2023年昭通电网倒塔调查.docx

昭通电网倒塔调查 2月28日16时05分，随着昭通电网最后一条受灾线路——12023千伏镇威线合闸恢复供电，云南电网抢修复电宣告全面结束。 然而，面对这次冰灾中电网大面积的断线倒塔事故，不少人都会有这样的疑问：如此稳固的高压铁塔，到底是怎样的坚冰竟然能压垮它。除了坚冰，压垮铁塔的还有没有别的因素。为什么在有的地段倒掉的是公认的承受力强的耐张塔，而不是承受力相对较小的直线塔。就此记者采访了云南电力设计院、云南电网公司技术中心、银塔公司等单位多名专业人士，试图对此作一深入的探讨和分析。 昭通电网覆冰 在此次罕见的冰灾事故中，灾情最为严重的要数昭通电网。据昭通气象台权威统计分析，本次灾害是有气象记录以来范围最大、持续时间最长、影响和危害程度最大的覆冰灾害，特别是在镇雄、威信两县，其灾害程度已超过50年的重现期。那么，这次发生在昭通的覆冰灾害到底有多严重呢。 据云南电力设计院对昭通覆冰较重的凌子口、钻沟丫口、小草坝、龙海、寿山、上高桥、甘顶等地进行的现场覆冰专项调查显示，在昭通以北地区，海拔202300米以上地区即开始有不同程度的冰凌现象发生，覆冰以雨凇为主（所谓雨凇，通俗地说就是密度较大的冰，它是相对于密度相对较小的雾凇而言的，二者兼而有之那么称为混合冻结）;海拔1300米以上覆冰即开始有加重的现象;海1400~1800米覆冰明显加重，为以雨凇为主的混合冻结;海拔1800～2022米覆冰更为严重，覆冰性质为以雨凇为主的混合冻结，随处有树枝压断和2023kv电力线路断线倒杆的现象;海拔2022米以上完全是云雾缭绕、白茫茫一片，树木大片压断，覆冰性质为混合冻结。 比方，覆冰较严重的小凌子口，它是昭通北部大关河两条支流的分水岭，云南电网目前有220kv昭大Ⅰ、Ⅱ回线从这里通过。调查小组在昭大Ⅰ回双杆附近取样显示，这里电力导线上的覆冰厚度为29.7毫米。根据划分标准，覆冰厚度超过20毫米即为重冰区， 29.7毫米的厚度，已远远超过了重冰区的临界点。 然而，这还不算厚的，在220kv大关—镇雄线121号塔附近，调查人员发现，附着在地线上的冰层厚达37.6毫米，而附着在电力导线上的冰层那么达45.7毫米。是重冰区临界标准的两倍还要多。 覆冰的厚度还随着附着物的大小，以及是否为迎风面有很大的差异。在彝良小草坝往龙海方向，调查小组看到的处于迎风面结冰后的通讯光缆，甚至比电杆还粗。 铁塔是怎样倒下的。 或许很多人对2023毫米、20毫米、30毫米的冰层厚度是个什么概念，它从2023毫米增加到20毫米对电杆、导线可能增加的负重究竟会有怎样的变化没有直观的认识，让我们对这些抽象的数字做一个形象的转换。 需要说明的是，每一基铁塔均会有三个力作用，即从上到下的垂直荷载、导线左右摇摆时的水平荷载，以及两塔之间导线拉扯的纵向张力。 据调查小组调查、测算，以这次受损较多的400平方毫米导线（即横切面积为400平方毫米的导线）和zm2型塔为例，当导线静态覆冰厚度由2023毫米增加至20毫米、30毫米和40毫米时，铁塔荷载变化情况为——当覆冰厚度为2023毫米时，垂直荷载为2198千克，水平荷载为237千克，而纵向张力那么为4781千克;当覆冰厚度到达20毫米时，垂直荷载增加至3574千克，增加了63%，水平荷载猛增至1119千克，增加了372%，而纵向张力那么增加至7396千克，增加了55%;而当冰层增加到30毫米时，垂直荷载将增加至5439千克，比2023毫米时增加147%，水平荷载将增加至1445千克，比2023毫米时增加了5倍以上，纵向张力将超过2023吨，到达2023015千克，比冰层为2023毫米时增加了1倍还多;而当冰层增加到40毫米时，垂直荷载将达7786千克，水平荷载为1771千克，纵向张力到达12923千克，此时，凭着这近13吨重的纵向张力，粗达400平方毫米的导线已断线。 要知道，这还只是一根导线的荷载变化情况。一回完整的线路将包括5条线，也就是说，实际上，当冰层厚度从2023毫米增加至20毫米、30毫米、40毫米时铁塔将要增加的荷载，还要在上述数字上乘以5。如果只看最容易导致断线的纵向张力，当冰层为2023毫米厚时，纵向张力为23905千克，而当冰层为40毫米时，纵向张力将到达64615千克，将近65吨的张力。 不难想像，当覆冰严重致某根导线因不堪重负突然断裂时，瞬间产生的十数吨不平衡张力径直冲向已经处于荷载极限的高压铁塔，塔不倒才怪呢。而当某基塔倒地，所有导线突然断裂所产生的数十吨不平衡张力瞬间释放，冲击两侧的铁塔，造成铁塔的连锁倒塌。这就是看似不起眼的冰的力量。 复原大镇线倒塔 220kv大镇线178～181号塔耐张段所发生的倒塔事故是比较典型的。调查组在经过实地详查后，以该耐张段事故为个案，复原了一个倒塔事故的全过程。 在该耐张段中，178和181是承力塔，地处山的两侧，事故表现为181向182方向倒塔，并向转角内侧旋转约80度，小号侧（181的小号侧即为180，大号侧即为182）一方左边相导线从线夹中抽出;178向177方向倒塔，没有旋转。17 9、180是直线塔，位于山顶，事故表现为180塔头折断，倾向179，两相导线在线夹处拉断;179塔两边相横档损坏，导线坠落，塔未倒。过载覆冰的事故主要现象在该耐张段均有发生。 经过现场取样计算，大镇线今年的覆冰厚度为20毫米～40毫米，而178～181耐张段所处区域根本覆冰厚度为20毫米。 由于档距不均匀，在开始覆过载冰时，179～178档的覆冰量远大于其相邻档，加之该档面向大水河，是典型的迎风面，导线的结冰速度也快于其他档。于是17 9、180悬垂串发生向178的较大偏移，并且越来越快。179的偏移比180大，179所承受的张力通过绝缘子串的偏移局部传给180，180所承受的张力也通过绝缘子串的偏移传给下一档，而181是耐张塔，那么所有产生的张力全部集中在线夹上。 在重冰情况下悬垂串偏移0.2米是很容易的事，所以当180悬垂串偏移超过0.2米时，181小号侧左边相导线率先被抽出，此时181塔受力完全失衡，迅速向大号侧倒下，并向内角侧旋转偏移。 181号塔的倒下，就意味着181～180档在线长没有增加的情况下档距突然加大，弧垂突然减小，其应力变化原理虽然类似绝缘子偏移，但其加力的过程是冲击性的，应力上升非常迅速，使180悬点应力一瞬间突变式加大，而在此瞬间前180还是偏向179号，在短时间内要把179～178覆冰档迅速提起，让悬垂串向181偏移是不可能的，于是瞬间加大的力使导线在180小号侧线夹出口处拉断。 180小号侧失力后，塔头在大号侧拉力下立即折断，带来的连锁反响是180～179档内的应力得到了释放，使得179横担上的不平衡张力进一步加大。需注意的是，这种应力加大是带有冲击性质的，其结果是179挂线横担损坏，导线脱落坠地。178大号侧张力迅速地充分释放，所剩的张力主要是导线的地面摩擦力和导线自重，178立即承受了和终端塔一样的张力差，而j1型塔是不能做终端塔的，于是178号j1型塔就彻底地向177号方向倒下，其倾覆力之大把178的根底立柱都拉裂了。 这就是一个完整的倒塔事故过程。 提高加固标准 从倒塔事故中看得出来，今年所遭遇的覆冰远远超过线路的设计承受能力，这是造成此次倒塔事故最主要的原因。那么这个设计标准是谁定的。又是怎么出来的呢。 据了解，我国针对不同的冰区制定了不同的设计规程，线路覆冰在20毫米以下称为轻冰区，20毫米及以上称为重冰区。具体来说，架空送电线路设计规程，由一个主规程加多个技术导那么或技术规定组成，主规程为12023～500kv架空送电线路设计技术规程，该规程对线路设计的气象条件、导地线、绝缘子和金具、绝缘配合和防雷及接地、导线布置、杆塔形式、杆塔荷载及材料、杆塔结构、根底等各方面都做出了原那么性的规定，适用于12023～500kv一般线路的设计。从1998年就试行的重冰区架空送电线路设计技术规定是对主规程的进一步补充和完善。 12023～500kv架空送电线路设计技术规程规定，送电线路的设计气象条件，应根据沿线的气象资料和附近已有线路的运行经验，按以下重现期确定：500kv送电线路30年，12023～330kv送电线路15年。 也就是说，500kv线路是按30年一遇的灾害标准来设计的，12023~330kv线路是按15年一遇的灾害标准来设计的。但是今年的昭通覆冰灾害，甚至超过了50年一遇，要让15年一遇的设计标准抵御50年一遇的灾害，显然是不可能的。 如果要将设计标准提高，面临的不只是违反技术规程，更重要的是工程造价的大幅上升。据了解，如果以2023毫米的覆冰设计为标准，当设计标准提高到20毫米覆冰时，塔材耗量将提高1.2倍，相应地，造价将提高0.8倍;而当设计标准提高到30毫米的覆冰时，塔材耗量将提高2.46倍，造价提高1.6倍;而当设计标准提高到50毫米的覆冰时，塔材耗量将提高5.8倍，造价提高3.8倍。 换句话说，如果要将原来设计抵御2023毫米覆冰的线路提高到能抵御50毫米覆冰的标准，其造价将是原来的近5倍。 其实，设计时还有一个难题就是微气象资料的搜集。因为现有的气象机构缺乏对微地形覆冰的记录，当电网线路要穿越冰区时，哪一段、甚至具体到某基塔所处位置的覆冰情况如何，就只能靠走访当地老乡得到，而老乡的描述又常常是凭印像，不够准确。 承担着云南电网多条线路巡线任务的银塔公司运检处负责人告诉记者，凭着他们多年的巡线积累，但凡线路途经的地方，巡线人员掌握的情况可能比气象资料还精准。不过也有局限，其一是时间不够长，再一个是对线路不经过的地方情况也不熟悉，这对加固老线有帮助，但对架新线来说却帮不上忙。 目前，灾后的电网加固工作正在紧锣密鼓地进行，加固标准为500kv线路按50年重现期进行加固，12023kv、220kv线路按30年重现期标准进行加固。 第8页 共8页