输电线路铁塔跨河倒塔事故分析

2019 No.18

Electric System电力系统

Electric Power System Equipment电力系统装备

输电线路铁塔跨河倒塔事故分析

李 波

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西西安 710054）

［摘 要］在输电线路工程设计方面，以往的杆塔及基础设计很少关注因河水结冰造成杆塔弯折或脆断事故。一般输电线路超高压、特高压跨河设计基础顶面超过百年洪水位，不太可能出现河水结冰塔腿破坏事故，但配网输电线路工程往往水文收资欠缺或认识不足，容易造成重大倒塔事故。本文对跨河杆塔河水结冰造成倒塔事故进行深入分析，为我国北方输电线路跨越河流杆塔及基础设计提供借鉴。［关键词］倒塔事故；河水结冰；输电线路铁塔［中图分类号］TM75；P315　　　　　［文献标志码］B　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）18–0042–02

Analysis of Falling Tower Accident of Transmission Line Tower Crossing River

Li Bo

［Abstract］In the design of transmission line engineering, in the past, little attention was paid to the icing of river water in the design process of poles and towers, which resulted in the bending or brittle fracture of poles and towers. Ultra-high voltage and ultra-high voltage (UHV) transmission lines are generally designed to cross rivers with the top surface exceeding 100 years flood level. It is unlikely that the ice tower legs of rivers will be damaged. However, the hydrological revenue of distribution network transmission line projects is often insufficient or insufficient knowledge is insufficient, which will easily lead to major tower collapse accidents. This paper makes an in-depth analysis of tower collapse accident caused by water icing across river poles and towers, which can provide reference for the design of poles and towers across river and foundation of transmission lines in northern China. ［Keywords］tower collapse accident; River ice; transmission line tower1 工程概况

鄂尔多斯圣圆水务有限公司35 kV输电线路工程，开工时间2011年6月1日，竣工时间2011年10月27日。本工程运行单位为鄂尔多斯圣圆水务有限公司，截止2017年1月15日前运行良好。2 事故过程

该线路7号塔至14号塔为一耐张段，其线路为长度1.779km。9号塔、11号塔两塔为直线铁塔，跨越内蒙古自治区伊金霍洛旗札萨克水库上游札萨克河，跨度为573.1m。两基基础位于河床边缘，使用联梁桩基础，基础顶面海拔高度为

1269m。2006年水库建成蓄水水位逐渐提高，原设计9#、11#基础在2016年之前水库蓄水水位未超过两基基础顶面。2016年札萨克水库蓄水水位上涨，原设计河床两基塔9#、11#基础被淹没。2016年冬季库区水面封冻，水库水位在基础顶面1m以上，达到海拔高度1270.5m。

2017年1月15日18时20分左右，35 kV圣圆水务输电线路11号塔突然发生倒塌，此后该线路9号塔于2017年1月24日17时30分左右又发生倒塌。另外，该线路西侧与其平行、同向跨越札萨克河（水库）的其它两条线路，大致在这同一时间段内相继也发生线路铁塔倒塌（图1）。

蓄电池是用来储存太阳能电池板生产的电能并可以随时

向负载供电的设备。

逆变器是将直流电转换为交流电的设备。一般负载都是交流电，而太阳能电池板和蓄电池都是直流电源，为了向负载供电逆变器是一个必不可少的设备。

另外在一些干旱地区会使用到新能源水泵技术太阳能水泵，干旱地区的太阳光照通常十分强烈，而且需要长时间大量的抽水。这种因素间接催生出了大型新能源光伏水泵站，利用逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换成直接使水泵工作的交流电。虽然这种水泵系统的成本相对较高，但是在使用过程中不需要使用额外的能源，减少了运行成本，同时也比普通的柴油抽水机容易维护，所以这种水本有着一定的利用价值。

在国外的发达国家，新能源光伏与建筑一体化设计已有相应的研究计划。光伏与建筑物通常有两种结合方式。

（1）在建筑物顶部大规,安装太阳能电池版向用户供电，组成用户并联系统，这种方式在国外形成了“太阳能屋顶计划”潮流。

（2）由第一种方式演变而来，除了在屋顶，另外还要使用能够进行光伏发电的玻璃墙面取代普通的玻璃墙面，使屋顶和墙面都能进行太阳能的吸收和转化，目前这种墙体材料已经成功研制。

42丨电力系统装备 2019.18

采用集热板集热设计与温差发电模块互相作用的聚光系统能够有效降低聚光系统的成本。热电发电模块集热体部分，可以优化几何尺寸、使用高效的太阳光吸收涂层、而且可以利用真空绝热技术是提高集热体性能。另外开发高性能热点材料，降低成本、提高热电发电模块的工作效率。4 结语

作为一种可无限开发的可再生能源，太阳能在很多年以来都是各国着重研究的热点。光伏发电技术开辟了太阳能利用的全新方式，太阳能热电发电技术及其太阳能温差发电已经被世界各个发达国家列入中长期新能源开发利用的计划。太阳能温差发电技术正随着热电材料的发展和性能的不断提高，未来会在新能源领域发挥更大的作用。

参考文献

[1] 蒋莉，代翠玲，黄伟文.弃光现象成因及光伏产能转化路径研究——以西北地区为例[J].中国集体经济，2018（35）：30-31.[2] 张曦，康重庆，张宁，等.太阳能光伏发电的中长期随机特性分析[J].电力系统自动化，2014，38（06）：6-13.[3] 马翠萍，史丹，丛晓男.太阳能光伏发电成本及平价上网问题研究[J].当代经济科学，2014，36（02）：85-94，127.[4] 胡云岩，张瑞英，王军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014，35（01）：69-72.

电力系统装备

Electric Power System EquipmentElectric System电力系统

2019年第18期

2019 No.18

倒塌的9号、11号塔基础顶面已经被水库冰面覆盖，铁塔塔材从冰面上呈弯曲状由西北向东南倒塌，同时观察到该线路西侧其他两条输电线路铁塔具有相似的倒塌状况，可见这次水库蓄水区输电线路铁塔的倒塌并非出于偶然，存在一定的必然性。

35 kV圣圆水务线路7号塔

35 kV圣圆水务线路9号塔

相邻两条线路倒塔

35 kV圣圆水务线路11号塔

图1 35kV圣圆水务线路倒塔位置图

3 倒塔事故分析

通过对线路倒塔现场勘查及收集水库气象、水文、地质资料，线路设计竣工资料，对线路倒塔事故做出如下分析。

3.1 铁塔主材、斜材材质

现场观察35 kV圣圆水务输电线路9号、11号铁塔倒塌状况，铁塔主材、斜材由西向东呈弯曲状态，没有脆断痕迹，并查阅相关图纸和铁塔加工信息表明，35 kV圣圆水务输电线路9号、11号铁塔材质符合相关要求。

3.2 地基及基础

经查内蒙古伊金霍洛旗地区冻土层深度为1.5m。基础采用深型桩基础，埋深大于8m，没有发生位移。根据内蒙古方元电力建设工程桩基检测中心《新街-圣圆水务35 kV送电线路工程基桩低应变测量报告》结论，经库区蓄水对原线路9#、11#基础安全和地基稳定没有影响。

3.3 倒塔前气温和风速情况

内蒙古属于我国北方季风地区，冬季刮风天气偏多，根据内蒙古伊金霍洛旗气温统计表分析，刮风天风速多在4.0~8.0 m/s之间，换算级别多为3~5级风，偶尔有刮沙尘暴极端天气。每年从11月15日至第二年3月15日平均气温处于0℃以下，河面基本处于结冰状态；且几乎每天刮风，多为西北风向。

从表1可以看出，当地风速从2017年1月14日—2017年1月25日最小风速2.8 m/s，最大风速7.8 m/s，因此铁塔及导地线受风影响一直处在较大振幅中摆动。当地从2017年1月14日—2017年1月25日平均气温低于0℃，河水处于结冰状态。

表1 内蒙古伊金霍洛旗2017年1月14—25日风速、气温统计表

日期最高气温（℃）

最低气温（℃）

风速（m/s）

2017年1月12日1.3-15.292017年1月14日3-16.34.32017年1月15日1.2-14.02.82017年1月16日-0.8-13.76.72017年1月17日-2-16.17.42017年1月18日1.5-15.94.42017年1月19日-8-207.12017年1月20日-4-206.52017年1月21日-3.9-19.35.52017年1月22日0.7-19.86.32017年1月23日5.5-184.42017年1月24日6.9-14.63.12017年1月25日

10.8

-16.4

7.8

3.4 倒塔前水文变化情况

从2016年11月20日—2017年1月24日当地最高气温处于零度附近，最低气温基本在-10℃以下，因此倒塔前水库、河面冰冻期已经两个月有余，冰厚达到0.2~-0.4m。根据35 kV新圣线跨扎水库记录数据，札萨克水库封冻冰面蓄水标高为1270.5m。冬季库区水位和河水流速基本处于稳定状态，基本排除冰凌造成倒塔事故的可能。

3.5 倒塔情况分析

受风荷作用下，塔身主材、斜材由于持续往复摆动，塔腿斜材、主材因疲劳影响，材料发生变形。在设计铁塔时，材料的力学性能并不要求材料的抗疲劳性能。一般铁塔受风影响，铁塔与基础地脚螺栓连接，即与基础连接为铰接，受风、冰、施工荷载等动荷载作用并不能在塔脚或塔腿产生较大弯矩，而是在基础顶面产生剪力、垂直作用力传向基础（一般认为塔脚弯矩力为零），因此本工程和相临线路未受冰固结塔材的杆塔并未倒塌。在河中塔腿塔材和冰粘结，当冰厚达到一定程度，可认为塔腿塔材固结。虽然平均风速并未达到铁塔设计的最大风速，但塔身、塔头及导地线受风水平荷载作用下在塔腿固结处产生较大弯矩。在风荷载长期持续作用下，塔腿材料必然发生疲劳弯曲破坏。现场铁塔倒向为东南方向，与气象局提供的西北风向基本一致。由此判断应该是在大风作用下使铁塔倒塌。铁塔所受荷载如图2所示。

󰱝㏬䷻䒪󰱝㏬䷻䒪󰶁䏘䷻䒪󱄩㏬䷻䒪󱄩㏬䷻䒪󱄩㏬䷻䒪󰶁䏘䷻䒪󰲯Ⱑ㢤䒪󰶁䏘䷻䒪󱑜ⴖ󰟈󰛝䲏󰛝⮱󰣺҉⩕󰟈Ⅱ󱏀㧱Ⅱ㖁󱶮󱶖󰴧⵭󰱌󱅯图2 铁塔受力示意图

4 结论及建议

库水水面上涨高于基础顶面，致使冬季河面结冰，铁塔塔腿塔材与冰面固结；受风持续动荷载影响，塔头、塔身和导地线随风摆动，受此影响塔腿主材、斜材疲劳弯曲破坏。

建议在以后的结冰地区，送电线路跨河工程设计中，基础顶面应高于河水水面，避免冬季河水结冰塔腿固结，再次造成倒塌事故。

2019.18 电力系统装备丨43