新型預(yù)應(yīng)力電桿在油田架空配電線路的適應(yīng)性分析

尹伍 劉超

大慶油田有限責任公司第二采油廠

電力驅(qū)動的機械采油是大慶油田進入高含水開采后期原油開采的主要方式，6～10 kV 架空配電線路則是為采油輸送電能的唯一通道，而環(huán)形混凝土電桿[1]（以下簡稱電桿）是這個通道中的重要部件，其質(zhì)量和完好程度直接關(guān)系到油田電網(wǎng)供電可靠性和人身安全。最近幾年，大慶油田多個采油廠出現(xiàn)了線路倒桿、倒架空柱上變的重大供電事故。究其原因，除外力破壞外，與新型預(yù)應(yīng)力電桿的生產(chǎn)、使用有很大關(guān)系。

1 新型預(yù)應(yīng)力電桿的主要特點

電桿分為預(yù)應(yīng)力電桿和普通電桿，而這兩種電桿又有多個不同的強度級別。預(yù)應(yīng)力電桿在生產(chǎn)時，使用外力將某一型號縱筋拉升一定程度，使用離心方法[2]形成環(huán)形混凝土電桿，固化后才撤掉外部拉力，形成對應(yīng)強度級別的預(yù)應(yīng)力電桿，因而這種電桿具有“寧折不彎”的特性。普通電桿采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法制造，不施加預(yù)應(yīng)力，設(shè)計比較保守，加工多采用熱軋鋼筋生產(chǎn)，因為鋼筋強度低，所以用鋼量很大。和普通電桿“寧彎不折”的特性相比，同樣數(shù)值開裂檢驗彎矩的電桿，預(yù)應(yīng)力電桿可以使用較細的縱筋和橫筋，預(yù)應(yīng)力電桿（表1）較普通電桿（表2）可節(jié)約大量鋼材。

表1 預(yù)應(yīng)力電桿桿型及配筋要求Tab.1 Pre-stressed pole type and reinforcement requirements

表2 普通電桿桿型及配筋要求Tab.2 General pole type and reinforcement requirements

通過對預(yù)應(yīng)力電桿和普通電桿的材質(zhì)、生產(chǎn)過程和使用分析，得出其主要特點：普通電桿生產(chǎn)工藝簡單，材料消耗較多，生產(chǎn)成本高，但經(jīng)久耐用，一般可使用50～100 年，而且運行維護費用低；而預(yù)應(yīng)力電桿生產(chǎn)工藝稍微復雜，但減少了材料消耗，降低了成本，但不耐沖擊，耐久性差。

2 預(yù)應(yīng)力電桿損壞原因分析

近幾年油田6～10 kV電網(wǎng)電桿出現(xiàn)不同程度的損壞。損壞情況分為兩種：電桿損壞初期，地面以上出現(xiàn)不同高度的酥裂紋，隨著損壞程度加深，出現(xiàn)漏孔、掉塊等重大缺陷（圖1）；電桿損壞初期是較短、較小的縱向裂紋，隨著時間延長，縱向裂紋加長，裂口變寬（圖2）。

圖1 電桿根部裂紋損壞照片F(xiàn)ig.1 Photos of cracks on the roots of electric poles

圖2 電桿縱向裂紋損壞照片F(xiàn)ig.2 Photos of longitudinal cracks on electric poles

隨著預(yù)應(yīng)力電桿使用時間延長，電桿損壞情況會越來越嚴重，數(shù)量也會越來越多。電桿損壞的后果輕則影響供電可靠性，造成原油減產(chǎn)，重則危及維檢修人員的人身安全。

預(yù)應(yīng)力電桿損壞的直接原因可以從其使用環(huán)境分析，混凝土電桿5 cm 厚的混凝土中存在毛細孔[3]，空氣、水汽均會通過毛細孔對鋼筋產(chǎn)生銹蝕作用，導致使用了較細鋼筋的預(yù)應(yīng)力電桿的耐久性和抗腐蝕能力不如普通電桿。在諸如超應(yīng)力標準使用的特殊情況下，預(yù)應(yīng)力電桿彎矩超過開裂彎矩而使鋼筋受過載拉力，其撓度超過了開裂彎矩時的撓度（表3），鋼筋復原差于普通電桿，導致其地面以上根部混凝土裂縫不能快速復原，水汽通過裂縫使鋼筋生銹、腐蝕速度加快，在混凝土標號不達標時電桿損壞速度更快，這是油田6～10 kV線路電桿損壞的主要原因。桿頭封堵不嚴也會造成部分特殊地段的電桿在冬季因桿體內(nèi)過高水位的積水凍脹而出現(xiàn)根部酥裂。

電桿受到異常或超標彎矩的原因主要有運輸顛簸，施工時帶拉線的電桿不安裝底盤，拉線不打馬道，人工正桿或機械正桿，基礎(chǔ)凍脹上拔，拉線被盜，車輛刮碰導線或拉線，以及撤線時導線被剪斷等。

表3 兩種環(huán)形混凝土電桿錐形桿撓度值

預(yù)應(yīng)力電桿損壞的間接原因需要從油田對電桿標準的學習、宣貫、使用等方面分析。油田現(xiàn)在仍在使用上世紀80 年代的通電-7010 圖紙，通電-16189為上世紀90年代油田內(nèi)部通用的架空配電線路及柱上變電站通用圖紙，當時油田內(nèi)部的電桿型號、強度級別比較單一，只有普通電桿，也能滿足生產(chǎn)需求。由于油田預(yù)制廠對預(yù)應(yīng)力電桿標準認知較早，根據(jù)現(xiàn)場部分桿型需求生產(chǎn)I 級預(yù)應(yīng)力電桿，但對于預(yù)應(yīng)力電桿的現(xiàn)場應(yīng)用受力情況知之甚少；電力施工單位、電網(wǎng)運行單位對預(yù)應(yīng)力電桿標準認知較晚，忽略了這類電桿過載能力差、耐久性差的特點，也無法確定電桿是否超應(yīng)力使用，只能允許I級預(yù)應(yīng)力電桿在現(xiàn)場使用，其結(jié)果是油田架空配電線路預(yù)應(yīng)力電桿不同程度的損壞。

3 措施

要減少預(yù)應(yīng)力電桿損壞對油田配電網(wǎng)的影響和安全隱患，技術(shù)上可以從兩個方面著手：對受損不太嚴重的電桿，采取以?500 mm 鋼模澆筑鋼筋混凝土修復方法延長其使用壽命；對損壞嚴重的電桿，需要拆除重建。油田需要加強電桿標準的學習、宣貫和使用管理。設(shè)計方需要核定不同桿型受力情況，設(shè)計使用相應(yīng)類型和強度等級的電桿：對于沒有拉線的直線桿[4]，在正常運行時只承擔自身以及導線、金具產(chǎn)生的垂直于地面的重力，以及風吹帶來的較小水平方向的剪應(yīng)力，電桿彎曲變形較小，損壞的較少，因而直線桿型選用寧折不彎的I級預(yù)應(yīng)力電桿比較經(jīng)濟，在一個資產(chǎn)折舊期[5]內(nèi)可以滿足強度需求；而對于有拉線的T 接桿[6]、轉(zhuǎn)角桿、終端桿[7]，除了承擔自身以及導線、金具產(chǎn)生的垂直于地面的重力以外，還要承擔導線水平方向的拉力、以及導線、拉線產(chǎn)生的向下的合力，故選用普通電桿或強度級別較高的預(yù)應(yīng)力電桿[8]較為合適；對于柱上變電站這種桿型，無論終端式[9]還是通過式[11]，除了承擔原桿型的各種受力之外，雙桿還要承擔1～1.5 t的設(shè)備和支持金具等產(chǎn)生的重力及操作臺的側(cè)向應(yīng)力，損壞較多，因而對于這種桿型，選用寧彎不折的M級普通電桿[12]更為合適。

4 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力電桿由于使用了較細的鋼筋，因而大幅度降低了鋼材用量，從而降低了電桿生產(chǎn)和采購成本，在油田配電線路工程建設(shè)上具有較高的經(jīng)濟性。但從使用情況上分析，不同的桿型，其受到的應(yīng)力是不一樣的。除設(shè)計部門外，在油田物資內(nèi)供體系中從生產(chǎn)、采購、施工、驗收等多個環(huán)節(jié)加強檢驗、監(jiān)督，在保證預(yù)應(yīng)力電桿質(zhì)量的前提下，確保不同桿型使用相應(yīng)類型和強度等級的電桿。