走近大国工程 | 在云端“穿针引线”
——探访创造五项工程纪录的超高压跨江清洁能源通道
施工人员在高空进行超高压输电线路跨江作业。 汤德宏 摄
385米高输电铁塔塔顶作业现场。汤德宏 摄
工作人员正在进行高空导线施放作业。汤德宏 摄
坐落在长江之畔的江苏省泰州市，自古有“凤城”的美誉。从泰州向对岸极目远眺，便是无锡。如今，隔江相对的两个城市通过南北两岸巍然矗立的两座输电塔更加紧密地连在了一起。
两座输电塔高385米，高度堪称世界之最，塔顶银白色的线缆跨过滚滚长江，接入对岸的高塔。通过这条“电力天路”，位于长江北岸的清洁能源生产基地与南岸的用电负荷中心得以连接，实现“北电南送”，可满足用电负荷中心约800万户家庭的日常用电需求，为长三角地区电力供应提供坚强保障，同时每年可减少二氧化碳排放1000万吨。
这就是国家电力发展“十三五”规划重点项目，国内规模最大的超高压跨江输变电工程、新能源跨江输送通道——泰州凤城至无锡梅里500千伏输变电工程，也是江苏境内第六条穿越长江的高等级电力通道，线路总长178公里。
让我们走近这一浩大工程的建设者，听他们讲述是如何在云端“穿针引线”、创造奇迹的。
385米超高塔隔江相望
创造塔高、抱杆高度等输电领域五项世界纪录
在凤城至梅里500千伏输变电工程中，“长江大跨越”是关键节点。跨越塔分别坐落在长江两岸的泰州靖江新桥镇和无锡江阴利港街道，施工地点靠近长江湿地生态保护红线，加之跨越工程体量巨大、放线难度巨大，注定了“跨江”肯定不简单。
然而，建设者们仅用时21个月，就完成了竖塔和架线。两座输电塔跨越长江距离2550米，塔高达385米，创下了塔高、杆塔根开、电梯提升高度、抱杆高度和地脚螺栓群重量等输电领域的五项世界纪录。
385米有多高？“以一般建筑层高3米计算，跨越塔相当于128层楼高，比埃菲尔铁塔还要高出61米。”国网江苏省电力有限公司建设分公司项目管理中心副主任、工程业主项目部副经理王章轩说。
除了高度拔群，跨越塔75米*75米的杆塔根开也是世界第一，整个铁塔底部面积相当于13.4个标准篮球场大小。“385米高的输电塔是输电领域的‘大长腿’，腿‘长’，‘步幅’自然也大。”王章轩说，对于输电塔而言，合适的“步幅”是确保塔身稳定的关键。这里所说的“步幅”就是杆塔根开，也可以理解为输电塔底面的边长。
“步幅”太大浪费资源，“步幅”太小塔身不稳。技术人员通过设计计算，并利用仿真模型进行验算论证，得出了75米的数据，精确把握塔身稳定性和经济效益之间的平衡。
如此高塔，如何检修、维护？提升高度世界第一的杆塔电梯来帮忙。
据介绍，2004年投运的泰兴至斗山500千伏线路江阴大跨越工程中，所采用的是配备齿轮的齿条式电梯，一般我们看到的楼房建设时在外墙面使用的就是这种电梯，但这类电梯运行速度慢、乘坐体验差、载重量较小。随着技术的发展迭代，在这个世界最高的跨越塔上，电力人员将世界输电领域提升高度最大的曳引式电梯装在了直径仅3米的井筒内，且首次实现了一梯到顶。“现在我们的运维人员仅需3分钟，即可乘坐电梯直达378米高的平台开展设备检修工作，工作效率较以前大幅提升的同时，安全性、舒适性也有了质的跃升。”王章轩自豪地说。
抱杆，是输电塔建设时使用的一种辅助吊装设备。跨越塔是由一节一节的钢管部件组合而成，塔材运输到现场后，首先由工人在地面完成防腐涂装、颜色标识涂装等工作，然后进行预组装，最后由抱杆负责将这些部件吊装到空中，再由高空作业人员配合完成铁塔的组立安装。由于铁塔本身高度就达到了385米，想要顺利完成吊装，负责吊装的抱杆就要比塔本身还要高，同时还要有足够的承重能力。
早在2004年组立高346.5米的泰兴至斗山500千伏线路跨江塔时，国网江苏电力科研团队经过无数个日夜攻关、研究、论证，设计出了高366米、重达300吨的双摇臂座地抱杆，配备4套滑车组提升系统，对称的两臂可以转动，四面均能起吊塔材，这就是双平臂座地抱杆的雏形。国网江苏电力在实践中不断升级，220千伏扬中夹江大跨越组塔时，科研团队把受力及回转系统复杂的双摇臂改成了双平臂。
本次凤城至梅里的500千伏长江大跨越工程中，科研人员则再次升级了抱杆高度，全高达432.4米，最大工作幅度50米，最大起重质量30吨，是目前世界输电领域高度最高、工作幅度最大的抱杆。
地脚螺栓是组立输电铁塔的标准部件，为了适配不同重量的铁塔，地脚螺栓也有不同的尺寸。塔身越重，地脚螺栓的尺寸和重量也越大。作为塔中“巨无霸”，凤城至梅里500千伏输变电工程中的两座跨越塔总重约13000吨，可谓史无前例的“重量级嘉宾”。为保证这两座庞然大物傲然稳固伫立在长江两岸，固定塔腿与塔基连接所使用的地脚螺栓必须特制。王章轩介绍，在设计过程中，技术人员通过力学模型计算和仿真计算得出结论，再由专家团队反复验证，最后决定采用内外双圈地脚螺栓群。仅单腿螺栓群重量便达9.2吨，4条腿所用螺栓群总重达36.8吨，足以确保跨越塔的安全稳定，也打破了世界上最重地脚螺栓群的纪录。
新设计、新工艺、新技术“组合上阵”
为全球超高压大跨越工程提供中国经验
据介绍，凤城至梅里的500千伏长江大跨越工程建设曾面临四项重大挑战。一是设计验算多：跨越塔结构需结合100种荷载工况进行16次迭代计算验证；基础桩、土效应需进行21种模型的计算分析；双圈法兰、变坡节点、铸钢节点等新类型节点需开展多轮次优化论证。二是工程体量大：单个跨越塔重量相当于100个常规500千伏输电铁塔；混凝土使用量25000方，相当于300个常规线路铁塔基础；单腿承台混凝土梁、单根灌注桩长为同类型工程之最。三是施工组织难：单件钢管最长11.5米、最重23.8吨、最长吊件66米，吊装难度大；高空作业人员达到120人，专用升降机运输频次高，安装钢骨构件作业空间小，高空作业难度大；长江水面宽度达2200米，架设导线需要最大牵引力24.8吨，跨江架线难。四是环境挑战高：工程靠近长江湿地生态保护红线，环保要求必须退让江堤100米；局部微气象，阵风气流多，塔上比地面风速大1至2个等级；过往船只密集，每日通航船只1700艘次，架线封航4小时，需从南京管制到太仓……
“其实我们原本计划建设的塔高是400米，因为工程要跨越长江，还要不影响航运，在综合考虑安全距离、综合误差、安全富余高度、塔头高度等因素后，我们经过数十次优化设计完善，高度最终确定为385米。这样既能达到工程要求，还可以让江面上所有类型的船只安全平稳通过。”国网江苏省电力有限公司建设部计划管理处处长陈松涛介绍，面对工程中的困难，技术团队迎难而上勇于创新，多项设计和技术都是首次采用。譬如，“基于承载力和位移性能化目标条件下的直接分析、含井筒的整塔全系列构筑物抗风超限结构体系”和“考虑电气附件影响的导线张力和弧垂的精细化计算”设计方法，都是首次在国内大跨越工程中出现。
王章轩告诉记者，除了设计创新，凤城至梅里的500千伏长江大跨越工程采用的铸钢节点、环状钢骨构件、G6A特强钢芯铝合金绞线等技术，也是首次在国内大跨越工程中应用。铁塔钢管混凝土主材中应用新型内配环状钢骨构件，在跨越塔117米以下主材使用，与纯钢管主材方案相比，单基塔重可节省约1450吨，核心混凝土承载力也明显提高。因内外混凝土的存在，钢管钢骨的局部屈曲承载力也明显提高。在铁塔关键节点应用低合金调质热处理铸钢节点，采用空间整体浇注技术，有效避免相贯线切割和复杂的焊接工艺，消除了重叠焊缝产生的局部残余应力。在500千伏输电线路中应用的G6A特强钢芯铝合金绞线，有效降低工程投资、减少电能损耗等，这些创新组合都为全世界在输电特高塔组立、远距离跨越铁塔建设等方面提供了中国经验。
“我们在施工中还运用了实时监控和无人机巡检技术，为工程质量保驾护航。”王章轩介绍，通过实时监测大体积混凝土温度和振捣密实度，科技人员可以及时调整养护策略，控制拆模时间，督导工人调整振捣作业，确保承台浇筑质量。无人机搭载的高清摄像机，增加了巡检频次和巡检位置，为管理人员提供了高空巡视便利，并能够辅助开展铁塔组立验收。在南北岸分段开展的几次巡检中，无人机从监理人员难以到达的高空视角，及时发现螺栓未紧固等缺陷，为工程质量安全保驾护航。
每年减排二氧化碳约1000万吨
“清洁电能过江”助力绿色可持续发展
据了解，一直以来，江苏区域经济发展特征明显，南北能源结构存在一定差异。目前，江苏99%的风电和67%的光伏发电分布在苏北地区，但长三角的用电负荷主要集中在长江以南，仅“用电大户”苏锡常，2022年用电量合计约3100亿千瓦时，占江苏全省用电量近一半。
“苏南地区是江苏的用电重地，供电需求紧张形势持续多年。”国网江苏省电力有限公司经济技术研究院许偲轩说，此前江苏已建成5条高等级过江输电通道，总体输电能力已超过1800万千瓦。但随着近年来新型电力和新能源装备产业的快速发展，苏南地区的制造业用电和苏北地区的清洁能源建设规模都不断提升，使得“北电南送”的需求越来越大。凤城至梅里跨江输电通道的投运，将让苏北地区丰沛的风电、光电等清洁能源，源源不断送至无锡并辐射至苏州、常州等城市，进而拉动苏南制造业用电和苏北清洁能源发电规模双提升。
作为江苏境内的第六条高等级过江电力通道，凤城至梅里500千伏输变电工程最大输送容量达660万千瓦，这让江苏境内的过江输电能力一下提升了30%。每年约260亿度的苏北风电、光伏等清洁能源从长江北岸被送往长江南岸，相当于一个中等城市一年的用电量，不仅能满足约800万户家庭的日常用电需求，还可减排二氧化碳约1000万吨。
王章轩介绍，在当前能源结构调整和清洁能源转型的背景下，凤城至梅里500千伏输变电工程的投运使得苏北地区的清洁能源得以有效输送，极大促进了大规模海上风电等清洁能源高效消纳，带动了区域间的能源互补与协同发展，探索构建长三角地区的新型电力系统，对推动长三角地区绿色可持续发展、服务“强富美高”新江苏建设具有重要意义。（黄薇薇）
中国法治新闻网摘编：亓淦玉 |
