赵会先
云南送变电工程有限公司，云南 昆明 650051
摘要：对于输电线路来说，其主要设置于室外条件下，因此受到自然环境因素的影响更大。特别是对于其中的角钢塔结构来说，受到潮湿空气、降雨等的影响，极容易发生腐蚀问题，导致角钢塔整体使用年限下降。在这样的背景下，耐候钢作为一种耐大气腐蚀的结构钢受到了更多关注，并被逐步应用于输电线路角钢塔结构的设计中。
关键词：输电线路；钢塔结构；设计
1 耐候钢材的概述
1.1 材料简述
耐候钢（耐大气腐蚀钢）是一种介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢。相比普碳钢，耐候钢有着更强的耐腐蚀性，具体有：耐候钢的耐候性为普碳钢的2～8倍，涂装性为普碳钢的1.5～10倍。
1.2 耐候原理
耐候钢在锈层和基体之间可以产生一层致密和附着性很强的氧化层。该氧化层的稳定性强，可阻碍大气中氧和水向基体渗入，以此达到保护锈层下面的基体、减缓腐蚀速度的效果。
2 输电线路耐候钢角钢塔结构的设计要点分析
2.1 材料的合理选取
在设计输电线路中的角钢塔结构时，要重点关注耐候钢材料选取的参数合理性。此时，需关注的要点内容主要有：保证耐候钢材料的性能参数与输电线路建设地的大气条件相匹配，切实满足耐候钢腐蚀层厚度设计以及角钢塔结构使用年限（40年）设计的限值要求；确保选择的耐候钢材料强度达到国家及行业要求；重点考量其经济性，并保证相应原料在输电线路施工中可以充足供应。
一般来说，输电线路的角钢塔结构常被建设于周边环境相对恶劣的区域，即远离人烟的偏僻区域。因此，需要直接暴露在大气环境中应用。为了保证角钢塔结构的强度与使用年限，可以使用型号为SQ355NH的耐候钢材料，其主要化学成分与含量：碳元素的含量在0.15%左右；硅元素的含量在0.5%左右；锰元素的含量在1.6%左右；磷元素的含量不低于0.025%；硫元素的含量不低于0.01%；全铝量（酸溶铝、氧化铝）在0.06%左右。该型号的耐候钢材料满足角钢塔的建设标准。
2.2 耐候钢预留腐蚀厚度的确定
耐候钢的主要优势在于，其不需要进行涂装、镀锌处理就可以直接应用于输电线路角钢塔结构的建设中，且具备较高的防腐性能。需要注意的是，耐候钢材料的防腐性能主要与其天然形成的保护层厚度紧密相关。因此，在进行耐候钢角钢塔结构的设计中，必须要提前确定耐候钢的预留腐蚀厚度。在此过程中，应当重点参考输电线路角钢塔结构的设计使用年限完成确定。在我国《输电线路资产全寿命周期设计建设技术导则》中，明确提出输电线路角钢塔结构的设计使用年限与电压等级有关。
在美国的设计实践中，输电线路角钢塔结构的设计使用年限为50年，设定的耐候钢预留腐蚀厚度为0.167 mm，平均年腐蚀速率达到0.00334 mm；在日本的设计实践中，输电线路角钢塔结构的设计使用年限为50年，设定的耐候钢预留腐蚀厚度为0.14 mm，平均年腐蚀速率达到0.0028 mm。以设计使用年限为40年来算，受到生产规格的限制，应当将耐候钢预留腐蚀厚度控制在每面0.5 mm，使用年限为40年，此时的平均年腐蚀速度为0.013 mm。这样的设计能够满足我国多数地区环境对耐候钢性能的要求。
2.3 计算轴心受压构件的承载力
为了保证角钢塔结构的稳定性，必须在设计过程中对轴心受压构件进行承载力计算。轴心受压构件承载力计算的重点在于确定轴心受压构件的稳定系数，应根据构件的截面尺寸与形式、加工条件、不同工况下的残余应力等条件确定。
2.4 连接点区域的耐腐蚀设计
耐候钢的腐蚀主要与大气环境有关，影响大气腐蚀的因素主要为气候因素和环境污染因素。但是在输电线路实际的运行中，由于在角钢塔结构中的耐候钢与普通镀锌螺栓之间存在接触面，并形成电位差，极容易在两者之间产生电化学腐蚀现象。一般来说，这种电化学腐蚀在短时间内不会对输电线路中的角钢塔结构产生负面影响，但是在长时间运行的过程中，这种腐蚀不断积累，最终会引发角钢塔结构中连接点区域承载力下降。从某角钢塔在运行10年后镀锌螺栓的形貌，能够看出，与耐候钢材料发生直接接触的区域，包括镀锌螺栓头部、垫片的接触面等存在相对严重的腐蚀现象。
2.5 引入防雷接地设计
在传统的输电线路角钢塔结构中，一旦其中的杆塔结构或是避雷线遭受雷击，在杆塔自身的引导下，雷击电流会流入接地装置中。由于传统的角钢塔结构应用了镀锌钢作为杆塔身的材料，影响雷击电流形成的塔顶电位的主要因素为接地装置电阻。而对于耐候钢来说，其自身所具备的抗阻性能远强于镀锌钢材料，因此，在遭受雷击后，雷击电流无法通过杆塔本身导入接地装置中。换言之，在接地电阻大小相同的情况下，雷击电流在耐候钢角钢塔结构顶部所形成的电位远远高于传统的镀锌钢结构。此时，耐候钢角钢塔结构顶部的绝缘子更容易出现雷击反击闪络现象，产生雷击故障风险的概率更高。基于这样的情况，出于对输电线路耐候钢角钢塔结构质量与运行安全性的考量，在实际的结构设计中，需要引入防雷接地措施。可以在耐候钢角钢塔结构顶部设置防雷引流线，以此达到强化角钢塔结构防雷性能的效果。
3 试验验证
为了验证耐候钢角钢塔结构的承载力情况，笔者展开了试验验证。试验中，依托耐候钢完成了SJ4型耐张塔的设计与构建，并以此展开角钢塔结构的真型试验。具体操作有：设定八种不同的大风工况，进行耐候钢角钢塔结构的承载性能试验。
结果表明，该角钢塔结构在设置工况条件下均通过验证，表明承载性能较高；在超载工况达到116%的条件下，该角钢塔结构的塔腿区域最先出现弯曲失稳的现象，最终导致该角钢塔整体倒塌。总体来说，在输电线路设计中引入耐候钢角钢塔结构能够达到所需的承载力要求，相应结构有极高的应用与推广价值。
4 总结
综上所述，耐候钢材料的耐腐蚀性更强，能够延长输电线路角钢塔结构的使用年限。在设计中，依照使用年限为40年的要求，要将耐候钢预留腐蚀厚度控制在每面0.5 mm；应在耐候钢角钢塔构件连接点区域加设相同材料的紧固件；在耐候钢角钢塔结构顶部设置防雷引流线。验证试验结果表明，在输电线路设计中引入耐候钢角钢塔结构能够达到所需的承载力要求。
参考文献
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