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电力线路杆塔倾斜的原因分析

发表时间：2021/5/20 来源：《基层建设》2020年第35期作者：柴玉龙刘鲁芳赵凯付桂红

[导读] 摘要：近年来，国民经济及城乡居民生活水平发展迅猛，用电量快速增长，电网改造投入资金较多，新建、改造的电力线路也较多，但是经常出现电力线路投运时间不长，即有不少杆塔倾斜的现象，严重影响电网的安全运行，让人痛心。

        国网东营市东营区供电公司山东东营 257000
        摘要：近年来，国民经济及城乡居民生活水平发展迅猛，用电量快速增长，电网改造投入资金较多，新建、改造的电力线路也较多，但是经常出现电力线路投运时间不长，即有不少杆塔倾斜的现象，严重影响电网的安全运行，让人痛心。笔者通过对杆塔倾斜的原因进行调查研究，分析出以下主要原因，并提出改进的措施。
        关键词：电力线路；杆塔倾斜；原因分析
        引言
        输电线路杆塔是承载电网安全运行的重要基础设施，受杆塔基础开裂、滑动、沉降以及导线应力不均衡的影响，杆塔易发生变形与倾斜。杆塔的倾斜现象将导致导线应力以及电气设备安全距离的改变，情况严重时电网将发生跳闸、断线以及倒塔等安全事故，造成巨大的经济损失和安全威胁。在输电线路运行维护工作中，如何解决杆塔倾斜及时、准确的检测问题一直是运维工作人员的关注重点。目前，现行的解决方案两种，一是人工巡检方式，通过人工携带测量仪器的方式进行实地测量，作业繁琐，工作量大；二是在线监测方式，通过在杆塔上加装监测装置的方式，实现了对杆塔倾斜的实时检测，但是需要在每一阶杆塔上安装监测设备，设备成本高，同时监测设备的供电、通讯以及维护也是电网运维的工作难点。
        1杆塔倾斜最主要的原因
        1.1回填土分层夯实不合格
        规程规定杆塔基坑回填土应每20-30cm分层夯实，施工方为了节省人工，追求更大利润，回填土每层经常达到50cm，遇到卡盘、地盘时，回填土回填的不均匀，存在死角空隙。按照杆塔施工规程，回填时应该全面打夯，砸实回填土，但是，实际工程中普遍存在打夯面覆盖不全，打夯强度不够，造成回填土夯不实，夯不透。更有甚者从底到顶整个回填过程根本不分层、不打夯。
        1.2下沉盆地是随着工作面的推进逐步形成的
        工作面从切眼向前推进，首先直接顶垮落，接着老顶无法承受上覆岩层的压应力，发生垮落下沉，沉降传递到地面，地表形成裂缝，裂缝一侧开始倾斜下沉，形成下沉盆地的边缘。随着工作面的推进，采空区面积不断增大，地面影响范围逐渐加大，下沉盆地也逐渐扩大，形成下沉盆地的盆底区。工作面继续推进到保安煤柱，上覆岩层受保安煤柱的支撑力，其产生的下沉应力不足以发生破断，地应力形成新的平衡，地面不再下沉，到达下沉盆地的边缘区，最终形成一个完整的下沉盆地，其大小与上覆岩层岩性、工作面采高、地表面地貌特征等有关。
        1.3冻土未破碎即回填
        在北方冬天开展输配电线路工程施工时，如果不是即时开挖即时回填，很容易形成冻土。一旦形成冻土，其硬度非常高，会给回填土造成难度。按照电力线路施工规程，必须先把冻土破碎，才可以回填。但尤为普遍，据不完全统计，该原因占杆塔倾斜总数的31%。
        1.4余土堆放不合格
        按照文明施工要求，分层夯实后剩余土方应该平整均匀地堆放在杆塔基坑上面，等待日久天长，土壤自然均匀沉降。实际施工现场，回填土时已是工程收尾阶段，相关监督人员容易忽视缺位，施工人员回填土堆放的不平整，不对称，不均衡经常发生，甚至未填满基坑，即基坑地坪还没有原地面高就停止回填了，剩余土方散落在田地里。这样就造成杆塔埋设深度达不到设计要求，特别是杆塔基坑回填土自然沉降后低于原地面时，杆塔有效埋设深度减小，杆塔抗倾覆力矩减少，天长日久杆塔倾斜。以上现象还造成田地高低不平，百姓耕作不方便，影响电网企业形象，更有甚者发生投诉事件导致日后再从此地维护、施工都非常困难。
        1.5剩余土壤堆放不规范、不整齐
        按照民用建筑单元的要求，根据分层方案，剩馀的土地应对称地堆叠在火山口坑上方，时间要长，而且要自然下降。施工现场是施工过程的最后阶段，有关主管部门忽视了空缺，大部分是不公平、不对称的，即使坑内没有填土，剩下的土落在田里。这导致杆的深度达不到设计要求，特别是当杆底板在重新接地后跌至现有地面以下时，从而大大降低了杆的深度，降低了杆的阻力力矩，并使今后的杆倾斜。这也导致耕地不足，群众农业不好，运营公司受损，更多的抱怨，如果不能解决的话，容易产生矛盾，使得多年来群众田里的工作更加困难。
        2云输电线路杆塔倾斜检测方法
        杆塔塔形是影响点云数据进行杆塔倾斜检测的主要因素，输电线路杆塔按形状可分为干字塔、酒杯型以及鼓型塔等多种类型。为了增强本文算法的普遍适用性，本文在考虑杆塔塔形因素的基础上，进一步考虑点云密度、杆塔高低腿两种因素，列举以下三种杆塔点云实例进行杆塔结构分析，如下图所示：

        杆塔整体可分为塔头、塔身、塔脚三部分，由图1可以看出，各类型杆塔塔身部分统一表现为四棱塔结构，其中轴线与杆塔整体的中轴线重合，而塔头、塔脚部分由于横担、高低脚的存在，其空间结构并不严格对称。下图为上述杆塔塔脚、塔身、塔头部分沿高程方向上分层俯瞰图，分层厚度为1米。
        3工作原理输电杆塔状态
        监测系统的硬件主要由监测装置和北斗基准站组成，监测装置由供电模块、微控制器模块、北斗定位系统、通信电路模块、数据采集与存储部件组成。监测装置安装在输电杆塔上，选择高能电池和太阳能光伏板共同为监测装置供电，保证装置供电的可靠性。北斗定位系统包括北斗天线和北斗板卡，定位效果直接关系到整个系统的性能。在围绕北斗定位技术展开研究时，主要以北斗载波相位差分定位技术为核心。当北斗接收机工作时，接收从基准站发来的观测信息以及基准站自身的位置信息，再依据自身的观测信息进行定位，从而提高定位的准确度。
        4其他关键施工工序未严格执行规程
        4.1立塔前基础未进行预偏
        未预拉伸拐角接缝、终端的前底面，导致在线框设置完毕后，当应用线应力时，杆向内部拐角倾斜。角、末端在感应配线电压下，杆会产生朝向内部角的倾斜角度，这是不可避免的。为了消除这种倾向，我们通常在拐角处，在末端塔的前面进行干预，其基础通常称为前瞻。如果两个坡度相互平衡，则它们不会倾斜。因此，塔基础设施的最后一个操作是用经纬仪或水平仪器平整底座，角点、端面塔的内侧应高于外值（1-2厘米），或者，如果内外地基相等，塔的内侧可以有厚度的内密封或偏差。此过程是角塔（末端载荷）的正向偏移。
        4.2施工人员经常在该关键工序出现错误，造成转角、终端杆塔倾斜。
        基础安全系数不足耐张杆、终端杆垂直荷载比直线杆大的多，一般要配底盘，否则耐压力不够，电杆下沉，必然造成电杆倾斜。选用卡盘、底盘及埋深时均应该参考典型设计并应用具体工程的实际情况进行校验，不得低于规程规定的安全系数。特别是当前线路绝缘化改造治理时，改造后的线径变粗，风荷载变大，导线变重，垂直、水平荷载均变大，应对原线路杆塔的水平荷载及垂直荷载安全系数重新校核，如果满足要求可以仅更换导线，否则应对杆塔一同进行改造。
        结束语
        杆塔沉降倾斜监测装置主要采用北斗载波相位观测技术，通过差分定位和倾斜角数据的计算，对输电杆塔沉降、位移、倾斜等异常状态进行实时监测，提升了输电杆塔沉降倾斜等异常状态的预警能力，有力支撑电力系统运行的安全稳定运行。
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