中国输电塔钢结构现状及市场情况

1．输电塔的发展过程

新中国成立后，我国输变电工程建设取得了可喜的成就。1952年建设了新中国成立后的第一条220kV送电线路，开创了我国建设高压送电线路的历史篇章；1972年建设了第一条交流330kV超高压输变电工程，揭开了中国超高压输电的序幕；1981年建设了第一条500kV输电线路工程。尤其是改革开发以来，我国330kV及500kv(尤其是500kV)线路建设得到了迅猛发展。到2004年底，全国110kV及以上输电线路长度约为50万公里，其中500kV线路长度达5万公里、330kV线路长度达l．2万公里、220kV线路长度达17万公里，110kV线路长度达26万公里，±500kV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。

1．1 近十年来的输电线路增长情况

在短短10年时间内我国输电线路长度增加了一倍多。在电网建设的过程中，输电塔也得到了前所未有的发展，从早期的以木材为主要材料作为输电杆，到后来以钢筋水泥杆为主要材料作为输电塔，到现在的以钢材为主要材料作为输电塔；塔重从单基重量1~2吨，发展到现在最大单基塔重3980吨；塔高从几米发展到2004年10月建成投产的江阴段长江大跨越，塔高346．5米，是世界输电第一高塔。输电塔之所以能够得到空前的发展，离不开国际及我国钢铁产品的快速发展，为输电塔提供了优良材料。

1．2 我国近几年新设计的输电塔

随着钢铁工业的快速发展和钢结构设计标准的不断完善，为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、有线路走在城郊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20~70米)。对于输电高塔(一般在100米以上)，多采用组合角钢或钢管塔，70~80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220kV及以上高塔有48处，96座，其中组合角钢结构有32座(最高为500kV江阴长江大跨越，塔高346．5米，单基塔重3980吨)，钢管结构46座(最高为±500kV芜湖长江大跨越，塔高229．0米，单基塔重850吨)，混凝土结构18座(最高为500kV大胜关长江大跨越，塔高257．0米，单基砼用量4800立方米)。

1．3 输电塔的杆件断面形式

随着电网的不断升级，输电塔杆件断面也是由简单到复杂，早期的输塔，荷载小，使用单角钢就可以满足受力要求，现在，随着同塔多回路工程、大截面导线工程、大截面导线工程、大跨越工程的建设，杆塔荷载越来越大，杆件断面以由单角钢发展到双拼角钢、四拼角钢、格构式、钢管。

1．4 钢材材质

在输电塔钢材材质方面，基本上都采用现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700中规定的Q235、《低合金高强度结构钢》GB/T 1591中规定的Q345。对有特殊要求的杆塔，也有少量进口钢材。如220kV汕头港湾大跨越塔进口了250mm×25mm、250mm×35mm大规格角钢；江阴长江大跨越塔主材每个分肢用板厚65mm、宽500mm焊成十字型断面，然后，由4个十字型断面组成格构式柱，钢材是由英国进口的ASTM A572 Gr．65高强度钢。

2．电网的发展前景和输电塔钢材的需求

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、南三个输电通道，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330kV以上交流线路约2．87万公里，钢材用量约103万吨；直流线路约3100公里，钢材用量约13万吨；变电容量约1．32亿千伏安，钢材用量约8．4万吨。年均需求钢材约25万吨。

“十一五”期间电网新增交流线路约2．2万公里，钢材用量约80万吨；直流线路约2180公里，钢材用量约9万吨；变电容量约1．56亿千伏安，钢材用量约10万吨。年均需求钢材约18万吨。

“十二五”期间电网新增线路1．32万公里，钢材用量约48万吨；直流线路1．22万公里，钢材用量约52万吨；变电容量1．48亿千伏安，钢材用量约9．5万吨。年均需求钢材约18万吨。

值得说明的是：以上只是列出330kV及以上输变电工程钢材大致用量，其约占110kV及以上输电线路钢材用量的30％左右。

到2005年、2010年、2015年，330kV及以上线路长度将分别达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。

目前我国电网正在开展1000kV特高压输电线路的规划研究工作，2005年底将开工建设1000kV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百万级特高压输电线路大通道。1000kV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50~100吨，双回路单基塔重将达到100~250吨。

同时开展的另一个可研项目是：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，特高压直流输电塔大约是现在直流输电塔的2~2．5倍重(单基重约30~90吨)。

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，单基塔重5000多吨。由此可见，输电塔对钢材用量需求巨大，对钢材的品种和规格将提出更多的要求。

3．钢材供货的现状与存在的问题

3．1 在钢材强度方面

目前我国在输电塔钢材材质方面，仍停留在Q235、Q345低强度钢材方面，与国际上其他国家相比还存在一定的差距。具体情况见下表：

随着电网的升级，我国即将建设的1000kV交流、±800kV直流特高压输电线路工程，特高压输电塔在荷载上远大于现有输电塔，对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高的要求。为了使输电塔经济合理，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、Q429列入可选材料范围，《低合金高强度结构钢》GB／T 1591—94中提出了Q460钢材，这些新品种的强度与国际水平基本接近。我国高强度钢材屈服强度见下表：

我国750kV输电塔上，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。但在供货保障、规格方面很不理想。

希望市场上有充足、角钢规格齐全的Q390、Q420货源供设计选用。《钢结构设计规范》尽快将Q460列入可选材料范围。随着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。

3．2 角钢规格

在角钢规格方面，角钢表内的规格从40mm×3mm~200mm×24mm达70多种。从理论上讲，规格越多，所选规格就越经济。但市场往往上很多规格购买不到的，在加工时经常发生规格购买不到而以大代小的情况，导致塔重增加5％左右。

3．3 大规格角钢

在规格大小方面，我国最大角钢规格为200mm×24mm，国际上最大角钢规格为250mm×35mm。因此，对一些受力大的输电塔，当单角钢200mm×24mm满足不了受力要求时，就只能采用组合角钢。组合角钢在构造上不仅比单角钢复杂，且还要增加许多辅佐材料，导致塔重增加。希望我国钢厂也能提供大规格的角钢。

3．4 不等边角钢

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，长肢位于平面外，短肢位于平面内，可以使平面外和平面内的长细比基本相等。国外输电塔常采用不等边角钢，以降低输电塔的重量。我国有不等边角钢规格表，但市场上基本没有供货，希望钢厂能提供不等边角钢，使输电塔设计更经济更合理。

3．5 高强度螺栓

输电塔连接方式常采用焊接连接和螺栓连接。在螺栓连接方面，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，因此，输电塔上使用高强度螺栓十分必要。国外输电塔上已经使用了9．9级高强度螺栓。我国输电塔在使用8．8级、10．9级螺栓也作了一些尝试，但热镀锌后质量很不稳定，在施工过程中就发现氢脆破坏现象，因此，高强度螺栓在输电塔上没有广泛使用。如何使高强度螺栓热镀锌后保持良好的力学特性，值得进一步研究。随着电网建设的升级，高强度螺栓的使用是势在必行，对高强度螺栓有较大的需求。

3．6 钢结构规范限制

《钢结构设计规范》(GB50017—2003)第10．1．3条规定热加工管材和冷成型管材不应采用屈服强度超过345 N/mm²以及屈强比f_y/f_u >0．88的钢材，且钢管壁厚不宜大干25mm。由于这条规定的限制，导致我国钢管塔钢材只用Q245、Q345两种。从有关资料来看，美国独资上海维蒙特工业(中国)有限公司，采用ASTM A572GR65配方在上海宝钢生产的钢材屈服强度f_y超过345  N/mm²达450 N/mm²，广泛用于220kV线路钢管杆和500kV变电构架。日本的1000kV特高压线路铁塔主材就是采用钢材屈服强度f_y超过345 N/mm²达392 N/mm²的钢管，日本现行规范又将钢材屈服强度提高到440 N/mm²。

钢结构规范应在这方面做些研究，对此条限制进行修订。使高强度钢材在钢管塔可以应用，以便降低钢管塔塔重。

3．7 耐候钢应用

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，但热镀锌也有其不好的地方：①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；②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；③对镀锌件要进行酸洗，对环境有较大的影响；④热镀锌需要500度左右的高温，需要大量的热能；⑤镀锌好的杆件在运输、组装过程中容易出现局部锌层破坏。耐候钢本身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。(中国钢铁业）