研究電動扭矩扳手在特高壓輸電工程螺栓緊固中的應(yīng)用【摘要】螺栓緊固是輸電工程中的重要環(huán)節(jié)，皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電示范工程首次大規(guī)模使用電動扭矩扳手緊固法蘭盤大螺栓。在前人的基礎(chǔ)上，本文針對該工程中螺栓緊固出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入研究，并給出了相應(yīng)的解決方案。【關(guān)鍵詞】電動扭矩扳手螺栓緊固特高壓交流輸電工程1引言皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電示范工程是世界上首條1000千伏雙回路交流輸電工程。該工程的建設(shè)可以有效解決上海市能源緊缺問題，對促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。螺栓緊固是輸電線路工程中的重要環(huán)節(jié)，其質(zhì)量好壞將直接影響鐵塔自身穩(wěn)定性和承擔(dān)導(dǎo)線能力以及周圍安全問題1。過去，通常由人工進(jìn)行螺栓緊固，施工過程中受人為因素影響較大，導(dǎo)致螺栓扭矩值無法精確控制23，緊固效果不理想。本工程首次大規(guī)模使用電動扭矩扳手進(jìn)行螺栓緊固，扭矩值可以按要求設(shè)定，但在實(shí)際工程中遇到了諸多問題。本文針對電動扭矩扳手在螺栓緊固中出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。2特高壓輸電工程螺栓緊固標(biāo)準(zhǔn)本工程全線采用鋼管塔，鐵塔平均高度100米以上，平均重量約200噸，單根主材最大重量5噸，單個橫擔(dān)最重達(dá)8噸。本工程導(dǎo)線采用JL/G1A630/45鋼芯鋁絞線，每相8分裂，呈正八邊形排列。綜上所述，本工程鐵塔高度高、噸位大，導(dǎo)線重量大，因此對螺栓緊固質(zhì)量要求較高。2011年12月28日，在北京召開皖電東送工程鋼管塔扭矩值研討會，會上制定了本工程鋼管塔扭矩值標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)中國電力科學(xué)研究院鐵塔用鍍鋅螺栓扭矩系數(shù)離散性研究研究成果（扭矩系數(shù)不大于025）和國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司組織研制的電動扭矩扳手試用情況，結(jié)合以往設(shè)計、施工及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)專家組討論，最終確定了螺栓的扭矩值計算公式4。螺栓扭矩值計算公式為（1）DPKTC（2）0214終擰扭矩值（NM）；CT施工預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）；P螺栓公稱直徑（MM）；D扭矩系數(shù)；K螺栓擰緊初始應(yīng)力。0本工程所用螺栓為非承壓型螺栓，因此P取設(shè)計拉力值的15。根據(jù)中國電力科學(xué)研究院成果K值取025。根據(jù)以上分析，將本工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)代入公式（1）、（2），計算出各型號螺栓的扭矩值標(biāo)準(zhǔn)，見表一。表1螺栓緊固扭矩值標(biāo)準(zhǔn)M16M20M24M27M30M33M36M39M42M45M48M52M56規(guī)格NM6880160280/881102203804506007008801100140019002100230025003電動扭矩扳手在螺栓緊固中常見問題及分析淮上線18標(biāo)段現(xiàn)場施工中，采用電動扭矩扳手緊固螺栓遇到了諸多問題，經(jīng)整理如下（1）現(xiàn)場施工環(huán)境惡劣以及施工強(qiáng)度較大，導(dǎo)致電動扭矩扳手壽命大大縮短、故障率較高。就目前使用情況看，本標(biāo)段使用的設(shè)備基本都已經(jīng)過返廠維修。電動扭矩扳手常見故障有機(jī)械故障和電氣故障。機(jī)械故障如加力齒輪容易卡死，設(shè)備內(nèi)部小螺栓受較大震動后易脫落等。電氣故障有控制電路和顯示電路在過壓或過流情況下易燒壞。（2）螺栓緊固率受風(fēng)擺影響明顯。螺栓緊固完畢后，接著進(jìn)行扭矩值檢測，效果良好，基本都能滿足要求。但是經(jīng)過一段時間風(fēng)擺等自然因素影響，再次檢查時，螺栓緊固率明顯降低。本文以K94法蘭盤大螺栓為例，其實(shí)際初緊時間為2012年12月2日，跟蹤監(jiān)測扭矩值20天（分層抽樣，每種型號螺栓檢測10顆取平均扭矩值），具體情況見表2。表2螺栓扭矩值隨時間變化表時間2012122201212420121262012128扭矩值（M24）380NM360NM340NM330NM扭矩值（M30）600NM570NM540NM520NM扭矩值（M36）880NM840NM800NM770NM扭矩值（M42）1400NM1300NM1200NM1150NM扭矩值（M48）2100NM2000NM1900NM1800NM時間20121210201212122012121420121216扭矩值（M24）320NM310NM300NM300NM扭矩值（M30）500NM480NM470NM460NM扭矩值（M36）740NM710NM690NM670NM扭矩值（M42）1100NM1060NM1020NM980NM扭矩值（M48）1750NM1700NM1650NM1600NM時間20121218201212202012122220121224扭矩值（M24）290NM290NM280NM280NM扭矩值（M30）450NM440NM430NM430NM扭矩值（M36）650NM640NM640NM640NM扭矩值（M42）960NM950NM950NM950NM扭矩值（M48）1560NM1520NM1500NM1500NM（3）鋼管塔主材的腳釘和爬梯正下方法蘭盤螺栓，由于位置特殊，無法使用電動扭矩扳手，只能采用人工緊固，如圖2所示。受人為因素影響，人工緊固難以達(dá)到扭矩值標(biāo)準(zhǔn)，且很難統(tǒng)一。（4）電動扭矩扳手對電源質(zhì)量要求較高，不允許電壓出現(xiàn)較大波動，還對電源、電纜線功率要求較高。但是施工現(xiàn)場接入電源非常困難，只能采用發(fā)電機(jī)供電，其輸出電能質(zhì)量差，電壓不穩(wěn)定，對螺栓緊固質(zhì)量影響較大。（5）螺栓緊固標(biāo)準(zhǔn)中，要求半帽（防松作用）扭矩值為設(shè)定值的一半。但實(shí)際操作中，由于半帽厚度較小，給施工帶來較大困難，導(dǎo)致其扭矩值很難達(dá)到要求。圖2腳釘及爬梯附近螺栓緊固施工圖（6）電動扭矩扳手重量大、體積大，導(dǎo)致高空作業(yè)人員很難用背帶將儀器背至高空，且存在較大安全隱患。另外，部分廠家發(fā)貨時未配備Z字形反力臂，造成相鄰螺栓的螺紋在螺栓緊固過程中受到損傷，還導(dǎo)致現(xiàn)場部分螺栓無法緊固。（7）螺栓廠家提供的少量螺栓存在打滑、滑絲等質(zhì)量缺陷，螺栓緊固時容易出現(xiàn)整體打轉(zhuǎn)現(xiàn)象。另外，部分螺栓和法蘭盤眼孔存在鍍鋅層厚度不均現(xiàn)象，由于螺栓與螺帽間摩擦力受鍍鋅層厚度影響較大，導(dǎo)致此類螺栓緊固時，很難統(tǒng)一扭矩值。（8）按照電動扭矩扳手操作說明上的要求，螺栓緊固必須一次到位，不得重復(fù)緊固。但是，螺栓緊固過程中反力臂對設(shè)備沖擊較大，工人無法平穩(wěn)控制設(shè)備，使得套筒與法蘭盤平面難以保持垂直狀態(tài)，因而影響螺栓緊固質(zhì)量。4解決方案與總結(jié)針對施工中遇到的問題，淮上線18標(biāo)項目部派專人多次到現(xiàn)場調(diào)研分析，并召開螺栓緊固專題會議，最后通過與設(shè)計院、業(yè)主和監(jiān)理等單位協(xié)商，提出以下解決方案（1）為減小風(fēng)擺等自然因素對螺栓緊固質(zhì)量造成的影響，對已緊固螺栓進(jìn)行定時復(fù)緊。本文以K92為例，其初始緊固時間為12月2日，對其每隔4天進(jìn)行一次螺栓復(fù)緊，跟蹤檢測螺栓扭矩值20天（分層抽樣，每種型號螺栓檢測10顆取平均扭矩值），具體情況見表3。此外，大風(fēng)、雨雪過后，應(yīng)組織高空作業(yè)人員進(jìn)行螺栓復(fù)緊。表3螺栓扭矩值隨時間變化表時間2012122201212420121262012128扭矩值（M24）380NM350NM380NM360NM扭矩值（M30）600NM520NM600NM550NM扭矩值（M36）880NM700NM880NM800NM扭矩值（M42）1400NM1300NM1400NM1330NM扭矩值（M48）2100NM2000NM2100NM2020NM時間20121210201212122012121420121216扭矩值（M24）380NM360NM380NM370NM扭矩值（M30）600NM570NM600NM570NM扭矩值（M36）880NM820NM880NM840NM扭矩值（M42）1400NM1350NM1400NM1370NM扭矩值（M48）2100NM2040NM2100NM2060NM時間20121218201212202012122220121224扭矩值（M24）380NM370NM380NM380NM扭矩值（M30）600NM590NM600NM600NM扭矩值（M36）880NM860NM880NM880NM扭矩值（M42）1400NM1390NM1400NM1400NM扭矩值（M48）2100NM2080NM2100NM2100NM（2）按照電動扭矩扳手廠家提供的操作說明，結(jié)合螺栓緊固施工方案作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行螺栓緊固。在施工現(xiàn)場允許的情況下，處于對角位置的螺栓須同時緊固，并且盡量保持電動扭矩扳手套筒垂直與法蘭盤平面。另外，為了保證螺栓緊固質(zhì)量，可以適當(dāng)增大扭矩值，在原設(shè)計給定扭矩值基礎(chǔ)上提高10。（3）廠家繼續(xù)改進(jìn)電動扭矩扳手內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高工作性能，降低設(shè)備整體返修率。應(yīng)在設(shè)備內(nèi)部設(shè)置穩(wěn)壓電路，過壓過流保護(hù)電路等。另外，廠家應(yīng)提高設(shè)備背帶的強(qiáng)度，確保安全施工。（4）螺栓生產(chǎn)廠家應(yīng)提高螺栓加工質(zhì)量，統(tǒng)一螺栓鍍鋅層厚度，嚴(yán)禁不合格螺栓進(jìn)入施工現(xiàn)場。針對螺栓緊固過程中整體打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在螺栓尾部加裝反力臂套筒。（5）對縫隙較大的法蘭盤螺栓，嚴(yán)禁以增加扭矩值的方式消除法蘭盤間縫隙。對主材爬梯和腳釘正下方的螺栓，考慮到人工緊固難以達(dá)到扭矩值要求，應(yīng)適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)。另外，對起防松作用的半帽也應(yīng)適當(dāng)降低扭矩值要求。（6）提高發(fā)電機(jī)、電纜線的功率和質(zhì)量，進(jìn)而改善輸出電能質(zhì)量，為電動扭矩扳手提供穩(wěn)定電壓，確保設(shè)備正常工作。（7）鑒于特高壓工程螺栓緊固工作量較大，據(jù)統(tǒng)計僅淮上線18標(biāo)段螺栓總量將近105萬顆，應(yīng)適當(dāng)增加電動扭矩扳手配置數(shù)量。上述方案經(jīng)過淮上線18標(biāo)第一檔放線區(qū)段K81A至K95試驗(yàn)，螺栓緊固效果良好，順利通過專家組的驗(yàn)收，保證了架線工程的順利開展。該工程驗(yàn)證了本文理