在由北京金自天正智能控制股份有限公司承接的紫竹重型铸件三电控制系统生产线成功生产280、300大型号角钢产品之后,紫竹集团生产的电力铁塔热轧角钢已经覆盖了角钢全系列所有型号的产品,并成功向国家电网和南方电网建设中的几条特高压输电重点工程线路提供了4万吨角钢,获得国家电高压部角钢入网许可证,成为国家电网入网单位。特高压输电工程已被正式列入国家“十二五”规划当中,目前我国在建设或即将启动的特高压线路有12条,总投资万亿元。
另外,紫竹集团生产的Q420c和Q420d两种材质的高强度热轧角钢产品质量也完全符合国家标准,在2019年也成功完成了5万吨的供货。
到目前为止,紫竹集团已于国家电网、南方电网、中国电建集团、中国能建集团、山东电工电气集团等业内企业建立稳定的合作关系,已陆续供货15万吨,产品被应用在南网乌德东线,国网青海——河南线、国网陕北——湖北线、国网张北——雄安线、国网雅安——江西线以及多条海外特高压输电线路工程,同时也使辽宁紫竹集团成为国内280、300两种热轧大型号角钢产量的企业之一。
输电铁塔用钢
我国输电塔一般采用角钢塔(塔高约20-70m),而输电高塔(一般在100m以上)多采用组合角钢塔或钢管塔。每年用于110-500千伏输电线路上铁塔用钢材总量在50-60万t,其中各种钢材比例为:型材占84%左右,板材占12.9%左右,棒、线材占3%左右。铁塔用型材为等边角钢,板材为Q235、Q345的6-30mm中厚板,棒线材主要是E级带肋螺纹钢筋、W级高强碳素钢丝等,国产钢材基本上能够满足,少量有要求的杆塔,采用进口钢材。
特高压输电线路将成为我国电网建设的重点,特高压输电塔在载荷上远大于现有的输电塔,将对输电塔的结构设计、钢材强度提出了较高要求。电网建设步伐加快和电网向特高压升级为输电塔钢结构营造了巨大的需求市场,同时也对输电塔用钢材的品种、规格、性能提出了较高的要求。
塔身主要受力斜材约占塔身部分重量的50%,占全塔总重的30%左右。塔身斜材的布置是否合适,直接影响到塔重和工程造价。
塔身斜材常用的布置型式有:交叉式、“正K型”、“倒K型”等布置,单一的交叉布置型式容易使斜材产生同时受压,几种方式组合布置可以避免同时受压的发生,使斜材受力成为拉压系统,充分利用拉压系统的受力特性(拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用),可减小斜材规格,降低塔重。
常用的塔身交叉斜材布置方式有单分式(如下图的型式一)和再分式(如下图的型式二~型式四)。无论采取哪种斜材布置方式,主要的问题就是斜材与水平面的夹角a的大小,a的大小直接决定了斜材的受力大小,a越大,斜材抗外荷载的力距越小,斜材受力就越大,斜材规格也越大;反之,a越小,斜材抗外荷载的力距则越大,斜材受力就越小,斜材规格也越小,但斜材数量就越多。根据±800kV直流线路荷载及计算情况,并结合500kV线路铁塔斜材布置的经验,通过计算,当斜材与水平面的夹角a控制在35°~45°之间时,塔重轻。
河钢唐钢针对国网公司《300毫米级肢宽热轧大规格等边角钢技术条件及工装要求》,设计开发280毫米、300毫米,厚度范围20毫米~35毫米全系列16个规格角钢,产销量达12.88万吨。产品成功应用于国家电网9条特高压线路,满足了特高压输电工程材料需求,创效9604万元。
2013年10月30日,300毫米级肢宽热轧大规格等边角钢技术条件发布会举行,中国电科院、国网经研院、国网物资公司、电力规划设计总院等相关单位及钢厂、铁塔厂的代表参加了会议。河钢唐钢提交了《唐山钢铁集团有限责任公司关于开发300系列角钢情况的函》,并于2014年6月2日在唐钢成功试轧300毫米肢宽角钢。至此,课题组向国网公司直流部汇报的300系列大角钢的钢厂设备改造情况表明:河钢唐钢具备300大角钢批量生产能力。
根据《国网公司300毫米级肢宽热轧大规格等边角钢技术条件及工装要求》,河钢唐钢与国网公司合作,并与电科院一起进行大角钢试验,开发300毫米级肢宽大角钢,满足国网公司特高压工程的需要。河钢唐钢型钢厂结合现有工艺设备特点,开发28号、30号大规格等边角钢,全系列有280×(20、22、24、26、28、30、32、35),300×(20、22、24、26、28、30、32、35)共16种厚度规格。
装备用钢主要是厚达500px以上的安全壳,材料为含铬钢板,重量几百t;保护壳(或称厂房)为厚1米以上高50m以上筒状构筑物,结构为重型钢筋混凝土墙加钢板衬里,螺纹钢筋一般采用Ⅲ级及以上,直径35-40mm。常规岛部分与火电类似。核电每万千瓦火电设备用钢应在400t。
4)风电机组:风力发电机包括机头、叶片和塔架部分。兆瓦级风电机组机舱总重约8-10t,其中包含变速装置、发电机和方向调节装置。风塔一般为70-80m,多为钢筒结构,一般自重30t左右。加上塔基、机舱座、变电室(柜)和其他设施,估计1-1.5兆瓦机组每台耗钢约45t;海上风场视地基不同其塔基耗钢要**陆地风场。平均下来,我们估计每万千瓦风电装备(含塔架)用钢约500t,其中板材占80%,钢筋占10%,特钢占10%。
5)变压器
取向硅钢是变压器的主要原材料之一,该产品主要用于大、中、小型变压器、互感器以及电子变压器等行业,据初步统计,我国每年大约需要取向硅钢90—100万t(含二次油片用量)。
电力工程用钢
1)热电厂:热电厂主厂房、烟囱、冷却塔通常采用钢混结构,地震烈度8级以上的地区的主厂房采用钢结构。在用钢量上,不同单机容量的电站用钢不会成比例增减,但仍可以考虑以60万千瓦×2电厂为代表进行用钢测算,约用钢筋线材1.31万t,型材、板材0.34万t,合计1.65万t,折合每万千瓦137.5t。
2)水电站:三峡电站装机1820万千瓦,大坝混凝土浇铸1600万m3,加设施2800万m3,共使用钢材32.3万t(扣除性钢结构);龙滩电站总装机630万千瓦,大坝混凝土浇筑800万m3,含钢结构安装共用钢20万t。据此估算,每万千瓦水电工程(不含装备和性钢结构)用钢170t。
3)电网用钢:目前我国220千伏以上电网塔架以角钢、钢管型钢结构为主,也有少量钢混结构;钢结构用材以Q345为主。使用高强度钢将会使钢耗降低20%左右,而加宽塔脚距离又会使用钢量增加。每亿元电网用钢应在800t。
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