“天鸽”台风造成断杆事故案例分析

“天鸽”台风造成断杆事故案例分析

文习鹤

江门电力设计院有限公司广东江门529000

摘要：天鸽台风对江门电网造成较大危害，导致部分杆塔出现倒塔情况，现就其中一例进行分析，弄清倒塔原因，为后续工作提供帮助。

关键词：台风；倒塔分析

1原线设计概况及标准

1.1设计概况

110kV康址线线路全长约31.982公里，共计113基杆塔，其中24基直线水泥杆，5基耐张水泥杆。现该段导线型号为LGJ-240/40钢芯铝绞线，地线为2根GJ-50镀锌钢绞线。

本期倒塔#101、#102段线路为2000年投产，运年年限接近17年。

1.2设计标准

根据本工程中倒塔段最初的建设投产时间为2000年8月，本次倒塔段涉及#99-#104线路的设计应执行《架空线路设计技术规程》（SDJ3-79），《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（SDGJ94-90）等设计技术标准。

根据运行资料，本线路设计基本风速采用离地面15m高15年一遇10分钟平均最大值为样本，设计基本风速取30m/s，折算至10m高30年一遇10分钟平均的最大设计风速约为28.1m/s。

本次台风发生倒塔的事故段为#99-#104，其杆塔明细表详见表1.1。

表1.1事故耐张段杆塔明细表

2.110kV康址线受损情况

2.1事故段概述

本次“天鸽”台风共造成110kV康址线#101、#102杆塔发生断杆。

事故杆塔位于距离台风中心约38.5km，该段线路处于丘陵地区，#101、#102杆均处于小山顶部，沿线海拔约为40～80米，其中#101海拔约为71米，#102海拔约为75米。事故杆塔距离台风中心位置图（距离台风中心约38.5km）

事故段线路卫星影像图详见下图

图2.1-1事故段线路卫星影像图

事故段每基杆塔的具体塔型、呼高及前后档距见表2.1-1。

表2.1-1事故杆塔电气参数明细表

2.2事故段风速值

本次“天鸽”台风中，广东省电力勘测设计院水文专业收集台风影响地区的国家气象站、自动气象站和海洋站风速观测资料，计算各气象站点位置理论风速，最终构建适用于“天鸽”台风杆塔分析的设计基本风速空间分布图，气象站监测数据及倒塔区域推算数据和风速空间布置图分别见表2.2、图2.2-1。

表2.2受损杆塔区域平面上的风速参考值（江门）

图2.2-1线路与气象台站、风速图相对位置关系

2.3事故段杆塔及导线受损情况

经现场实地核实，“天鸽”台风对110kV康址线造成的#101、#102水泥双杆断杆，其具有以下特点：（1）本次#101、#102断杆破坏点均位于线路前进方向的左侧杆，右侧杆完好；（2）双杆支撑横梁严重变形；（3）#101-#102档中3相导线全部断裂，2根地线未断裂。倒塔具体损毁情况见下图。

图2.3-1110kV康址线#101杆事故现场

图2.3-2线行与周边物关系图

3事故原因分析

3.1设计风速取值问题

根据本线路的设计风速采用离地面15m高15年一遇的10分钟平均最大值，线路基准风速取30m/s，换算至10m高30年一遇的10分钟平均的最大设计风速为28.11m/s。

根据广东省电力设计院完成的《台风“天鸽”气象分析报告》，本次康址线#101、#102塔位置线路所经区域10m高30年一遇的10分钟平均的最大设计风速为25m/s，换算至线路基准风速为26.68m/s（15米高基准）；按2014年9月发布的《南方电网沿海地区设计基本风速分布图（2016版）》（其中广东境内已考虑了沿海101个自动观测站及51个特种测风塔的统计数据），本线路所在区域的基本风速为29m/s及以下。详见下图：

“天鸽”台风期间最大风速分布图与南网沿海30年一遇风区图对比

根据以上资料，我院认为本线路原设计风速30m/s（15米高基准），折算为离地面10m高30年一遇10分钟的基本风速约为28.1m/s与风区分布图对应风速基本吻合，因此，原工程设计风速基本合理。

3.2线路周边环境对线路造成影响分析

本次“天鸽”台风共造成110kV康址线#101、#102倒杆杆塔位于鹤山市址山镇西侧约2km处，平行于址山镇紫云路北侧山顶走线，距离约250m，该段线路处于丘陵地区，#101、#102杆均处于小山顶部，#101～#102档中山谷存在江门市伊尔乐厨卫电器有限公司大范围厂房（约5万平方米），且存在大量铁皮屋顶，距离线行两侧较近，部分甚至存在线路下方。该厂在本次台风中受灾严重，大量厂房损毁，多处铁皮屋顶被风刮走，部分厂房倒塌。详见下图：

线行与疑似外物关系图

康址线线行与疑似外物关系图（事故大风断面）

根据倒塔事故发生后，江门供电局输电一所第一时间展开现场核查，发现导线断口位于厂区边缘，距离线路左侧6层建筑约几十米位置，且导线出现散股，导线钢芯被拉断迹象，断落的导线跌落至部分厂房顶部。根据现场观察情况发现，厂区内6层建筑物顶部棚屋损毁严重，大量铁皮四散吹落。该建筑物距离线路边导线水平距离仅约11米，垂直距离约为7米（按事故风速模拟断面）。

距附近厂区工人描述存在，台风过程中，线行附近在台风期间曾出现大量厂房建筑铁皮及其他材料飞落，事后踏查发现断口附近厂区及山坡出现大量类似杂物。因此，初步判定，在台风期间左侧6层建筑物顶部棚屋吹落的铁皮类建筑材料砸到线路导线，线路突然增飘挂物，导致线路横向风荷载突然增加，使水平横担撑杆受压失稳，水泥杆弯矩增大，超出极限抵抗弯矩而断杆，断杆同时导线瞬间受到巨大张力而导致断线。

3.3事故杆塔受力分析（原设计大风）

110kV康址线受损塔型为H8-15.6门式直线水泥杆，根据该塔型实际使用条件：导线：LGJ-240/40，地线：GJ-50

#101塔：水平档距为450m、垂直档距均取405m，代表档距取378m；

#102塔：水平档距为454m、垂直档距均取510m，代表档距取378m。

验算使用的主要规程规范和依据：

1、《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）；

2、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2002）

3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

4、H8-15.6加工图

验算使用的风速：28.1m/s（原设计风速30m/s，15米高基准）

使用PKPM进行结构建模，大风工况结果如下：

28.1m/s对应的基本风压W0=V2/1600=0.563KN/m2

Wx导线=α×W0×μz×μsc×βc×d导线×Lp×sin2θ=4.48KN

Wx导线=α×W0×μz×μsc×βc×d地线×Lp×sin2θ=1.73KN

Ws杆=W0×μz×μs×βz×Af=0.130KN

计算结果显示：

钢结构：构件最大强度应力比为0.20，最大稳定应力比为0.84。

水泥杆：Mmax=10.30KN-mNmax=45.94KN

根据上述计算结果表明，事故水泥双杆在原设计大风条件均能满足要求，因此不存在水泥双杆设计问题。

3.4事故杆塔受力分析（断杆反推）

据广东省电力设计院完成的《台风“天鸽”气象分析报告》，本次康址线#101、#102塔位置线路所经区域10m高30年一遇的10分钟平均的最大设计风速为25m/s，换算至线路基准风速为26.68m/s（15米高基准），按以上分析，如无特殊原因就应该不会出现断杆现象。现假设断杆为异物挂线所致，以26.68m/s线路基准风速对#102杆极限应承载力反推导线挂异物风荷载大小。

26.68m/s对应的基本风压W0=V2/1600=0.445KN/m2

Wx导线=α×W0×μz×μsc×βc×d导线×Lp×sin2θ=3.37KN

Wx导线=α×W0×μz×μsc×βc×d地线×Lp×sin2θ=1.37KN

Ws杆=W0×μz×μs×βz×Af=0.103KN

根据计算模型，当导线异物对#102杆的水平风载F>9.27-3.37=5.90KN时，H8型杆横担稳定应力将超限。

3.5线路临近塔位及临近线路的受损情况

根据台风“天鸽”及“帕卡”后，江门供电局输电一所对110kV康址线进行全线核查，线路本次110kV康址线#101、#102受损杆塔临近塔位及临近线路的铁塔运行情况具体如下：4.结论

1.根据本线路的设计风速采用离地面15m高30年一遇的10分钟平均最大值，线路基准风速取30m/s，换算至10m高30年一遇的10分钟平均的最大设计风速为28.1m/s。

根据广东省电力设计院完成的《台风“天鸽”气象分析报告》，本次康址线#101、#102塔位置线路所经区域10m高30年一遇的10分钟平均的最大风速为25m/s，换算至线路基准风速为26.68m/s（15米高基准）；按2014年9月发布的《南方电网沿海地区设计基本风速分布图（2014版）》（其中广东境内已考虑了沿海101个自动观测站及51个特种测风塔的统计数据），本线路所在区域的基本风速为29m/s及以下。

根据以上资料，我院认为本线路离地面10m高30年一遇10分钟的基本风速应采取29m/s，因此，原工程设计基本风速取值基本符合目前最新设计取值标准。

2、复核计算中，在工程设计风速30.0m/s（15米高基准）的正常大风工况下，钢结构构件最大强度应力比为0.20，最大稳定应力比为0.84。水泥杆最大弯矩Mmax=10.30KN-m<25.0KN-m，均能满足强度要求。而根据《台风“天鸽”输电设备受损气象分析报告》本次台风在康址线#101、#102塔位置换算至线路基准风速为26.68m/s（15米高基准），未超工程原设计风速30.0m/s（15米高基准）。经现场勘察，发现导线断口位于厂区边缘，距离线路左侧6层建筑约几十米位置，且导线出现散股，导线钢芯被拉断迹象，断落的导线跌落至部分厂房顶部。根据现场观察情况发现，厂区内6层建筑物顶部棚屋损毁严重，大量铁塔四散吹落。该建筑物距离线路边导线水平距离仅约11米，垂直距离约为7米。初步分析断杆原因为在风灾期间，部分铁皮棚屋顶被风刮起挂在导线上导致风荷载成倍增大至使#101、#102杆横担超载失稳变形，后致水泥杆受弯断裂、导线拉断。因此，我院认为台风期间导线突受外力是导致本次事故的根本原因。按现场勘察断杆形式，初步判断断杆顺序如下：

a.在左风作用下拉线⑤、拉线⑥受拉，拉线⑦、拉线⑧退出工作，门式杆③、④钢构件受压

b.当异物挂在左侧导线时，③号钢构件受压失稳退出工作

c.①号水泥杆在④号撑杆以上部分变为悬臂受力，受弯超限断裂

d.①号水泥杆断杆时导线瞬间向右移动，受到冲击荷载而导致断线

e.断线后②水泥杆在拉线⑤、拉线⑥的拉力作用下保持结构稳定体系

综合上所述，本次断杆主因为外力破坏所致。

3、为全面分析本次台风所引起的倒塔原因，相关单位组织选取了倒杆的内部钢筋及杆身强度进行抽样检测，开展材质和力学性能分析。目前试验正在进行，待检测结果出来后本报告再补充相关施工质量分析或评估。

参考文献：

[1]陈小伟.台风引起的500kV输电线路杆塔倒塔分析[J].福建建筑，2017（08）：99-102.

[2]江巳彦，潘春平，庄志伟，李敏生.广东沿海输电线路台风倒塔事故的分析探讨[J].南方能源建设，2016，3（S1）：82-87.