刘双武

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东佛山528000）

0 引言

输电线路铁塔在输送电能的过程中发挥了重要的作用，然而输电线路运行环境复杂，正常运行中的铁塔，由于地质基础失稳、不平衡张力破坏、外力破坏、转角塔基础浇注控制不当等原因，不可避免地会出现倾斜问题[1]。铁塔倾斜达到一定程度，会造成塔材受力不均，威胁输电线路安全运行，因此需要进行扶正处理。通常，铁塔倾斜的传统处理方案包括易地改造、将基础调整到水平面调整铁塔倾斜和提升下沉塔脚、在塔脚底板加垫片调整铁塔倾斜等[2]。对于因基础不均匀沉降引起、铁塔倾斜度不大、基础没有被破坏的情况，前两类方案都因费用高昂、施工难度大、停电时间长而不被考虑，往往采用第三种方案[3]。

上述三种铁塔倾斜扶正方法均需要停电配合施工作业，在供电可靠性要求越来越高的今天，停电消缺会受到严格的考核，非铁塔倾斜紧急缺陷一般不采取停电处理。在不停电的情况下如何快速有效地调正倾斜的铁塔，是一个亟待解决的问题，因此研制一种带电输电线路铁塔倾斜扶正装置具有很强的实用价值。

1 设备要点分析

1.1 装置机械性能分析

为研究装置所需机械性能，需要对其受力进行分析。装置需提升铁塔，主要承受铁塔、导地线的重力。根据南方电网典型设计，对于110～220 kV呼称高为12～27 m的单回路输电线路铁塔，重量范围为830～12 000 kg。因此，按塔重12 000 kg的单回路220 kV铁塔、档距为300 m、导线型号为2×LGJ-630/55、地线型号为LGJ-70/40，来计算线路基础所承受的来自铁塔、导地线的重力。

其中M1、M2、M3分别为铁塔、导线和地线的重量，所以M=12 000+2×2 209×0.3×3+2×511.3×0.3=16 282.98 kg。

即铁塔4个基础共承受约16.3 t重量，平均每个基础所受重量为4.1 t。因此，对于铁塔倾斜扶正装置，取安全系数为2，求得平均一个铁塔倾斜扶正装置所受重量为8.2 t，考虑铁塔可能受到不平衡张力影响，因此，取10 t进行核算，铁塔倾斜扶正装置的提升力大于10 t即可满足典型铁塔的倾斜扶正需求。

1.2 装置行程分析

要将倾斜的铁塔扶正，所设计的扶正装置行程需满足将下沉的塔脚提升至与其他塔脚水平的要求[4]，以倾斜度为10‰、铁塔根开12 m计算扶正装置所需行程：

因此，所设计铁塔扶正装置提升行程达12 cm以上，方能满足需求。

2 确定最佳方案

2.1 提升机构动力源

提升机构的动力源是整个铁塔扶正装置的核心部件，通过对塔脚的提升达到扶正铁塔的目的，选用不同的动力源，决定了装置的后续设计环节[5]。以输出为10 t的产品进行对比，在经济性、便利性等方面，手拉葫芦相比液压千斤顶和电动绞磨，免去了液压机、电动机等动力源部件，更加轻便，在作业环境有限制的情况下，优势更加明显。最终选用手拉葫芦作为铁塔扶正装置的动力源。

2.2 底座支架材料

扶正装置底座支架在作业过程中承受铁塔的重力，所选用材料至关重要，必需满足受力要求。综合考量材料的强度性能及经济性，决定选取合金钢作为主要材料。

2.3 底座支架截面形状

底座支架承受铁塔的重力，除了强度需满足要求、不被破坏外，构件的刚度即抗弯强度亦应满足要求，确保作业过程中底座支架不发生弯曲变形[6]。构件截面形状直接影响了构件的抗弯强度，市面上常用型材截面有角钢、圆管、方钢等等。

假设支架杆长2.5 m，10 t作用力作用于支架上，夹角不大于20°，那么最大弯矩为：

弯曲强度应满足：

弯曲截面系数最低为49.8 cm3。

以宽度80 mm左右的三种截面形状进行对比，弯曲截面系数均满足了最低要求。而圆管、方钢的理论重量比角钢大，会导致装置重量加大，不便于运输和安装使用。从人机工效、成本等方面考虑，采用角钢作为底座支架型材。

2.4 底座支架组装方式

底座支架在铁塔扶正装置中起到支承提升机构的作用，承受通过提升机构传递的铁塔重力。对于本课题的铁塔倾斜扶正装置，考虑到焊接和铆接都是刚性连接，成品不可拆卸，并不适用于在输电线路现场的应用，运输也受到限制，因此采用螺栓连接的方式，各部件灵活可调，对不同的作业环境适应性强。

2.5 辅助地脚螺栓形式

铁塔提升后，原地脚螺栓长度可能不足，需要对地脚螺栓进行“延长”，以保证铁塔稳定性。“螺杆式”保留了带内螺纹的套筒，上部加工外螺纹的螺杆，螺母另外再拧入，相当于只是把地脚螺栓“延长”。故采用螺杆式辅助地脚螺栓，辅助铁塔扶正。

2.6 辅助零件垫片形式

铁塔提升后需在底部与基础之间垫入垫片，由于地脚螺栓的存在，对垫片插入存在影响，相较于整体式垫片，组合式垫片充分填充了基础与塔底之间的空隙，而且四边都露出了基础外，扶正完成时可以进行焊接补强，利于线路的运行，因此采用组合式垫片，填充铁塔提升后的空隙。

经上述论证，我们确定了提升机构、底座支架、辅助零件的最佳选用方案。

3 确定各部件参数

3.1 确定底座支架材料牌号

通过对比不同型号钢材的参数，为了延长铁塔扶正装置的寿命，保证其不易断裂、报废，最终选取Q420合金钢作为该铁塔倾斜扶正装置底座支架的材料。

3.2 确定底座支架尺寸参数

最佳方案已确定使用角钢，需对截面形状进行设计校核。Q420材料的许用剪切应力约为220 MPa，进行设计校核，底座支架最小截面积为：

结合人机工效方面进行考量，选取尺寸为80 mm×5 mm×9 mm的角钢，其截面积为7.912 cm2，满足最小截面要求。

铁塔扶正装置底座支架支撑在地面上，由于铁塔基础通常高出地面约1.5 m，为布置手拉葫芦与铁塔主材连接，设计底座支架每条腿长度为2.5 m，共4条支撑腿，每条支撑腿与地面夹角不大于70°。现需对其进行弯曲强度校核，我们知道截面尺寸为80 mm×5 mm×9 mm的角钢弯曲截面系数为60.93 cm3，因此最大弯曲应力为：

最大弯曲应力小于抗弯强度应力，校核强度符合要求。因此，本铁塔倾斜辅助装置采用四条腿的支架。

连接横梁采用直径20 mm的圆形实心管，圆管所受切应力为：

圆管所受切应力小于抗剪应力强度，符合要求，圆管两端与支架使用螺栓连接，角钢中间使用钢丝绳相连，防止使用过程中发生走位。

3.3 确定辅助地脚螺栓与垫片参数

不同线路、不同铁塔地脚螺栓尺寸都不一样，常见的地脚螺栓螺纹从M20到M48不等，因此，辅助地脚螺栓内螺纹尺寸需根据现场实际情况确定。外径取值比内径大10～20 mm，长度亦需根据现场原地脚螺栓露出长度确定。外螺纹部分，尺寸不应小于原地脚螺栓螺纹，长度根据需提升的高度，加上螺母高度。

垫片厚度可以做10 mm、5 mm、2 mm、1 mm等几种规格，便于在施工工程中根据提升高度调整垫片高度。

3.4 制作并组装各部件

根据确定的参数，制作出符合要求的各部件，并将其组装在一起，装置整体图如图1所示。通过受力性能试验，分别以8 t、9 t、10 t的力量测试，试验结果表明铁塔扶正装置可承受大于10 t的压力，满足受力要点要求。

图1 铁塔倾斜扶正装置整体图

4 实际应用

为检查该输电线路倾斜铁塔扶正装置的操作性能，使用该装置对佛山供电局220 kV雷都线#67塔下沉的Ⅰ、Ⅱ腿提升进行纠偏。纠偏过程结束，经现场测量确认塔身已完全回正后，则用混凝土浇注保护帽，整个纠偏施工即告完成。

本次纠偏整个作业过程仅需223 min。铁塔扶正作业完成后三个月，运维人员再次到现场对铁塔倾斜度进行测量，结果无异常，纠偏效果良好，目标达成。

每回110 kV线路输送电能约8万kW，220 kV线路输送电能约18万kW，按每次作业时间220 min计算，则每次作业减少停电量29万～66万kWh，折合居民电价计算为17.4万～39.6万元。每年可减少电量损失约130万元，经济效益可观。

5 结语

首先，使用本课题研制的简便易安装的输电线路铁塔倾斜扶正装置，无需吊车等大型机械，在环境受限的情况下也能完成倾斜杆塔的扶正。其次，施工工艺简单，节省人力、物力，缩短施工时间，减少线路停电配合的时间甚至可在无需线路停电的情况下操作，确保了电网的稳定运行和供电可靠性。