大规格高强度钢材低温力学性能研究

李姗姗 杨权

摘 要：2008年，在我国南方各省，突然爆发了大雪灾，由于覆冰造成的塔身偏重和钢材强度不足等原因，导致输电铁塔的大规模倒塌，造成大面积的停电，不仅给人民生活带来极大的不便，还对我国的经济建设造成了极大的损失[1]。说明我国迫切的需要增强输变电技术的研究，来提高我国铁塔的制造质量和制造水平。为了加强铁塔承载能力，同时减轻塔重、特高压输电线路铁塔的塔材采用低合金高强钢，如Q345、Q420和Q460等钢材，可以加强铁塔的承载能力、减轻铁塔的重量、节省铁塔钢材的消耗，从而提高经济效益。

关键词：输电铁塔;高强钢;低温;力学性能;焊接工艺

引言

输电线路是电力系统的大动脉，在保障民生和经济社会发展等方面发挥着重要作用。为了避免供电系统被破坏，输电线路应当安装相应的防护设施。在雷雨天气时，高压雷电流会破坏电力设备与输电线路稳定运行，所以提高输电线路的耐雷水平十分必要。

1国内现状

架空输电线路跨越高速铁路需同时满足电力行业和铁路行业的相关规范、规程要求，现行架空输电线路设计规范和高速铁路技术规程均未对输电线路跨越高铁设计安全可靠性进行明确规定，致使各种跨越高铁的输电线路的安全可靠性参数要求不统一。现行的架空输电线路设计规范《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）自2010年实施，该版本为电力部门总结2008年雪灾经验教训，广泛征求多方意见，经过深入研究，由《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-1999）发展而来。新旧标准在影响架空输电线路结构安全的主要因素气象条件（风荷载、覆冰荷载）的取值上有所不同，在线路结构重要性系数取值上也不同，高速铁路技术规范则在跨越高速铁路的输电线路可靠性方面也未进行具体的规定。因此，本文综合电网和铁路行业相关规范及规定文件，研究电力线路跨越高速铁路安全运行影响力的评价标准体系。目前，中国铁路上海局集团有限公司管辖范围内跨越高铁输电线路均按该标准体系进行设计，至今均运营良好，在恶劣天气中未发生倒塔、断线等事故。

2导线的性能研究

2.1导线的电气性能

在进行导线选择时，电气性能应作为重要选择条件。电气性能越好，意味着它的载流量越大，载流量的大小直接影响电力输送能力及输电效率，所以要选择承载能力强的导线。载流量大的导线即便线路发生事故，也不会出现较大的安全问题。在电网运行中，也要充分考虑到电能对导线过载流量的影响，特别要考虑天气变化对导线电气性能的影响。核算导线技术参数时，导线的耐热性和抗寒性要充分考虑，温差过大都可能对导线产生不良影响，要在最大程度上确保导线线路能够适应周围温度的变化及环境的变化，使导线的使用寿命最大限度延长。

2.2导线的机械特性

对不同导线的机械特性进行比较分析时，能够发现杆塔與导线弧垂的重量有着紧密的关系。这就需要通过进一步分析导线的弧垂性来判断导线的性能是否良好。在高温条件下，导线的自重、拉力、铝钢截面等因素也要作为参考的标准。比如在40℃的条件下，计算导线弧垂时要观察记录其最小的弧垂。还要计算导线的风偏角，一般在平均风速27m/s的情况下，导线的垂直荷载是最小的。这时需要采用塔型的设计，降低风偏角的大小，并对塑形指标Kv值做好对应记录。导线的机械特性主要包括弧垂、荷载、风偏角、过载能力等。从弧垂特性看，中强度全铝合金绞线无疑是最好的，剩余的导线弧垂特性差异不大;从水平荷载来看，所有导线基本相同;从垂直荷载来看，铝合金芯铝绞线是垂直荷载偏小的;从顺线张力来看，铝合金芯铝绞线也是最小的。

3提升输电线路大规格高强度钢材低温力学性能的策略

3.1提升设计方案的质量

根据高压输电线路施工需求，明确电气设计要点和关键部位，做好常见故障的应对防御工作，制定出可行性较高的设计方案。例如，根据以往经验来看，高压输变电杆是比较容易发生故障的部位，所以在设计高压输变电杆时，需要落实设计检验工作，充分考虑杆塔的机械性和绝缘性，优选控杆塔建筑材料。同时，结合杆塔建设的外部环境，如：气候条件、水文条件对杆塔安装的影响，合理规划杆塔布局，既要控制杆塔建设成本，又要保障杆塔建设质量。在设计架空线路的路径选择时，也需要结合施工现场环境，如：地理环境、交通布局等，不能一味模仿以往的设计方案，应该落实具体问题具体分析工作方针，才能保障后期设计落实的有效性。例如，如果高压输电线路施工场所为平地区域，可以先考虑交通布局、社会因素。如果施工场所为山地丘陵、高山峻岭，就应该优先考虑地理因素，克服地势险峻的施工困难。此外，“抗冰”是高压输电线路电气设计的要点，也是高压输电线路的常见故障问题。因此，为了提升高压输电线路的输电安全性，做好抗冰预防和防御工作非常必要，这也是提升电气设计方案可行性的关键。

3.2高强钢焊接加工工艺

输电铁塔对塔材的焊接工艺要求很高，不仅需要焊材与母材具有相当的强度、韧性和塑性，还需要其焊后裂纹率低，不出现层状撕裂现象。通过对高强钢在输电线路工程中的应用情况进行调研，发现铁塔塔材的冷加工工艺，对于高强钢和普通钢区别不大，并且高强钢的剪切、制弯、火曲和打孔等主要加工工艺可以满足要求;但是在高强钢的焊接塔材过程中，避免冷裂纹和层状撕裂等现象的加工技术能力有所欠缺，所以高强钢的焊接加工工艺需进一步完善。只有保证了焊接工艺的合理性和有效性，才能保证低合金高强钢焊接接头的良好焊接质量。在高强钢加工及焊接时，必须对每个工序做好记录，并且对每一道工序加强质量控制、焊接过程的管理和结果的检验。虽然高强钢有良好的力学性能，但是由于低合金高强钢的碳当量偏高，使其焊后冷裂纹、热裂倾向和再热裂纹出现概率增加。这种焊接劣化现象对高强钢在输电线路工程中的应用推广极为不利。

3.3重视前期勘测工作

为了提升高压输电线路电气设计的科学性，落实前期勘察勘测工作，掌握高压输电线路施工现场的各项数据，如：气候条件、地质环境等等，为电气设计提供参考和依据。例如，设计人员在进行电气设计时，必须先进行施工周围地区勘测，分析电气线路路径设计方案，了解施工区域的特殊情况，并将其考虑到设计方案中，合理运用和配置人力物力资源，方能获得最大的效益。同时，根据高压输电线路施工场所，调查类似环境区域的常见问题，在原有设计方案基础上，实现针对性优化设计。

结束语

根据输电线路工程中，铁塔的设计和实际生产情况，优化高强钢的焊接加工工艺，加强各工序的质量控制，来保证焊后冷裂纹防止措施工艺的实施，可以保障高强钢在铁塔应用中的可靠性和安全性。在工业制造中，自动化焊接技术可以降低劳动强度、提高焊接效率，在保证焊接质量的基础上，推广自动化焊接技术将成为制造工业现代化发展的必然趋势。

参考文献：

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[5]李佳雨.高压输电线路电气设计中存在问题及对策[J].现代物业（中旬刊），2018（12）：31.

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