季 坤，陳慶濤，陳安生，晏嘉陵

1.安徽省電力公司生產(chǎn)技術(shù)部，安徽合肥，230022；2.安徽省電力科學(xué)研究院，安徽合肥，230601

某供電公司巡線工作人員巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)某220 kV輸電線路部分拉線門型輸電鐵塔塔基存在不同程度腐蝕，對(duì)輸電線路安全運(yùn)行構(gòu)成了威脅。

1 檢查情況

拉門塔外形拉線門型直線塔左腿右后側(cè)主材及螺栓腐蝕嚴(yán)重，左腿右前側(cè)主材及兩側(cè)拉線錨桿輕微腐蝕，其余部分拉線門型直線塔后方右側(cè)拉線錨桿腐蝕嚴(yán)重。本文以塔基主材腐蝕嚴(yán)重的拉門塔為研究對(duì)象，進(jìn)行超聲波測(cè)厚、金相組織檢驗(yàn)和應(yīng)力分析。

2 試驗(yàn)分析

2.1 超聲測(cè)厚檢測(cè)

利用26MG型超聲波測(cè)厚儀對(duì)該鐵塔進(jìn)行了測(cè)厚檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果顯示，主材和斜材厚度符合要求，但右后側(cè)主材腐蝕嚴(yán)重，減薄明顯，形成了長(zhǎng)約為45 mm、最大寬度約為12 mm的腐蝕穿透區(qū)域，嚴(yán)重削弱了主材承載能力。

2.2 有限元應(yīng)力計(jì)算

為了對(duì)比拉門塔左腿右后側(cè)塔腿主材腐蝕前后應(yīng)力變化，對(duì)塔腿主材進(jìn)行有限元簡(jiǎn)化分析計(jì)算。

拉線門型直線塔是由塔頭、主柱、拉線組成。塔頭和主柱一般由角鋼組成的空間桁架構(gòu)成，有較好的整體穩(wěn)定性，能承受較大的軸向壓力。拉線一般用高強(qiáng)度鋼絞線，能承受較大的拉力。主柱在軸向壓力與橫向載荷共同作用下工作[1-3]。

由上分析可知：塔腿主要承受豎直方向的垂直載荷(主要包括鐵塔、導(dǎo)線和覆冰等自重)以及橫向載荷(主要是指不平衡導(dǎo)線張力、風(fēng)載荷等)所引起的彎矩。由于拉線和門型構(gòu)架分別由拉線張力的橫向分量和橫擔(dān)與主柱連接點(diǎn)抗彎共同提供側(cè)向抗力，所以建立模型只考慮垂直重力載荷，并假設(shè)加載在主材的垂直載荷為G，主柱的風(fēng)載荷為P，主材根部固定于塔基上。由于該線路使用年限較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)圖紙缺失，故本計(jì)算只作近似計(jì)算，以說(shuō)明在相同載荷條件下，塔腿腐蝕和未腐蝕兩種情況下塔腿處應(yīng)力分布情況。具體模型角鋼尺寸現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為小于60 mm×60 mm×6 mm。

通過(guò)對(duì)比計(jì)算塔腿主材腐蝕前后的等效應(yīng)力變化發(fā)現(xiàn)：未腐蝕時(shí)應(yīng)力最大位置是根部背彎面，腐蝕時(shí)應(yīng)力最大位置在腐蝕區(qū)前部。在一定垂直載荷和橫向載荷作用下(此處載荷僅考慮自重和風(fēng)載)，腐蝕后主材根部出現(xiàn)應(yīng)力集中，其等效應(yīng)力為296.3 MPa(接近Q345屈服強(qiáng)度)，是未腐蝕時(shí)根部等效應(yīng)力(約為41.4 MPa)的7倍多。這是因?yàn)楦g形成的穿透造成主材承載有效面積減少，形成應(yīng)力集中，是結(jié)構(gòu)中的薄弱點(diǎn)，易導(dǎo)致整基鐵塔失穩(wěn)。在極端載荷條件(覆冰或斷線或大風(fēng)氣候等一種或幾種工況組合情況)下，主柱塔腿將承受更大的彎矩作用，主材根部承載的荷載更大。

2.3 金相組織分析

為了更清楚地了解鐵塔金屬部件銹蝕后組織變化情況，對(duì)塔腿存在腐蝕的加勁板進(jìn)行了金相檢驗(yàn)。

該塔腿加勁板顯微組織為“鐵素體+珠光體”，晶粒度為7～8級(jí)，顯微組織正常，金相檢測(cè)面顯示表面腐蝕形態(tài)為點(diǎn)狀腐蝕(麻坑腐蝕)，腐蝕形式以梳狀向基體擴(kuò)展，磨去表層腐蝕產(chǎn)物后腐蝕坑彼此未連接成片，且腐蝕深度較淺，不會(huì)對(duì)基體強(qiáng)度產(chǎn)生大幅度的影響。

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)：塔基腐蝕主要存在于界面部位，如塔基與水泥基座、錨桿與泥土等。其形成原因是氧濃度差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕。由現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況看，塔基銹蝕主要是因?yàn)榕艥巢患皶r(shí)，金屬構(gòu)件浸于雨水或泥土中，在土壤出土端或水面由于氧濃度差形成濃差電池，陽(yáng)極溶解速度明顯大于其余表面陰極溶解速度，因而發(fā)生腐蝕，從而導(dǎo)致部分塔基銹蝕(特別是主材、連接螺母)，嚴(yán)重威脅線路安全運(yùn)行。從金相檢查結(jié)果看，未腐蝕基體強(qiáng)度無(wú)明顯影響，如基體強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)條件，只需對(duì)腐蝕部分進(jìn)行清理，并采取防腐處理。

(2)對(duì)于銹蝕嚴(yán)重的拉門塔左腿右后側(cè)主材，建議更換主材(如時(shí)間不允許可考慮臨時(shí)可靠加固)及連接螺栓，并應(yīng)做好防腐措施，防止銹蝕進(jìn)一步加劇。補(bǔ)強(qiáng)方法可考慮碳纖維纏繞補(bǔ)強(qiáng)(有時(shí)效性，后期還需處理)或進(jìn)行等截面補(bǔ)強(qiáng)。如條件允許，宜按原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行更換。

(3)對(duì)塔基進(jìn)行排澇處理，特別是對(duì)位于塔腿根部與基座的交界面，應(yīng)修建排水系統(tǒng)，防止雨水或泥土聚集形成氧濃差電池而產(chǎn)生腐蝕，削弱輸電鐵塔塔基承載能力，威脅鐵塔安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉樹(shù)堂.輸電桿塔結(jié)構(gòu)及其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)水利電力出版社，2005

[3]劉樹(shù)堂.橫向垂直載荷共同作用下拉門塔的工作特性和設(shè)計(jì)計(jì)算[J].中國(guó)電力.1999，8(32)：28-31