厦门220kV李西线台风倒塔分析研究

池金明 郑家松 翁兰溪 鄢庆锰 尹元 郑凤林 李扬森 江能明

（1中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司2国网福建省电力有限公司 福建福州 350003）

2016年9月15日凌晨2点左右，1614号台风莫兰蒂正式登陆厦门，为建国以来登陆闽南的最强台风，中心附近最大风力17级。五缘湾大桥实测阵风达64.2m/s，平均风49.6m/s，远超出厦门地区历100年一遇风速值。本文结合220kV厦李线莫兰蒂台风倒杆事故情况，分析台风荷载特性，旨在提高台风频发地区输电线路抵御台风灾害的能力。

1 研究对象

莫兰蒂台风造成李西线 #3、#5～#9、#21、#22、#27 倒塔以及相应导线、地线、光缆破断。经现场实地核实，#3、#21、#27直线塔猫头曲臂位置主材失稳破坏；#5塔腿位置主材采用外包角钢连接，连接位置包角钢断裂，塔腿附近斜材严重扭曲破坏；其余5基塔发生铁塔整体破坏，铁塔主材和身部斜材均有不同程度失稳破坏。倒塔或塔头失稳方向大致沿垂直线路方向，与台风行径方向一致，详见图1、表1。

表1 220kV李西线路受损统计表

李西线受损塔型分别为ZM1、ZM2，采用扁塔设计 （见表2），执行标准 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（SDGJ94-1990），重现期 15 年，设计风速 35m/s（15 年一遇，离地高度15m）。塔身主材材质16Mn钢或Q235钢，其他角钢构件材质Q235钢。

表2 ZM1、ZM2原设计使用条件

2 气象条件论证

通过对我省气象部门的资料收集，此次台风“莫兰蒂”登陆厦门时风力强度为15级（50m/s），阵风最大达到17级（70m/s）。从倒塔周边的气象站探测情况看，6个探测站在台风登陆期间（15 日 3∶00-6∶00），测得极大风速（3s平均值）基本在 40m/s以上，10min平均最大风速达到了20m/s左右。特别强调的是，在距220kV李西线倒塔最近的杏林站，在4∶00-5∶00测得的极大风速（3s平均风速最大值）为46.8m/s，10min平均风速最大值达到了24.3m/s，2min平均最大风速值达到了30.4m/s。图2为李西线塔位与台风路径示意图。倒塔周边气象站探测数据见表3。

表3 倒塔周边气象站探测数据 m/s

3 杆塔应力分析

根据上节的论述，在距220kV李西线倒塔最近的杏林站，在4∶00-5∶00测得的极大风速为46.8m/s。选择ZM2猫头塔，分别以设计风速35m/s、风速最大值46.8m/s进行有限元分析。

分析表明：正常大风（35m/s）情况下，构件应力比都小于100%，满足正常使用。在台风42.9m/s风速下，杆塔塔身多段主材满应力超限，主要分布在塔头顶部、变坡处和塔腿隔面附近位置。3者为全塔杆件最薄弱位置，在强台风作用下，将最先发生屈服破坏，从而引发其他相连构件连续屈服。该结论与现场倒塔屈曲或塔头局部破坏情况是一致的。大风工况下杆件应力图见图3。

4 线路抗风抢修

“莫兰蒂”强台风造成厦门市杆塔事故共有27基，破坏形态包括杆塔倾倒、塔头变形和横担弯曲等。传统的现浇基础无法在短时间内满足抢修需求，装配式基础在工期、经济、人员等方面可发挥很好的作用。

装配式基础以其工厂预制、现场装配的特点可实现输电线路杆塔基础工厂化加工，减少现场人工作业量和作业工序，适用于缺水或现场浇注混凝土困难等地区，有利于机械化施工，可促进输电线路全过程机械化施工体系中的基础建设，提高输电线路建设技术水平，降低全寿命周期成本。对于输电线路紧急抢修工程，建议优先考虑装配式基础。图4为李西线#7杆塔装配式基础施工现场。

5 结论

（1）李西线 ZM1/ZM2 铁塔采用扁塔设计，刚度分布不均，抗风过载能力较低，在强台风作用下易发生整体倒塔屈服或塔头局部破坏。

（2）对于福建沿海已建铁塔可适当增加铁塔头部及变坡处刚度，提高铁塔抗台风能力。

（3）装配式基础在经济性、工期、人员等方面可发挥很好的作用，建议在今后电力输电线路紧急抢修中采用装配式基础。