走近大國工程 | 在云端"穿針引線"

鳳城至梅里500千伏輸變電工程長江大跨越施工現(xiàn)場，施工人員正在數(shù)百米高空架設(shè)越江導(dǎo)線。 圖片來源：視覺中國

施工人員在高空進行超高壓輸電線路跨江作業(yè)。 湯德宏 攝

385米高輸電鐵塔塔頂作業(yè)現(xiàn)場。湯德宏 攝

(相關(guān)資料圖)

工作人員正在進行高空導(dǎo)線施放作業(yè)。湯德宏 攝

坐落在長江之畔的江蘇省泰州市，自古有“鳳城”的美譽。從泰州向?qū)Π稑O目遠(yuǎn)眺，便是無錫。如今，隔江相對的兩個城市通過南北兩岸巍然矗立的兩座輸電塔更加緊密地連在了一起。

兩座輸電塔高385米，高度堪稱世界之最，塔頂銀白色的線纜跨過滾滾長江，接入對岸的高塔。通過這條“電力天路”，位于長江北岸的清潔能源生產(chǎn)基地與南岸的用電負(fù)荷中心得以連接，實現(xiàn)“北電南送”，可滿足用電負(fù)荷中心約800萬戶家庭的日常用電需求，為長三角地區(qū)電力供應(yīng)提供堅強保障，同時每年可減少二氧化碳排放1000萬噸。

這就是國家電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃重點項目，國內(nèi)規(guī)模最大的超高壓跨江輸變電工程、新能源跨江輸送通道——泰州鳳城至無錫梅里500千伏輸變電工程，也是江蘇境內(nèi)第六條穿越長江的高等級電力通道，線路總長178公里。

讓我們走近這一浩大工程的建設(shè)者，聽他們講述是如何在云端“穿針引線”、創(chuàng)造奇跡的。

385米超高塔隔江相望

創(chuàng)造塔高、抱桿高度等輸電領(lǐng)域五項世界紀(jì)錄

在鳳城至梅里500千伏輸變電工程中，“長江大跨越”是關(guān)鍵節(jié)點。跨越塔分別坐落在長江兩岸的泰州靖江新橋鎮(zhèn)和無錫江陰利港街道，施工地點靠近長江濕地生態(tài)保護紅線，加之跨越工程體量巨大、放線難度巨大，注定了“跨江”肯定不簡單。

然而，建設(shè)者們僅用時21個月，就完成了豎塔和架線。兩座輸電塔跨越長江距離2550米，塔高達(dá)385米，創(chuàng)下了塔高、桿塔根開、電梯提升高度、抱桿高度和地腳螺栓群重量等輸電領(lǐng)域的五項世界紀(jì)錄。

385米有多高？“以一般建筑層高3米計算，跨越塔相當(dāng)于128層樓高，比埃菲爾鐵塔還要高出61米。”國網(wǎng)江蘇省電力有限公司建設(shè)分公司項目管理中心副主任、工程業(yè)主項目部副經(jīng)理王章軒說。

除了高度拔群，跨越塔75米*75米的桿塔根開也是世界第一，整個鐵塔底部面積相當(dāng)于13.4個標(biāo)準(zhǔn)籃球場大小。“385米高的輸電塔是輸電領(lǐng)域的‘大長腿’，腿‘長’，‘步幅’自然也大。”王章軒說，對于輸電塔而言，合適的“步幅”是確保塔身穩(wěn)定的關(guān)鍵。這里所說的“步幅”就是桿塔根開，也可以理解為輸電塔底面的邊長。

“步幅”太大浪費資源，“步幅”太小塔身不穩(wěn)。技術(shù)人員通過設(shè)計計算，并利用仿真模型進行驗算論證，得出了75米的數(shù)據(jù)，精確把握塔身穩(wěn)定性和經(jīng)濟效益之間的平衡。

如此高塔，如何檢修、維護？提升高度世界第一的桿塔電梯來幫忙。

據(jù)介紹，2004年投運的泰興至斗山500千伏線路江陰大跨越工程中，所采用的是配備齒輪的齒條式電梯，一般我們看到的樓房建設(shè)時在外墻面使用的就是這種電梯，但這類電梯運行速度慢、乘坐體驗差、載重量較小。隨著技術(shù)的發(fā)展迭代，在這個世界最高的跨越塔上，電力人員將世界輸電領(lǐng)域提升高度最大的曳引式電梯裝在了直徑僅3米的井筒內(nèi)，且首次實現(xiàn)了一梯到頂。“現(xiàn)在我們的運維人員僅需3分鐘，即可乘坐電梯直達(dá)378米高的平臺開展設(shè)備檢修工作，工作效率較以前大幅提升的同時，安全性、舒適性也有了質(zhì)的躍升。”王章軒自豪地說。

抱桿，是輸電塔建設(shè)時使用的一種輔助吊裝設(shè)備。跨越塔是由一節(jié)一節(jié)的鋼管部件組合而成，塔材運輸?shù)浆F(xiàn)場后，首先由工人在地面完成防腐涂裝、顏色標(biāo)識涂裝等工作，然后進行預(yù)組裝，最后由抱桿負(fù)責(zé)將這些部件吊裝到空中，再由高空作業(yè)人員配合完成鐵塔的組立安裝。由于鐵塔本身高度就達(dá)到了385米，想要順利完成吊裝，負(fù)責(zé)吊裝的抱桿就要比塔本身還要高，同時還要有足夠的承重能力。

早在2004年組立高346.5米的泰興至斗山500千伏線路跨江塔時，國網(wǎng)江蘇電力科研團隊經(jīng)過無數(shù)個日夜攻關(guān)、研究、論證，設(shè)計出了高366米、重達(dá)300噸的雙搖臂座地抱桿，配備4套滑車組提升系統(tǒng)，對稱的兩臂可以轉(zhuǎn)動，四面均能起吊塔材，這就是雙平臂座地抱桿的雛形。國網(wǎng)江蘇電力在實踐中不斷升級，220千伏揚中夾江大跨越組塔時，科研團隊把受力及回轉(zhuǎn)系統(tǒng)復(fù)雜的雙搖臂改成了雙平臂。

本次鳳城至梅里的500千伏長江大跨越工程中，科研人員則再次升級了抱桿高度，全高達(dá)432.4米，最大工作幅度50米，最大起重質(zhì)量30噸，是目前世界輸電領(lǐng)域高度最高、工作幅度最大的抱桿。

地腳螺栓是組立輸電鐵塔的標(biāo)準(zhǔn)部件，為了適配不同重量的鐵塔，地腳螺栓也有不同的尺寸。塔身越重，地腳螺栓的尺寸和重量也越大。作為塔中“巨無霸”，鳳城至梅里500千伏輸變電工程中的兩座跨越塔總重約13000噸，可謂史無前例的“重量級嘉賓”。為保證這兩座龐然大物傲然穩(wěn)固佇立在長江兩岸，固定塔腿與塔基連接所使用的地腳螺栓必須特制。王章軒介紹，在設(shè)計過程中，技術(shù)人員通過力學(xué)模型計算和仿真計算得出結(jié)論，再由專家團隊反復(fù)驗證，最后決定采用內(nèi)外雙圈地腳螺栓群。僅單腿螺栓群重量便達(dá)9.2噸，4條腿所用螺栓群總重達(dá)36.8噸，足以確保跨越塔的安全穩(wěn)定，也打破了世界上最重地腳螺栓群的紀(jì)錄。

新設(shè)計、新工藝、新技術(shù)“組合上陣”

為全球超高壓大跨越工程提供中國經(jīng)驗

據(jù)介紹，鳳城至梅里的500千伏長江大跨越工程建設(shè)曾面臨四項重大挑戰(zhàn)。一是設(shè)計驗算多：跨越塔結(jié)構(gòu)需結(jié)合100種荷載工況進行16次迭代計算驗證；基礎(chǔ)樁、土效應(yīng)需進行21種模型的計算分析；雙圈法蘭、變坡節(jié)點、鑄鋼節(jié)點等新類型節(jié)點需開展多輪次優(yōu)化論證。二是工程體量大：單個跨越塔重量相當(dāng)于100個常規(guī)500千伏輸電鐵塔；混凝土使用量25000方，相當(dāng)于300個常規(guī)線路鐵塔基礎(chǔ)；單腿承臺混凝土梁、單根灌注樁長為同類型工程之最。三是施工組織難：單件鋼管最長11.5米、最重23.8噸、最長吊件66米，吊裝難度大；高空作業(yè)人員達(dá)到120人，專用升降機運輸頻次高，安裝鋼骨構(gòu)件作業(yè)空間小，高空作業(yè)難度大；長江水面寬度達(dá)2200米，架設(shè)導(dǎo)線需要最大牽引力24.8噸，跨江架線難。四是環(huán)境挑戰(zhàn)高：工程靠近長江濕地生態(tài)保護紅線，環(huán)保要求必須退讓江堤100米；局部微氣象，陣風(fēng)氣流多，塔上比地面風(fēng)速大1至2個等級；過往船只密集，每日通航船只1700艘次，架線封航4小時，需從南京管制到太倉……

“其實我們原本計劃建設(shè)的塔高是400米，因為工程要跨越長江，還要不影響航運，在綜合考慮安全距離、綜合誤差、安全富余高度、塔頭高度等因素后，我們經(jīng)過數(shù)十次優(yōu)化設(shè)計完善，高度最終確定為385米。這樣既能達(dá)到工程要求，還可以讓江面上所有類型的船只安全平穩(wěn)通過。”國網(wǎng)江蘇省電力有限公司建設(shè)部計劃管理處處長陳松濤介紹，面對工程中的困難，技術(shù)團隊迎難而上勇于創(chuàng)新，多項設(shè)計和技術(shù)都是首次采用。譬如，“基于承載力和位移性能化目標(biāo)條件下的直接分析、含井筒的整塔全系列構(gòu)筑物抗風(fēng)超限結(jié)構(gòu)體系”和“考慮電氣附件影響的導(dǎo)線張力和弧垂的精細(xì)化計算”設(shè)計方法，都是首次在國內(nèi)大跨越工程中出現(xiàn)。

王章軒告訴記者，除了設(shè)計創(chuàng)新，鳳城至梅里的500千伏長江大跨越工程采用的鑄鋼節(jié)點、環(huán)狀鋼骨構(gòu)件、G6A特強鋼芯鋁合金絞線等技術(shù)，也是首次在國內(nèi)大跨越工程中應(yīng)用。鐵塔鋼管混凝土主材中應(yīng)用新型內(nèi)配環(huán)狀鋼骨構(gòu)件，在跨越塔117米以下主材使用，與純鋼管主材方案相比，單基塔重可節(jié)省約1450噸，核心混凝土承載力也明顯提高。因內(nèi)外混凝土的存在，鋼管鋼骨的局部屈曲承載力也明顯提高。在鐵塔關(guān)鍵節(jié)點應(yīng)用低合金調(diào)質(zhì)熱處理鑄鋼節(jié)點，采用空間整體澆注技術(shù)，有效避免相貫線切割和復(fù)雜的焊接工藝，消除了重疊焊縫產(chǎn)生的局部殘余應(yīng)力。在500千伏輸電線路中應(yīng)用的G6A特強鋼芯鋁合金絞線，有效降低工程投資、減少電能損耗等，這些創(chuàng)新組合都為全世界在輸電特高塔組立、遠(yuǎn)距離跨越鐵塔建設(shè)等方面提供了中國經(jīng)驗。

“我們在施工中還運用了實時監(jiān)控和無人機巡檢技術(shù)，為工程質(zhì)量保駕護航。”王章軒介紹，通過實時監(jiān)測大體積混凝土溫度和振搗密實度，科技人員可以及時調(diào)整養(yǎng)護策略，控制拆模時間，督導(dǎo)工人調(diào)整振搗作業(yè)，確保承臺澆筑質(zhì)量。無人機搭載的高清攝像機，增加了巡檢頻次和巡檢位置，為管理人員提供了高空巡視便利，并能夠輔助開展鐵塔組立驗收。在南北岸分段開展的幾次巡檢中，無人機從監(jiān)理人員難以到達(dá)的高空視角，及時發(fā)現(xiàn)螺栓未緊固等缺陷，為工程質(zhì)量安全保駕護航。

每年減排二氧化碳約1000萬噸

“清潔電能過江”助力綠色可持續(xù)發(fā)展

據(jù)了解，一直以來，江蘇區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展特征明顯，南北能源結(jié)構(gòu)存在一定差異。目前，江蘇99%的風(fēng)電和67%的光伏發(fā)電分布在蘇北地區(qū)，但長三角的用電負(fù)荷主要集中在長江以南，僅“用電大戶”蘇錫常，2022年用電量合計約3100億千瓦時，占江蘇全省用電量近一半。

“蘇南地區(qū)是江蘇的用電重地，供電需求緊張形勢持續(xù)多年。”國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院許偲軒說，此前江蘇已建成5條高等級過江輸電通道，總體輸電能力已超過1800萬千瓦。但隨著近年來新型電力和新能源裝備產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，蘇南地區(qū)的制造業(yè)用電和蘇北地區(qū)的清潔能源建設(shè)規(guī)模都不斷提升，使得“北電南送”的需求越來越大。鳳城至梅里跨江輸電通道的投運，將讓蘇北地區(qū)豐沛的風(fēng)電、光電等清潔能源，源源不斷送至無錫并輻射至蘇州、常州等城市，進而拉動蘇南制造業(yè)用電和蘇北清潔能源發(fā)電規(guī)模雙提升。

作為江蘇境內(nèi)的第六條高等級過江電力通道，鳳城至梅里500千伏輸變電工程最大輸送容量達(dá)660萬千瓦，這讓江蘇境內(nèi)的過江輸電能力一下提升了30%。每年約260億度的蘇北風(fēng)電、光伏等清潔能源從長江北岸被送往長江南岸，相當(dāng)于一個中等城市一年的用電量，不僅能滿足約800萬戶家庭的日常用電需求，還可減排二氧化碳約1000萬噸。

王章軒介紹，在當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和清潔能源轉(zhuǎn)型的背景下，鳳城至梅里500千伏輸變電工程的投運使得蘇北地區(qū)的清潔能源得以有效輸送，極大促進了大規(guī)模海上風(fēng)電等清潔能源高效消納，帶動了區(qū)域間的能源互補與協(xié)同發(fā)展，探索構(gòu)建長三角地區(qū)的新型電力系統(tǒng)，對推動長三角地區(qū)綠色可持續(xù)發(fā)展、服務(wù)“強富美高”新江蘇建設(shè)具有重要意義。

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