实践激发创新,创新提升效益——记QC活动成果新型绝缘横担塔在特高压直流输电线路工程中的首次应用
题记:中国能建中电工程中南院送电土建QC小组《宁东~绍兴±800千伏特高压直流输电新型绝缘横担塔的研制》继获得“湖北省工程建设(勘察设计)优秀QC小组”称号后,又在2016年度国家工程建设(勘察设计)QC成果评选过程中,获得优秀QC小组二等奖。
6个月的QC活动,180天的夜以继日,QC小组成员严格按照PDCA循环,研制出一种特高压直流输电新型绝缘横担塔;创造性使用了绝缘材料制作铁塔横担,取消了传统的绝缘子串;在国内首次使用转动横担,成功减小铁塔外荷载。与相同使用条件下的角钢塔相比,QC活动所采用的新型绝缘横担塔塔重降低16.2%,基础混凝土减小53.2%,本体造价降低22.5%,经济效益明显,圆满完成QC活动预期目标。此外,小组成员在QC活动中,发表科技论文一篇,申请发明专利一项,并将设计图纸标准化,为后续工程提供了技术参考。
目前,该项QC活动成果成功应用于宁东~绍兴±800千伏特高压直流输电工程,是该项技术在特高压直流输电线路工程领域中的首次应用,虽然目前只运用了一基新型绝缘横担塔,但却是将技术创新成果成功应用于工程实践的又一范例,为在后续特高压输电线路工程中广泛推广使用,起到了良好的指导意义和示范效应。
在实际工程中,发现问题
宁东~绍兴±800千伏特高压直流输电工程,作为当年在建电压等级最高的直流输电项目, 是党中央和国务院确定的大气污染防治行动计划12条重点输电通道之一,是国家“十二五”“西电东送”规划的重点工程,该工程将满足绍兴地区经济和社会发展的长远电力需求,有利于优化区域资源配置。为建设绿色电网工程,国家电网公司要求:在满足规范和保证安全的前提下,在实际工程中,采用新技术,降低塔重,减轻碳排放量,节约工程造价。
为了实现上述目标,国家电网公司委托中南院攻关解决这一难题。中南院送电土建QC小组承担起这一任务,积极探索,试图从新技术、新材料中去寻找问题的答案。
在探索与思考中,找准“方向”
特高压直流输电塔具有外荷载大、绝缘子串长、铁塔外形轮廓尺寸大的特点。这些都是制约特高压铁塔经济性指标的关键性因素。
如何减小铁塔外荷载?输电铁塔外荷载主要由导线自重、水平线条荷载以及纵向荷载。导线自重与输电容量息息相关,特高压直流输电工程电力输送容量大,导线自重无法减小;水平线条荷载由自然大风引起,大风无法控制,因而这部分荷载无法减小;纵向张力荷载是由导线不平衡张力引起,如果让横担“转动起来”,就可以释放纵向的不平衡力,让铁塔真正实现“减负”。
如何减小绝缘子串长?随着电压等级的提高,绝缘子串逐渐变长,特高压输电工程“串长”尤为明显。为了解决这一问题,QC小组通过让横担具有绝缘性能,并直接悬挂导线,从而取消绝缘子串。这项改变,不仅可以节约成本,更能让输电塔变得轻盈,一举两得。
如何减小铁塔外轮廓尺寸?绝缘横担需要满足最小绝缘长度的要求。如果采用传统的水平布置型式,会导致横担变长,线路走廊变宽,增加拆迁、征地等工程费用。如果创造性地采用上翘布置方案,使输电塔塔头呈“菱形”状,则可以在满足最小绝缘长度要求的前提下,尽可能缩短横担的长度,减小线路走廊宽度,最大程度降低对社会环境和自然环境的影响。
通过反复讨论与研究,送电土建QC小组最终决定选择《研制一种特高压直流输电新型绝缘横担塔》作为本次QC活动的课题,并将活动目标设为:减小铁塔外荷载,降低塔重10%以上。
在凝聚团队中,解决问题
送电土建QC小组由老中青三代人组成,成员之间分工明确,各司其责,遇到难题,小组成员会充分发挥团队的力量,运用头脑风暴法,一起寻找解决方案。
为了使输电塔横担具有绝缘性能,必须选择合适的绝缘材料。小组成员通过深入厂家调研,综合比较各种绝缘材料的绝缘性能、强度性能、经济性等因素,最终决定选用玻璃纤维增强聚合物作为绝缘横担的组成材料。
新型绝缘横担塔能否研制成功,关键在于如何解决绝缘横担与塔身的连接问题。连接节点不仅要满足受力强度的要求,更重要的是要能够实现横担的自由转动,使纵向荷载得到释放。
为此小组成员提出了3种方案:一是套筒+盖板方案;二是平板方案;三是球绞方案。在套筒+盖板方案中,横担支柱通过螺栓与耳板相连,耳板通过套筒固定于塔身中间,支柱可在耳板螺栓处上下转动,套筒可绕转动轴前后转动,盖板的存在,可以增强节点的整体刚度,此种方式受力清晰,可靠性能好。通过充分的比选、分析,QC小组决定采用套筒+盖板方案。目前该节点的设计方案已申请了发明专利。
“实践是检验真理的唯一标准”。为检验新研制的绝缘横担塔的转动性能和安全性能,QC小组在霸州特高压杆塔试验基地进行了1:1的真型塔试验研究。通过试验,新型绝缘横担塔的转动性和安全性满足要求,QC研究成果顺利通过了验证。
目前,QC活动成果新型绝缘横担塔在宁东~绍兴±800kV特高压直流输电工程中运行效果良好,获得了国家电网公司的高度赞扬。
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