输电铁塔用钢现状

输电线路铁塔结构及用钢要求

输电杆塔是支承架空输电线路导线和地线，并使它们之间以及与大地之间的距离在各种可能的大气环境下，符合电气绝缘安全和工频电磁场限制的杆形和塔形的构筑物。

330kV以上线路的杆塔主要是铁塔，采用格构式空间桁架结构，包括角钢塔架（见图1）、钢管塔架（见图2）、钢管角钢组合塔架（见图3）等。330kV以下线路主要应用钢管杆，近年来为美化城市景观，在城网超高压线路包括500kV中也有使用。

输电铁塔钢构件主要采用螺栓连接和焊接两种方式连接。构件的原材料包括热轧等边角钢、钢管（无缝管、焊管）、钢板（连接板；冷弯焊接成圆管、多棱管等）、钢坯（锻造法兰用）等。

钢材材质应根据结构的重要性、结构形式、连接方式、钢材厚度和结构所处的环境及气温等条件进行合理选择。一般采用Q235、Q345、Q390和Q420，有条件时也采用Q460。钢材的质量应分别符合现行国家标准GB/T 700《碳素结构钢》和GB/T 1591《低合金结构钢》的规定。所有杆塔的钢材均应满足不低于B级钢的质量要求。当结构工作温度不高于－40℃时，Q235、Q345、Q390焊接构件和Q420钢材质量等级应满足不低于C级钢的质量要求，Q460钢材质量等级应满足不低于D级钢的质量要求，螺栓孔宜采用钻孔工艺。

一般采用4.8、5.8、6.8、8.8级热浸镀锌螺栓，有条件时也使用10.9级螺栓，其材质和机械特性应分别符合现行国家标准GB/T 3098.1《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》和GB/T 3098.2《紧固件机械性能螺母 粗牙螺纹》的有关规定。

2我国输电铁塔用钢发展历程

2005年以前，我国输电铁塔用钢牌号主要是Q235和Q345。近年来，随着输电线路输送容量的不断提高，同塔双（多回）架设、大截面导线等新技术的逐渐应用，加之线路沿线气象、地理条件日趋复杂，导致输电铁塔承受的荷载不断提高。在这种情况下，采用传统的Q235和Q345热轧角钢，已经难以在技术上或者经济上满足电网建设的需要。

为了进一步提高输电铁塔承载能力，从铁塔用材的强度、规格、截面型式等方面寻求解决方案，主要体现在三个方面：一是提高材料的强度级别，如推广应用Q420、Q460高强钢（角钢或钢管）；二是加大材料规格，如在角钢塔中使用组合角钢或肢宽200mm以上的大规格角钢；三是优化杆塔结构，如推广应用以圆截面钢管为主的格构式钢管塔。具体采用哪种强度级别、采用角钢还是钢管，需要根据工程设计要求进行综合技术经济比较，择优选取。

输电铁塔的用钢变化历程，大致分为以下几个阶段：

（1）2005年以前，主要采用Q235和Q345热轧角钢；

（2）2005年，开始应用Q420热轧角钢。首次试点应用于官亭-兰州东750kV试验示范工程。此后逐渐推广应用，代表性工程如晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程，Q420高强钢用量约3.3万吨，占总塔重的34.7%，节省工程造价约2000万元；向家坝-上海±800kV特高压直流示范工程应用Q420高强钢约8万吨。Q460强度级别的角钢塔也得到一定应用，但与Q420相比用量不大。

（3）2009年，推广应用钢管塔，材料强度以Q345为主。据不完全统计，2010年以来国家电网公司110（66）kV及以上线路工程应用钢管塔近50万吨。代表性工程如皖电东送淮南至上海1000kV特高压交流输电示范工程，应用钢管塔25.7万吨。此外，采用Q420、Q460的高强钢管塔也有少量应用。

（4）2010年，应用肢宽220mm和250mm的大规格热轧角钢（Q345、Q420）。首次试点于锦屏-苏南±800kV特高压直流工程，应用大规格角钢约6000万吨。此后逐渐推广应用，代表性工程如溪洛渡-浙西±800kV特高压直流线路工程，应用大规格角钢约5.5万吨，占总塔重的17.2%；哈密-郑州±800kV特高压直流线路工程，应用大规格角钢约3.31万吨，占全线总塔重的12.7%。

根据理论分析及工程应用测算，输电铁塔采用新的钢材（强度、规格、截面）后，具有如下经济性指标：

（1）相对于Q345角钢，使用Q420角钢可减轻塔重6%～8%，节省整体造价2%～6%；使用Q460角钢可减轻塔重8%～12%，节省整体造价5%～8%。如果再采用Q420大规格角钢取代常规角钢，可进一步平均减轻塔重4%左右。

（2）采用钢管作为主要受力构件，与角钢塔相比，可减轻塔重15%～20%，甚至30%以上，节省基础砼量20%左右。若将高强钢应用到钢管塔中，与Q345钢管相比，采用Q420高强钢管可减轻塔重4%～12%；采用Q460高强钢管可减轻塔重6～15%。

可以看出，输电铁塔采用新材料后的经济效益以及由此在节约土地、节能减排等方面产生的社会效益，均为显著。

3我国输电铁塔用钢新需求

结合未来输电线路的发展要求以及输电铁塔的结构特点、受力特性、运行环境等，对我国输电线路铁塔的用钢提出如下需求及建议：

（1）国内特高压工程目前进入大规模建设阶段，2015年之前将建成4.3万公里特高压线路（将建设特高压交流线路2.4万公里，直流线路1.9万公里。）考虑塔型塔重的因素，预计需要铁塔用钢不低于600万吨。特高压直流线路主要采用角钢塔，用量在200万吨以上。

（2）目前铁塔结构以大代小现象普遍，导致塔重增加。希望执行现有标准，增加热轧角钢的规格系列、品种（如不等边角钢），并稳定、改善其性能（强度、焊接、镀锌、-40℃低温、表面质量等），尤其是对于Q420高强钢。

（3）肢宽300系列角钢的承载力基本与220系列双组合角钢相当，采用单角钢可以代替220×24及以下规格的双组合结构，提高铁塔的安全性及经济性。希望研究开发250mm-300mm肢宽的高强角钢。

（4）输电塔长期外露于大气环境，需要采取防腐处理。目前国内外采用的主要措施是热镀锌防腐，但成本较高而且对环境污染大。希望研究开发适用于输电线路特点的耐大气腐蚀钢（海洋性气候、酸性气候、热带气候）。

（5）希望严格控制热轧角钢的负偏差。国家电网公司要求：塔材最大负公差控制在国家标准的50%以内，每批铁塔交货后抽样检测在此范围内的负公差不得超过全部抽样产品的50%。南方电网公司严格要求不得有负偏差。