建设特高压电网将带动输电塔用钢升级
对国产钢材品种和规格提出新要求
2005-11-01 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
·“十一五”期间，我国电网建设预计年均需求钢材约18万吨，“十二五”期间预计年均需求钢材约20万吨。
·特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高要求。为了使输电塔更加经济、合理，钢材强度就必须大幅度提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高强度钢材。
目前，我国正在加强电网建设，推进全国联网，准备进行电网特高压升级，将建设1000千伏交流特高压输电线路、±800千伏直流特高压输电线路。在日前举行的第二届中国国际钢结构大会上，华北电力设计院设计总工程师廖宗高认为，电网建设步伐加快和电网向特高压升级为输电塔钢结构营造了巨大的需求市场，同时也对输电塔用钢材的品种和规格提出了更广要求。
特高压输电线路将成为电网建设重点
据廖宗高介绍，近期我国电网发展的目标及重点是在继续安排好农网、城网建设的同时，集中力量做好以下工作：一是抓紧建设北、中、南3个输电通道，形成西电东送的基本格局；二是重点发展跨省、跨地区输电线路，积极推进区域电网互联和全国联网进程。
“十五”期间，我国电网将新增330千伏以上交流线路约2.87万公里，钢材用量约103万吨；将新增直流线路约3100公里，钢材用量约13万吨；将新增变电容量约1.32亿千伏安，钢材用量约8.4万吨。“十五”期间，电网建设预计年均需求钢材25万吨。“十一五”期间，电网建设将新增交流线路约2.2万公里，钢材用量约80万吨；将新增直流线路约2180公里，钢材用量约9万吨；将新增变电容量约1.56亿千伏安，钢材用量约10万吨。“十一五”期间，电网建设预计年均需求钢材约18万吨。“十二五”期间，电网建设将新增交流线路1.32万公里，钢材用量约48万吨；将新增直流线路约1.22万公里，钢材用量约52万吨；将新增变电容量约1.48亿千伏安，钢材用量约9.5万吨。“十二五”期间，电网建设预计年均需求钢材约20万吨。
以上只是列出了330千伏级以上输变电工程钢材的大致用量，其约占110千伏及以上输电线路钢材用量的30%左右。2005年、2010年、2015年，我国330千伏以上线路长度将分别达到7.09万公里、9.51万公里、12.05万公里，线路长度将处于世界领先地位。
此外据悉，目前我国正在开展1000千伏特高压输电线路的规划研究工作，今年年底将开工建设1000千伏特高压输电线路示范工程，到2020年为满足“全国联网、西电东送、南北互供”的需要，将在南北方向构建多回路百万级特高压输电线路大通道。1000千伏输电塔比现在的塔重将发生质的变化，塔重将增加4~5倍，单回路单基塔重将达到50吨~100吨，双回路单基塔重将达到100吨~250吨。同时，国内开展的另一个科研项目是：结合金沙江水电外送±800直流特高压输电工程研究，将在2015年前后建成7200多公里特高压直流输电线路工程，特高压直流输电塔单基重约为30吨~90吨，大约是现在直流输电塔的2~2.5倍。
电网升级带动输电塔用钢快速发展
廖宗高介绍，到2004年底，全国110千伏及以上输电线路长度约为50万公里，其中500千伏线路长度达5万公里，330千伏线路长度达1.2万公里，220千伏线路长度达17万公里，110千伏线路长度达26万公里，±500千伏直流线路5条、长度达0.5万公里，输电线路总长度居世界第二，钢材总用量达1000多万吨。
在我国电网建设的过程中，输电塔得到了前所未有的发展，从早期的以木材为主要材料，发展到现在以钢材为主要材料；塔重从单机重量1吨~2吨，发展到现在的最大单机塔重3980吨；塔高从几米发展到我国2004年10月建成投产的世界输电第一高塔——江阴长江大跨越塔，塔高达到346.5米。目前正在设计研究的国内最高输电塔是浙江舟山与内陆联网跨海工程跨越塔、塔高约370米，单机塔重5000多吨。
钢铁行业的快速发展和钢结构设计标准的不断完善，也让铁塔设计人员扩展了思路。近几年来，设计人员设计出了许多新的塔型，有为了减少线路走廊宽度的紧凑型塔，有跨越大江大河的大跨越塔，有线路在城效附近与城市环境相协调的钢管塔等，充分体现了钢结构在输电塔的广泛运用。
我国输电塔一般采用角钢塔（塔高约20米~70米），而输电高塔（一般在100米以上）多采用组合角钢塔或钢管塔。20世纪70年代至80年代由于钢材紧缺，有些输电高塔也采用了钢筋混凝土塔。到目前为止，我国220千伏及以上高塔有48处，共96座，其中组合角钢结构32座、钢管结构46座、混凝土结构18座。
随着电网不断升级，输电塔杆件断面也由简单到复杂，尤其现在随着同塔多回路工程、大截面工程的建设，杆塔载荷越来越大，杆件断面已由单角钢发展到双拼角钢、四拼角钢、格构式、钢管。输电塔钢材的材质，现在基本上都采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700中规定的Q235、《低合金高强度结构钢》GB/T1591中规定的Q345。少量有特殊要求的杆塔，也采用进口钢材，如220千伏汕头港湾大跨越塔采用了进口的250毫米*25毫米、250毫米*35毫米大规格角钢；江阴长江大跨越塔主材每个分肢用厚65毫米、宽500毫米的钢板焊成十字型断面，然后由4个十字型断面组成格构式柱，钢材采用从英国进口的高强度钢。
输电塔用钢供货存在的问题
廖宗高认为，我国输电塔之所以能够得到空前的发展，其中一个主要原因就在于国际及我国钢铁行业的快速发展为输电塔提供了优良材料。但他同时也认为，目前国产钢材在输电铁塔中的应用还存在一些问题。
我国输电塔钢材的材质目前仍停留在Q235、Q345低强度钢材阶段，与国际上其他国家还存在一定差距。尤其是特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高要求。为了使输电塔建造经济、合理，钢材强度就必须大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高强度钢材。我国《钢结构设计规范》GB50017-2003已正式将Q390、Q420列入可造材料范围，《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94中列入了Q460钢材，这些新品种的强度与国际水平基本接近。我国750千伏输电塔，尝试采用了Q420高强度钢材，塔重降低了15%，取得了较大的经济效益。但是，国产钢材在供货保障、规格方面仍不理想，电力行业希望市场上有货源充足、规格齐全的Q390、Q420钢供设计选用。同时《钢结构设计规范》也应尽快将Q460列入可造材料范围。这些高强度钢材品种的广泛应用，将会促进我国输电塔设计水平的提高。
在角钢规格方面，角钢表内的规格从40毫米*3毫米到200毫米*24毫米达70多种，但国内市场往往有很多规格的角钢产品是买不到的，加工时经常发生以大规格代替小规格的情况，导致塔重增加。我国角钢最大规格为200毫米*24毫米，国际上角钢规格最大为250毫米*35毫米，我国在建造一些受力大的输电塔过程中，当单角钢200毫米*24毫米满足不了受力要求时，就只能采用组合角钢，致使输电塔构造复杂化，还要增加许多辅助材料，导致塔重增加。电力行业非常希望我国钢厂也能提供大规格角钢。
输电塔塔身交叉斜材在平面外和平面内的长细比有较大的差别，最经济选材应该配置不等边角钢，并可降低输电塔重量。我国有不等边角钢规格表，但是厂商基本没有供货。希望钢厂能提供不等边角钢，使输电塔设计更经济、更合理。
输电塔连接方式常用焊接连接和螺栓连接。在螺柱连接方面，我国目前主要采用5.8级、6.8级强度较低的螺栓。随着输电塔的规模扩大，构件受力越来越大，单靠增加螺栓数量的办法，很不经济、合理，在输电塔上使用高强度螺栓十分必要。如何使高强度螺栓热镀锌后保持良好的力学特性，值得冶金企业进一步研究。随着电网建设的升级，高强度螺栓的使用势在必行，并将有较大的市场需求。
此外，输电塔长期处于外露环境，需要采取耐腐处理。目前，国内外采用的主要措施是热镀锌防腐，其防腐效果较好，但也有其缺点：一是在输电塔加工好后，还要多一道镀锌工序，需要投入大量的人力、物力；二是由于不同材料所含杂质不一样，热镀锌后色差较大，影响外形美观；三是对镀锌进行酸洗，会污染环境；四是热镀锌需要500摄氏度左右的高温，消耗大量的热能；五是镀锌的杆件在运输、组装过程中容易出现局部锌层破坏。而耐候钢具有较强的防腐性能，避免了上述需要热镀锌防腐的不利因素。因此，性能良好的耐候钢在输电塔上使用有巨大的潜力。
·特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高要求。为了使输电塔更加经济、合理，钢材强度就必须大幅度提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高强度钢材。
目前，我国正在加强电网建设，推进全国联网，准备进行电网特高压升级，将建设1000千伏交流特高压输电线路、±800千伏直流特高压输电线路。在日前举行的第二届中国国际钢结构大会上，华北电力设计院设计总工程师廖宗高认为，电网建设步伐加快和电网向特高压升级为输电塔钢结构营造了巨大的需求市场，同时也对输电塔用钢材的品种和规格提出了更广要求。
特高压输电线路将成为电网建设重点
据廖宗高介绍，近期我国电网发展的目标及重点是在继续安排好农网、城网建设的同时，集中力量做好以下工作：一是抓紧建设北、中、南3个输电通道，形成西电东送的基本格局；二是重点发展跨省、跨地区输电线路，积极推进区域电网互联和全国联网进程。
“十五”期间，我国电网将新增330千伏以上交流线路约2.87万公里，钢材用量约103万吨；将新增直流线路约3100公里，钢材用量约13万吨；将新增变电容量约1.32亿千伏安，钢材用量约8.4万吨。“十五”期间，电网建设预计年均需求钢材25万吨。“十一五”期间，电网建设将新增交流线路约2.2万公里，钢材用量约80万吨；将新增直流线路约2180公里，钢材用量约9万吨；将新增变电容量约1.56亿千伏安，钢材用量约10万吨。“十一五”期间，电网建设预计年均需求钢材约18万吨。“十二五”期间，电网建设将新增交流线路1.32万公里，钢材用量约48万吨；将新增直流线路约1.22万公里，钢材用量约52万吨；将新增变电容量约1.48亿千伏安，钢材用量约9.5万吨。“十二五”期间，电网建设预计年均需求钢材约20万吨。
以上只是列出了330千伏级以上输变电工程钢材的大致用量，其约占110千伏及以上输电线路钢材用量的30%左右。2005年、2010年、2015年，我国330千伏以上线路长度将分别达到7.09万公里、9.51万公里、12.05万公里，线路长度将处于世界领先地位。
此外据悉，目前我国正在开展1000千伏特高压输电线路的规划研究工作，今年年底将开工建设1000千伏特高压输电线路示范工程，到2020年为满足“全国联网、西电东送、南北互供”的需要，将在南北方向构建多回路百万级特高压输电线路大通道。1000千伏输电塔比现在的塔重将发生质的变化，塔重将增加4~5倍，单回路单基塔重将达到50吨~100吨，双回路单基塔重将达到100吨~250吨。同时，国内开展的另一个科研项目是：结合金沙江水电外送±800直流特高压输电工程研究，将在2015年前后建成7200多公里特高压直流输电线路工程，特高压直流输电塔单基重约为30吨~90吨，大约是现在直流输电塔的2~2.5倍。
电网升级带动输电塔用钢快速发展
廖宗高介绍，到2004年底，全国110千伏及以上输电线路长度约为50万公里，其中500千伏线路长度达5万公里，330千伏线路长度达1.2万公里，220千伏线路长度达17万公里，110千伏线路长度达26万公里，±500千伏直流线路5条、长度达0.5万公里，输电线路总长度居世界第二，钢材总用量达1000多万吨。
在我国电网建设的过程中，输电塔得到了前所未有的发展，从早期的以木材为主要材料，发展到现在以钢材为主要材料；塔重从单机重量1吨~2吨，发展到现在的最大单机塔重3980吨；塔高从几米发展到我国2004年10月建成投产的世界输电第一高塔——江阴长江大跨越塔，塔高达到346.5米。目前正在设计研究的国内最高输电塔是浙江舟山与内陆联网跨海工程跨越塔、塔高约370米，单机塔重5000多吨。
钢铁行业的快速发展和钢结构设计标准的不断完善，也让铁塔设计人员扩展了思路。近几年来，设计人员设计出了许多新的塔型，有为了减少线路走廊宽度的紧凑型塔，有跨越大江大河的大跨越塔，有线路在城效附近与城市环境相协调的钢管塔等，充分体现了钢结构在输电塔的广泛运用。
我国输电塔一般采用角钢塔（塔高约20米~70米），而输电高塔（一般在100米以上）多采用组合角钢塔或钢管塔。20世纪70年代至80年代由于钢材紧缺，有些输电高塔也采用了钢筋混凝土塔。到目前为止，我国220千伏及以上高塔有48处，共96座，其中组合角钢结构32座、钢管结构46座、混凝土结构18座。
随着电网不断升级，输电塔杆件断面也由简单到复杂，尤其现在随着同塔多回路工程、大截面工程的建设，杆塔载荷越来越大，杆件断面已由单角钢发展到双拼角钢、四拼角钢、格构式、钢管。输电塔钢材的材质，现在基本上都采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700中规定的Q235、《低合金高强度结构钢》GB/T1591中规定的Q345。少量有特殊要求的杆塔，也采用进口钢材，如220千伏汕头港湾大跨越塔采用了进口的250毫米*25毫米、250毫米*35毫米大规格角钢；江阴长江大跨越塔主材每个分肢用厚65毫米、宽500毫米的钢板焊成十字型断面，然后由4个十字型断面组成格构式柱，钢材采用从英国进口的高强度钢。
输电塔用钢供货存在的问题
廖宗高认为，我国输电塔之所以能够得到空前的发展，其中一个主要原因就在于国际及我国钢铁行业的快速发展为输电塔提供了优良材料。但他同时也认为，目前国产钢材在输电铁塔中的应用还存在一些问题。
我国输电塔钢材的材质目前仍停留在Q235、Q345低强度钢材阶段，与国际上其他国家还存在一定差距。尤其是特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高要求。为了使输电塔建造经济、合理，钢材强度就必须大幅提高，需要使用Q390、Q420、Q460等高强度钢材。我国《钢结构设计规范》GB50017-2003已正式将Q390、Q420列入可造材料范围，《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94中列入了Q460钢材，这些新品种的强度与国际水平基本接近。我国750千伏输电塔，尝试采用了Q420高强度钢材，塔重降低了15%，取得了较大的经济效益。但是，国产钢材在供货保障、规格方面仍不理想，电力行业希望市场上有货源充足、规格齐全的Q390、Q420钢供设计选用。同时《钢结构设计规范》也应尽快将Q460列入可造材料范围。这些高强度钢材品种的广泛应用，将会促进我国输电塔设计水平的提高。
在角钢规格方面，角钢表内的规格从40毫米*3毫米到200毫米*24毫米达70多种，但国内市场往往有很多规格的角钢产品是买不到的，加工时经常发生以大规格代替小规格的情况，导致塔重增加。我国角钢最大规格为200毫米*24毫米，国际上角钢规格最大为250毫米*35毫米，我国在建造一些受力大的输电塔过程中，当单角钢200毫米*24毫米满足不了受力要求时，就只能采用组合角钢，致使输电塔构造复杂化，还要增加许多辅助材料，导致塔重增加。电力行业非常希望我国钢厂也能提供大规格角钢。
输电塔塔身交叉斜材在平面外和平面内的长细比有较大的差别，最经济选材应该配置不等边角钢，并可降低输电塔重量。我国有不等边角钢规格表，但是厂商基本没有供货。希望钢厂能提供不等边角钢，使输电塔设计更经济、更合理。
输电塔连接方式常用焊接连接和螺栓连接。在螺柱连接方面，我国目前主要采用5.8级、6.8级强度较低的螺栓。随着输电塔的规模扩大，构件受力越来越大，单靠增加螺栓数量的办法，很不经济、合理，在输电塔上使用高强度螺栓十分必要。如何使高强度螺栓热镀锌后保持良好的力学特性，值得冶金企业进一步研究。随着电网建设的升级，高强度螺栓的使用势在必行，并将有较大的市场需求。
此外，输电塔长期处于外露环境，需要采取耐腐处理。目前，国内外采用的主要措施是热镀锌防腐，其防腐效果较好，但也有其缺点：一是在输电塔加工好后，还要多一道镀锌工序，需要投入大量的人力、物力；二是由于不同材料所含杂质不一样，热镀锌后色差较大，影响外形美观；三是对镀锌进行酸洗，会污染环境；四是热镀锌需要500摄氏度左右的高温，消耗大量的热能；五是镀锌的杆件在运输、组装过程中容易出现局部锌层破坏。而耐候钢具有较强的防腐性能，避免了上述需要热镀锌防腐的不利因素。因此，性能良好的耐候钢在输电塔上使用有巨大的潜力。
