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場，施工人員正在數百米高空架設越江導線。 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。 湯德宏 攝

385米高輸電鐵塔塔頂作業現場。湯德宏 攝

(相關資料圖)

工作人員正在進行高空導線施放作業。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。從泰州向對岸極目遠眺，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基地與南岸的用電負荷中心得以連接，實現“北電南送”，可滿足用電負荷中心約800萬戶家庭的日常用電需求，為長三角地區電力供應提供堅強保障，同時每年可減少二氧化碳排放1000萬噸。

這就是國家電力發展“十三五”規劃重點項目，國內規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者，聽他們講述是如何在云端“穿針引線”、創造奇跡的。

385米超高塔隔江相望

創造塔高、抱桿高度等輸電領域五項世界紀錄

在鳳城至梅里500千伏輸變電工程中，“長江大跨越”是關鍵節點。跨越塔分別坐落在長江兩岸的泰州靖江新橋鎮和無錫江陰利港街道，施工地點靠近長江濕地生態保護紅線，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385米，創下了塔高、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域的五項世界紀錄。

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

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于13.4個標準籃球場大小。“385米高的輸電塔是輸電領域的‘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”是確保塔身穩定的關鍵。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。技術人員通過設計計算，并利用仿真模型進行驗算論證，得出了75米的數據，精確把握塔身穩定性和經濟效益之間的平衡。

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。隨著技術的發展迭代，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，且首次實現了一梯到頂。“現在我們的運維人員僅需3分鐘，即可乘坐電梯直達378米高的平臺開展設備檢修工作，工作效率較以前大幅提升的同時，安全性、舒適性也有了質的躍升。”王章軒自豪地說。

抱桿，是輸電塔建設時使用的一種輔助吊裝設備。跨越塔是由一節一節的鋼管部件組合而成，塔材運輸到現場后，首先由工人在地面完成防腐涂裝、顏色標識涂裝等工作，然后進行預組裝，最后由抱桿負責將這些部件吊裝到空中，再由高空作業人員配合完成鐵塔的組立安裝。由于鐵塔本身高度就達到了385米，想要順利完成吊裝，負責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，國網江蘇電力科研團隊經過無數個日夜攻關、研究、論證，設計出了高366米、重達300噸的雙搖臂座地抱桿，配備4套滑車組提升系統，對稱的兩臂可以轉動，四面均能起吊塔材，這就是雙平臂座地抱桿的雛形。國網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系統復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432.4米，最大工作幅度50米，最大起重質量30噸，是目前世界輸電領域高度最高、工作幅度最大的抱桿。

地腳螺栓是組立輸電鐵塔的標準部件，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，在設計過程中，技術人員通過力學模型計算和仿真計算得出結論，再由專家團隊反復驗證，最后決定采用內外雙圈地腳螺栓群。僅單腿螺栓群重量便達9.2噸，4條腿所用螺栓群總重達36.8噸，足以確保跨越塔的安全穩定，也打破了世界上最重地腳螺栓群的紀錄。

新設計、新工藝、新技術“組合上陣”

為全球超高壓大跨越工程提供中國經驗

據介紹，鳳城至梅里的500千伏長江大跨越工程建設曾面臨四項重大挑戰。一是設計驗算多：跨越塔結構需結合100種荷載工況進行16次迭代計算驗證；基礎樁、土效應需進行21種模型的計算分析；雙圈法蘭、變坡節點、鑄鋼節點等新類型節點需開展多輪次優化論證。二是工程體量大：單個跨越塔重量相當于100個常規500千伏輸電鐵塔；混凝土使用量25000方，相當于300個常規線路鐵塔基礎；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；高空作業人員達到120人，專用升降機運輸頻次高，安裝鋼骨構件作業空間小，高空作業難度大；長江水面寬度達2200米，架設導線需要最大牽引力24.8噸，跨江架線難。四是環境挑戰高：工程靠近長江濕地生態保護紅線，環保要求必須退讓江堤100米；局部微氣象，陣風氣流多，塔上比地面風速大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，我們經過數十次優化設計完善，高度最終確定為385米。這樣既能達到工程要求，還可以讓江面上所有類型的船只安全平穩通過。”國網江蘇省電力有限公司建設部計劃管理處處長陳松濤介紹，面對工程中的困難，技術團隊迎難而上勇于創新，多項設計和技術都是首次采用。譬如，“基于承載力和位移性能化目標條件下的直接分析、含井筒的整塔全系列構筑物抗風超限結構體系”和“考慮電氣附件影響的導線張力和弧垂的精細化計算”設計方法，都是首次在國內大跨越工程中出現。

王章軒告訴記者，除了設計創新，鳳城至梅里的500千伏長江大跨越工程采用的鑄鋼節點、環狀鋼骨構件、G6A特強鋼芯鋁合金絞線等技術，也是首次在國內大跨越工程中應用。鐵塔鋼管混凝土主材中應用新型內配環狀鋼骨構件，在跨越塔117米以下主材使用，與純鋼管主材方案相比，單基塔重可節省約1450噸，核心混凝土承載力也明顯提高。因內外混凝土的存在，鋼管鋼骨的局部屈曲承載力也明顯提高。在鐵塔關鍵節點應用低合金調質熱處理鑄鋼節點，采用空間整體澆注技術，有效避免相貫線切割和復雜的焊接工藝，消除了重疊焊縫產生的局部殘余應力。在500千伏輸電線路中應用的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，這些創新組合都為全世界在輸電特高塔組立、遠距離跨越鐵塔建設等方面提供了中國經驗。

“我們在施工中還運用了實時監控和無人機巡檢技術，為工程質量保駕護航。”王章軒介紹，通過實時監測大體積混凝土溫度和振搗密實度，科技人員可以及時調整養護策略，控制拆模時間，督導工人調整振搗作業，確保承臺澆筑質量。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，無人機從監理人員難以到達的高空視角，及時發現螺栓未緊固等缺陷，為工程質量安全保駕護航。

每年減排二氧化碳約1000萬噸

“清潔電能過江”助力綠色可持續發展

據了解，一直以來，江蘇區域經濟發展特征明顯，南北能源結構存在一定差異。目前，江蘇99%的風電和67%的光伏發電分布在蘇北地區，但長三角的用電負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。

“蘇南地區是江蘇的用電重地，供電需求緊張形勢持續多年。”國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院許偲軒說，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業的快速發展，蘇南地區的制造業用電和蘇北地區的清潔能源建設規模都不斷提升，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，將讓蘇北地區豐沛的風電、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用電和蘇北清潔能源發電規模雙提升。

作為江蘇境內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660萬千瓦，這讓江蘇境內的過江輸電能力一下提升了30%。每年約260億度的蘇北風電、光伏等清潔能源從長江北岸被送往長江南岸，相當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，在當前能源結構調整和清潔能源轉型的背景下，鳳城至梅里500千伏輸變電工程的投運使得蘇北地區的清潔能源得以有效輸送，極大促進了大規模海上風電等清潔能源高效消納，帶動了區域間的能源互補與協同發展，探索構建長三角地區的新型電力系統，對推動長三角地區綠色可持續發展、服務“強富美高”新江蘇建設具有重要意義。

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