双侧双回路铁塔长时间单侧挂线运营对铁塔强度及铁塔基础要求的影响

双侧双回路铁塔长时间单侧挂线运营对铁塔强度及铁塔基础要求的影响

王   鹏

中国电建市政建设集团有限公司   天津市  300384

摘要：在电力传输系统中，双侧双回路铁塔的稳定运营对于电力供应的稳定性至关重要。但在多种情况下，如维修、极端气候条件或线路改造期间，可能需要铁塔进行单侧挂线运营。尽管这种操作在短期内通常被认为是安全的，长期单侧挂线运营可能对铁塔的整体结构强度和基础稳定性产生显著影响。本文旨在探讨长时间单侧挂线运营模式对双侧双回路铁塔强度及其基础的影响，旨在提供一种理论框架，用以分析和理解这些影响，并提出相关的防范和补救策略，以保障电网系统的稳定和安全运行。

关键词：双侧双回路铁塔；单侧挂线运营：铁塔强度：铁塔基础。

引言

位于波兰东南部的一个特殊电力传输工程项目，设计为400KV双回路体系、全长70公里、采用408-AL1F/34-UHST型导线并以3X3分裂布置，却仅在初始阶段执行单侧单回路挂线，预留另一侧用于未来扩容，而且将在相当一段时期内以220KV运行。这种独特的实施和运行策略激起了关于其对铁塔结构强度及基础稳定性影响的探讨。

1、双侧双回路铁塔概述

输电铁塔作为电网中至关重要的基础设施，起着输电线路的支撑和引导作用。尤其是双侧双回路铁塔，其在维护电网稳定、提升输电效率中发挥着不可忽视的角色。此类铁塔定义为：具有两侧且每侧具备两个独立电流回路的输电铁塔。依据塔体设计、用途、以及载荷等不同维度，可以进一步分类为直线塔、转角塔、终端塔或交叉塔等。在设计与工作原理方面，双侧双回路铁塔需满足特定的结构稳定性和安全距离，以确保在各种环境和气候条件下，都能稳固地支撑和引导电缆，且每个回路的运行不会互相干扰。

2、双侧双回路铁塔的常见运营模式

2.1 双侧挂线运营

双侧挂线运营模式通常视作双侧双回路铁塔的标准运营模式。在此模式下，铁塔两侧的回路均被同时使用，以最大化输电能力并提高电网的可靠性与稳定性。两侧同时运营意味着负载更为均衡，这不仅可以减少对铁塔结构的压力，还有助于维护其长期的稳定性与安全性。同时，这种模式在一定程度上提供了冗余能力，当某一侧回路发生故障时，另一侧还可以继续运营，保障电力供应。

2.2 单侧挂线运营

单侧挂线运营即在双侧双回路铁塔上仅使用一侧的一或两个回路。此运营模式可以分为计划内的单侧挂线运营和由故障或维修导致的临时单侧挂线运营。一些项目可能出于节省成本、预留扩容空间或其他战略考虑而采取计划内单侧挂线。而在某些情况下，例如线路维修、改造或突发故障，铁塔可能会暂时采用单侧挂线运营。这两种情况下，不平衡的负载都会对铁塔结构及其基础造成额外的压力和挑战。

2.3 突发情况下的应对措施

对于突发情况下的单侧挂线运营，必须具备迅速且有效的应急响应措施。备用方案的制定需基于可能的风险场景，包括但不限于极端气候、物理损害或系统故障等。响应措施可能包括立即调配临时支持结构、启动备用电源或重新路由电力等。并且，修复策略的制定也是关键，如何快速、安全且经济高效地修复并恢复到标准运营状态是保障电网稳定的重要环节。

3、单侧挂线运营对铁塔强度的影响

3.1 不平衡载荷及其影响

不平衡载荷常在单侧挂线运营中出现，由此产生的非对称负载将对铁塔结构施加额外压力。在这种运营模式下，悬挂的电缆带来的垂直和水平载荷不均匀分布，可能导致铁塔产生倾斜、弯曲或其它不利影响。这一不平衡不仅可能导致结构的短期变形，更在长期内可能引起材料疲劳，损害铁塔的结构完整性。为此，需要在设计阶段充分考虑这些影响，并通过强化结构或采用其他技术手段减轻其后果。

3.2 风荷载的影响

对于只在单侧挂线的铁塔，风荷载的影响尤为显著。由于铁塔一侧承担所有导线的重量，当风力作用时，它可能会使铁塔产生不对称的振动或转动。在强风条件下，风压力将直接影响线路的稳定性，增加线摆动，进而加大铁塔结构的动态响应。这种在风荷载作用下的动态响应可能加速结构疲劳的产生，并在极端情况下造成结构损害或故障。

3.3 长期影响

3.3.1 金属疲劳

在单侧挂线运营中，铁塔材料会在不平衡负载的影响下，持续经历着循环的应力和应变，导致材料逐渐疲劳。这一过程在经历了大量的加载和卸载循环后，可能导致裂纹的产生和扩展，最终可能引发部件的断裂。

3.3.2 腐蚀问题

环境因素，例如盐分、湿度和污染物也会对铁塔产生长期腐蚀效应。单侧挂线加剧了某些部分的应力，一旦这些区域的防腐层受损，将更易发生加速腐蚀的情况。

3.3.3 长期变形

持续的非对称负载还可能导致铁塔的长期变形。即便在允许的负载范围内，材料也可能在长时间的使用后出现塑性变形，影响塔体的垂直性和稳定性。单侧挂线运营虽具备一定的便利性和灵活性，但对铁塔的结构和材料的长期影响不可忽视。深入分析和理解这些潜在问题，并制定出相应的维护策略和改进措施，对于确保电网安全、稳定的运营具有关键意义。

4、单侧挂线运营对铁塔基础的影响

4.1 铁塔基础的设计原则

铁塔基础设计的核心在于确保塔体在各种环境和工作条件下的稳定性与安全性。设计过程中必须充分考虑到包括地质条件、载荷（静载荷和动载荷）、塔型与塔体重量等多方面因素。铁塔基础通常要确保具有足够的承载能力、良好的抗滑移稳定性和充足的抗倾覆能力。另外，基础的设计还需要考虑到极端天气（例如冻胀和洪水）和地震等自然事件的影响。全面且精确的地质勘察和土工试验是确保基础安全可靠的前提，而对于设计准则和施工技术的遵守也是至关重要的。

4.2 不平衡载荷对基础的影响

在单侧挂线运营模式下，由于不平衡载荷的存在，铁塔基础受到非均匀的应力分布。这种不均衡可能会导致基础的沉降、倾斜甚至裂缝。基础沉降通常是由于基础下的土体在持续的荷载作用下发生压缩而造成的。当其中一侧的土体压缩大于另一侧时，可能产生基础的倾斜。长期的不平衡载荷还可能在基础中产生裂缝，这不仅会影响铁塔的稳定性，也可能降低其使用寿命。

4.3 维护与管理要求

4.3.1 常规维护

基础的常规维护应包括对其物理状况的定期检查，以及必要的维修和保养工作，如对裂缝的修补、腐蚀区域的处理和防水层的更新等。

4.3.2 应急管理

在单侧挂线运营模式下，应急管理策略的制定尤为重要。此处的应急管理不仅包括对突发事件的响应，还应包括对异常情况的监测和分析。比如，当检测到基础有显著沉降或倾斜时，应及时采取补救措施，可能包括调整塔体负载、进行基础加固或其他必要的工程措施。

5、策略和建议

5.1 预防措施和检修建议

铁塔及其基础的定期检查、维护，和更新至关重要。一是要实施定期的视觉检查和功能性试验，以便早期识别任何可能的问题或故障，这包括检查铁塔的金属部分有无腐蚀、基础是否有裂缝或沉降等。进一步的，检查应该包括对铁塔及其基础的各种荷载、应力和位移的精确测量和分析。检修计划则应该包括规律的部件更换（例如，螺栓、抗震装置等）、防腐处理、基础加固等活动。在检修的周期确定上，需要根据铁塔的具体工况、环境条件和历史维护记录来制定，确保兼顾经济效益与安全保障。

5.2 铁塔强度与基础改进策略

在强化铁塔和其基础方面，可以探讨采用更加先进和可靠的材料、结构和技术。比如，利用更耐腐蚀、强度更高的新型金属或合金材料；在基础设计阶段采用更为科学的方法和更为精确的地质和气象数据，以及先进的计算工具和方法。基础的强化也可以采取后期加固的方式，例如采用基础加宽、深化、设置抗震设施等多种技术方案，这些方案的选择需要根据现场的实际情况进行综合评估和对比。

5.3 风险管理与评估

在铁塔的风险管理中，首先需要构建一个风险识别和评估体系，用以实现对各种可能风险（例如自然灾害、材料老化、设计缺陷、操作失误等）的及时识别和准确评估。一旦识别到某种风险，就需要采取相应的缓解措施，例如实施额外的检查、加强某些部分的强度、优化操作程序等。同时，应制定并不断完善应急预案，包括应急响应的组织结构、责任分工、操作流程和所需资源等，以便在风险变为现实威胁时能够迅速、有序、有效地应对。在整个风险管理过程中，数据的收集、处理和分析起着关键作用，需要利用现代信息技术手段，实现风险管理的科学化、信息化和智能化。

6结语

本文详细探讨了双侧双回路铁塔的基础设计原则、运营模式、强度影响、基础影响，以及运营中的策略和建议。针对不同运营环境及其挑战，文中提出了一系列具体的设计、维护和管理策略，旨在实现铁塔稳定、安全、经济的运营。维护电网的稳定运行并确保电力供应的安全是至关重要的。通过合理的设计、严格的管理、精细的维护和科学的决策，不仅可以延长铁塔的使用寿命，而且还可以在危机时刻保证电网的安全运行。

参考文献

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[2]张启后.高压输电线路铁塔基础施工质量控制[J].商,2013,06