed portal tower collapse of 220 kV
transmission lines
OUYANG Ke-jian，CHEN Hong—dong，LIU Chun，CHEN Jun—jun，HU Bo—tao
(Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)
Abstract： The collapses of three transmission towel's was caused by intense storm at a local domain． According to the safety
accidents，field investigation，material test and finite element simulation and cause analysis of towel"collapse are can4ed out．
Analysis shows that heavy tension of collapsed guyed portal tower caused the collapse of three towel's of 220 kV transmission
line．The main reason of guyed portal tower collapse is design defect of main column base，and stay cable relaxation and bolt
looseness are the indirect causes．Combined with engineering practice，COlTesponding countermeasures are put forward．
Key words：220 kV transmission line；guyed portal tower；design check；downburst
輸電桿塔作為電網(wǎng)輸電線路的重要組成部分，
為導(dǎo)地線提供支撐作用并保證足夠的安全距離~】 。
輸電桿塔倒塌時(shí)會(huì)導(dǎo)致大面積的停電事故。直接和
間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。針對(duì)輸電桿塔突發(fā)事故，深入
分析事故的特點(diǎn)，探明事故機(jī)理原因，消除隱患，
提出切合實(shí)際的預(yù)防整改措施，可增強(qiáng)輸電桿塔抵
御各種外部災(zāi)害的能力，對(duì)提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平
起到十分重要的作用 j。本文針對(duì)某220 kV輸電
線路在經(jīng)受局部范圍短時(shí)間的大風(fēng)作用下．連環(huán)倒
塔j基輸電桿塔事故，進(jìn)行調(diào)查分析。
1 事故概況
2012年4月24日，某220 kV輸電線路發(fā)生倒
塔跳閘事故，倒塔的桿塔運(yùn)行編號(hào)為 54一 56，均
為直線塔。該線路全長(zhǎng)18．4 km，線路設(shè)計(jì)風(fēng)速為
基金項(xiàng)目：閣家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目(KGI2K16004)
收稿H期：2012．12．25
· 1O ·
25 m／s。于2005年1月投運(yùn)，經(jīng)歷了2005年和
2008年2個(gè)冰凍嚴(yán)重的時(shí)期。倒塔段起始耐張塔
號(hào)為 57，終止耐張塔號(hào)為 53．一基直線塔 56，
55， 54均為橫向風(fēng)作用下垂直于線路走向側(cè)向倒
塔，耐張塔 57東南方向地線支架損壞。障礙測(cè)距
顯示放電點(diǎn)距變電站約1．3 km，對(duì)應(yīng)桿塔號(hào)為 53。
倒塔耐張段的桿塔參數(shù)如表1所示。
表1 倒塔耐張段的桿塔參數(shù)
第33卷第3期 歐陽(yáng)克儉等：220 kV輸電線路拉門塔倒塌事故分析 2013年6月
2 現(xiàn)場(chǎng)查勘 接螺栓沒(méi)有安裝墊圈。
在現(xiàn)場(chǎng)查勘中發(fā)現(xiàn)， 54拉門塔側(cè)向倒塔，拉
線未斷裂．塔腳與主柱基礎(chǔ)分離．塔腳球冠型鋼板
及開(kāi)孔部位、主柱基礎(chǔ)定位短筋均未發(fā)生變形。現(xiàn)
場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)拉線的1個(gè)錨同點(diǎn)在民宅內(nèi)。民宅緊靠
拉門塔，民宅屋頂石棉瓦有局部損壞，但大部分屋
瓦完好。可推斷當(dāng)時(shí)風(fēng)未將輕薄的石棉瓦屋頂完全
掀翻。拉門塔主柱基礎(chǔ)定位短筋長(zhǎng)度為30 mm， 比
設(shè)計(jì)值40 mm短10 mm。倒塔的拉門塔主材連接部
位發(fā)現(xiàn)有數(shù)個(gè)螺栓掉落。 55自立角鋼塔齊塔腳根
部倒塌．保護(hù)帽和基礎(chǔ)部位沒(méi)有破壞。 56拉線水
泥桿從基礎(chǔ)拔出。水泥桿根部未見(jiàn)損傷，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)
1根電桿埋深約為0．75 m，設(shè)計(jì)埋深為1 m。另外
發(fā)現(xiàn) 53耐張塔、 54拉門塔、 55自立角鋼塔塔材連
3 材質(zhì)取樣試驗(yàn)
現(xiàn)場(chǎng)共取 54塔橫擔(dān)主材、桿身上段主材、桿
身中段主材、 55塔C腿主材、斜材、輔材等8塊
試樣，開(kāi)展宏觀檢查、鍍鋅層厚度檢測(cè)、化學(xué)成分
檢測(cè)和力學(xué)性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn) 55塔輔材存在分層現(xiàn)
象，其它檢測(cè)數(shù)據(jù)符合要求。拉門塔材質(zhì)檢測(cè)試驗(yàn)
結(jié)果如表2所示，其中 1指拉門塔(ZH3)桿身
上段主材，材料為16Mn(Q345)，寬70 mm，厚5
mm： 2指拉門塔桿身中段主材．材料為16Mn
(Q345)，寬70 mm，厚5 mm； 3指拉門塔橫擔(dān)主
材，材料為16Mn(Q345)，寬70 mm，厚5 mm； 4
指拉門塔(ZH3)桿身中段主材，材料為16Mn
(Q345)，寬70 mm，厚5 mm。
表2 拉門塔角鐵材質(zhì)拉伸試驗(yàn)
4 拉門塔強(qiáng)風(fēng)荷載校核計(jì)算
按規(guī)程[4—6]要求，應(yīng)用有限單元法對(duì) 54
拉門塔(ZH3—30)進(jìn)行橫向強(qiáng)風(fēng)荷載計(jì)算，有限
元模型如圖1所示．拉門塔由1 329個(gè)梁?jiǎn)卧M(jìn)行
模擬。在靜態(tài)橫向風(fēng)鐵塔破壞計(jì)算中，鐵塔能承受
的最大橫向風(fēng)荷載為30．2 m／s，在該風(fēng)速條件下，
橫擔(dān)主材承受最大壓應(yīng)力并超過(guò)Q345鋼材的屈服
強(qiáng)度，倒塔發(fā)生。計(jì)算結(jié)果表明，拉門塔倒塔風(fēng)速
大于其設(shè)計(jì)風(fēng)速，但從現(xiàn)場(chǎng)勘查情況并結(jié)合拉門塔
周圍房屋、植被等損壞信息推斷，倒塔發(fā)生時(shí)實(shí)際
風(fēng)速應(yīng)低于30．2 m／s，進(jìn)而說(shuō)明常規(guī)的靜力校核計(jì)
算方法難以與脈動(dòng)風(fēng)速導(dǎo)致的鐵塔結(jié)構(gòu)振動(dòng)這一實(shí)
際情況相吻合，有必要在今后的設(shè)計(jì)校核計(jì)算過(guò)程
巾開(kāi)展脈動(dòng)風(fēng)動(dòng)力振動(dòng)校核計(jì)算工作，確保鐵塔結(jié)
構(gòu)安全。
圖1 拉門塔(ZH3—30)有限元模型
第33卷第3期 湖南電力 2013年6月
5 倒塔原因分析
由鐵塔強(qiáng)風(fēng)荷載計(jì)算可知， 54 ZH3—30型拉門
塔風(fēng)荷載強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，可以抵御25 m／s強(qiáng)
風(fēng)。由障礙測(cè)距顯示放電點(diǎn)為 53耐張塔， 54拉門
塔懸垂絕緣子串并未發(fā)生風(fēng)偏閃絡(luò)。而且錨固點(diǎn)的
民宅并未倒塌，說(shuō)明鐵塔倒塌并非強(qiáng)風(fēng)一次性作用
所致。對(duì)比同類型拉門塔主柱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可知(見(jiàn)
圖2，3)，H4型定位短筋長(zhǎng)度僅40 mm (對(duì)應(yīng)
ZH3—3O型拉門塔)。較H12型短了90 mm，且在
上端沒(méi)有設(shè)計(jì)固定擋板 在極端條件下．拉門塔承
受上拔力且發(fā)生風(fēng)致振動(dòng)時(shí)，塔腳球冠型鋼板容易
從基礎(chǔ)定位短筋中振動(dòng)跳出，造成塔腳與基礎(chǔ)脫
離?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，拉門塔在倒塌之前，倒扣的球
冠型鋼板與定位短筋之間有多次振動(dòng)頂撞痕跡，說(shuō)
明拉門塔主柱首先從定位短筋中跳出，但此時(shí)倒塔
并未發(fā)生，而是在多次振動(dòng)之后．拉門塔振動(dòng)幅度
加大，重心偏移后倒塔。
圖2 H4型拉線鐵塔主柱基礎(chǔ)定位短筋
圖3 H12型拉線鐵塔主柱基礎(chǔ)定位短筋
54拉門塔現(xiàn)場(chǎng)1個(gè)拉線錨固點(diǎn)置于民宅內(nèi)，
易造成拉線松弛，主材連接部位螺栓掉落(應(yīng)在
運(yùn)行中已經(jīng)松動(dòng)甚至脫落)，說(shuō)明運(yùn)行維護(hù)不到
位。從而降低整個(gè)鐵塔的固有振動(dòng)頻率．增加振動(dòng)
幅值。特別是當(dāng)拉門塔的固有頻率下降到與強(qiáng)風(fēng)的
· l2 ·
脈動(dòng)頻率相近時(shí)，將引起鐵塔共振，振動(dòng)加劇，嚴(yán)
重減弱鐵塔抗風(fēng)的動(dòng)力性能，降低鐵塔的安全穩(wěn)定
性。
同時(shí)．鐵塔還存在典型的安裝缺陷，部分連接
螺栓漏裝墊圈． 56拉線水泥桿埋深不足，給運(yùn)行
帶來(lái)隱患。
綜上所述，該220 kV輸電線路線 54拉門塔倒
塔的主要原因?yàn)樗_基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理所致。同時(shí)，
由于運(yùn)行維護(hù)不到位，導(dǎo)致其在強(qiáng)風(fēng)振動(dòng)中下塔腳
脫離基礎(chǔ)發(fā)生倒塌．由此引起 53塔放電跳閘，并
拖拽導(dǎo)線導(dǎo)致 55和 56塔倒塌。
6 結(jié)語(yǔ)
6．1 220 kV輸電線路鐵塔倒塌的主要原因?yàn)槎ㄎ?
短筋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較短(僅40 mm)，且在上端沒(méi)有設(shè)
計(jì)固定擋板。在極端條件下。拉門塔承受上拔力且
發(fā)生風(fēng)致振動(dòng)時(shí)．塔腳球冠型鋼板從基礎(chǔ)定位短筋
中跳出，造成倒塔。
6．2 54拉門塔拉線錨固點(diǎn)置于民宅內(nèi)，易造成
拉線松弛，主材連接部位螺栓掉落說(shuō)明運(yùn)行維護(hù)不
到位是造成倒塔的間接原因。
6．3 在規(guī)劃和基建過(guò)程中拉門塔主柱基礎(chǔ)宜設(shè)計(jì)
成帶有固定擋板的定位短筋形式。運(yùn)行線路中，應(yīng)
針對(duì)沒(méi)有安裝固定擋板和之前沒(méi)有設(shè)計(jì)固定擋板的
情況分別采取補(bǔ)裝固定擋板和將定位短筋焊接補(bǔ)長(zhǎng)
后再安裝固定擋板的措施，避免在極端條件下發(fā)生
倒塔事故。
參考文獻(xiàn)
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北京：中國(guó)電力出版社．2002．
作者簡(jiǎn)介
歐陽(yáng)克儉(1981一)，男，土木工程博士，主要從事輸變電線路
結(jié)構(gòu)技術(shù)研究。

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