． Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 工业技术 地震作用对山区输电线路塔位稳定性的影响 曾梦川 谭世伟 （西南电力设计院， 四川成都６１００２１） 摘要：本文在对“５．１２汶川特大地震”中强震区及主要影响区内已建１１０ｋＶ～５００ｋＶ线路的受灾情况和典型塔位破坏特征进行调查 的基础上，结合福堂坝、太平驿及映秀电站～二台山２２０ｋＶ线路恢复重建工程的勘测成果和施工情况，初步分析了地震作用对输电线 路塔位稳定性的影响。 关键词：地质灾害；地震；输电线路塔位稳定性 中图分类号：ＴＭ７５ 前言 文献标识码：Ａ 随着我国西电东送战略的实施，输电线路 的电压等级越来越高’走跫高压、特高压交、直流输 电已成为主电网调配区域能源的主要手段。由 于我国西部地区受到印度板块向北推移挤压， 青藏高原强烈变形，高原内部及其边缘的活断 层上经常发生强烈地震，我国西部地区已经是 世界内部活跃的强烈地震区，因此很多西 部山区输电线路将从强震区穿过，跨越可能的 发震断层不可避免。确保西部山区输电线路的 地震安全十分重要，不仅可以避免造成巨额的 经济损失，还可以确保其他基础设施如通讯、交 通、供水等的正常运行避免次生灾害的发生，并 有利于救灾和灾后的生产恢复。 ２００８年“５・ｌ２汶川”地震是龙¨山断裂带 活动的结果，是新中国成立以来破坏性最强、波 及范围最广、灾难最严重的一次地震。 本次地震里氏８级，震中烈度达到１１度， 给该区域内的电网工程造成了极大的破坏。在 导线相互接近发生短路、断线以及绝缘 １０ｋＶ变电站、９１座３５ｋＶ变电站停运。累计停 应过大，地震作用下，由地震波引起的对铁塔结构和基 １键标志寄存器及ＰＬＣ的操作单元状态，为故障 诊断提供极大方便。 ３、无报警或无法报警的故障处理方法 数控系统中都有故障自诊断功能，一般情 况下发生故障时都有报警信息出现，根据机床 所使用的控制系统不同，提供的报警内容多少 不一，但按说明书中的故障处理方法检查，大多 数的故障都能找到解决方法。数控系统在实际 使用中也有些故障既无报警，现象也不是很明 显，对这种情况，处理起来就不像有据可查的那 样简单了。当系统的ＰＬＣ无法运行，系统已停机 或系统没有报警但工作不正常时，需要根据故 障发生前后的系统状态信息，运用已掌握的理 论基础，进行分析，做出正确的判断。下而阐述 中的Ｇ、Ｍ、Ｓ 功能的全部指令编成一个测试 程序，穿成纸带或存储到软盘上在进行诊断时 运行这个程序，可快速判定哪个功能出现问题， 这种方法一般在机床出现随机性故障时使用， 也可用于设备闲置时间较长重新投入使用时测 试用。 ３．５参数调整法：数控系统、ＰＬＣ及伺服驱 动系统都设置许多可修改的参数以适应不同设 备、不同工作状态的要求。这些参数不仅能使各 ５９条２２０ｋＶ输电线 础的破坏十分严重，而由于陡峭的地形、区域地 运４条５００ｋＶ输电线路、１２２条１ １０ｋＶ输电线路。严重损毁变电站ｌ６ 质构造、岩体风化破碎等引发的滑坡、崩塌及泥 路、２２０ｋＶ３座、１ｌＯｋＶ５座。四 石流等地震地质次生灾害对电网工程的破坏更 座，其中５００ｋＶ１座、川Ｉ全网损失负荷近４００万ｋＷ，负荷损失率为 为严重。 ８％，６市州负荷损失率达７５．７％。 在复杂的区域地质构造及地质地震背景 ３１．重灾区主要受损的线路有：２２０ｋＶ平回线、 下，线路路径及塔位选择时，如何合理利用地形 地质条件并考虑地震地质作用，将是线路勘测 ２２０ｋＶ福回一线、２２０ｋＶ福回二线、２２０ｋＶ耿山 南（北）线、２２０ｋＶ映山线、２２０ｋＶ渔山东（西）线、 设计中地质工作者的重要任务。 １放川大地震对震区输电线路的破坏现状 ２２０ｋＶ平山线、２２０ｋＶ源山南（北）线、２２０ｋＶ丹 １１０ｋＶ映灌线、２２０ｋＶ福银线、２２０ｋＶ竹 ２００８年５月１２日１４点２８分，汶川发生 山线、２２０ｋＶ红薛线、２２０ｋＶ薛州线、２２０ｋＶ州 了举世震惊的罩氏８．０级特大地震。地震不但给 茂线、茂线共５条线路、５００ｋＶ茂谭一二线及２２０ｋＶ 上百万家庭带来巨大灾难，也摧毁了大量的电 网设施。 茂永线等。 ５月１２日，大地震发生的瞬间，四川、甘肃、 ２地震地质灾害类型的调查 通过对“５．１２”地震重灾区输电线路的损毁 陕西、重庆等地电网负荷剧减，２４７座３５ｋＶ及 我们发现输电线路的损毁主要是由： 以上变电站停运；１６４３条１０ｋＶ及以上输电线 情况调查，ａ１因地震断层地表破裂、地面变形引发的震害 路停运。 “５・１２”汶川大地震后，四川主网有一座 不均匀沉降引起的震害；ｃ炊生地质灾害；ｄ腧电 ｅ）因地震反 ５００ｋＶ变电站、１３座２２０ｋＶ变电站、６９座 塔结构抗震设计不足所引发的震害；故障诊断专家系统是一个或一组能在数控领 域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复 杂问题的一种人工智能计算机程序。该程序可 自动模仿专家利用知识解决复杂问题的思维活 动，这就使普通工作人员同样能对故障做出具 有专家级水平的诊断结论。现代的故障诊断专 家系统是由知识库、推理计算机和人工控制器 组成。知识库内存储了专家分析、故障判断和如 何消除故障的经验知识。这些知识用于读出数 通过人工控制器，编程员可 电气系统与具体设备相匹配，而且更是使设备 控系统的状态信息，各项功能达到最佳化所必需的。因此，任何参数 用简捷的记述把专家的知识编成程序，并把程 的变化甚至丢失都是不允许的，一旦出现干扰 序变成知识库目标形式，再存储到知识库中。推 或其它原因会造成参数丢失或混乱，从而使系 理机通过运行程序进行推理，操作者也可通过 。统不能正常Ｔ作，这时应根据故障特征，检查和 显示单位，用简单的人机对话的方式选择故障 必要时回答系统的提问，以补充为得出结 核对有关参数，在排除某些故障时，有时还需对 状态，这种故障诊断和排除办法。 某些参数进行调整。 论所需的其它信息。 ３．１通电检查法 ３．６备件置换法：当故障分析结果集中于某 五、结束语 先用万用表检查各种电源之间有无断路， 数控系统故障诊断方法很多，实际应用时 如无即可接人相应的电源，目测有无冒烟、打火 印制电路板上时，由于电路集成度的不断扩 一等现象，手摸元器件有无异常发热，以此可发现 些较为明显的故障，而缩小检修范围。 ３．２仪器测量方法 当系统发生故障后，采用常规电工检测仪 器、工具，按系统电路图及机床电路图对故障部 分的电压、电源、脉冲信号等进行实测判断故障 所在。 ３．３接口信号检查法：现代数控系统多将 ＰＬＣ集成于其中，而ＣＮＣ与ＰＬＣ之间则以一系 列接口信号形式相互通讯联接。有些故障是与 接口信号错误或丢失相关的，通过用可编程序 控制器检查机床控制系统的接口信号，并与接 口手册的正确信号相对比，可查出相应的故障 点。 ３．４功能程序测试法：这种方法将数控系统 一大而要把故障落实于其上某一区域乃至某一元 件是十分困难的，为了缩短停机时间，在有相同 备件的条件下可以先将备件换上，并做相应的 初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后再 去检查修复故障板。 ３．７原理分析法：根据ＣＮＣ系统的组成原 理，可从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参 数（如电压值或波形），然后用万用表、逻辑笔、 示波器或逻辑分析仪进行测量、分析和比较，从 而对故障定位。 并无严格的界限，可能用一种方法就能排除故 障，亦可能需要多种方法同时进行，通过对故障 诊断方法的探讨，其目的是帮助维修人员迅速 准确地查明故障原因、确定故障部位。对数控设 备的生产调试、使用和维修能够起到一定的指 导作用。 参考文献 『１］沈兵，厉承兆．数控系统故障诊断与维修手册． 机械工业出版社，２００９，㈣版社２００８，（０７）． ． １２Ｉ李恩林．数控系统插补原理通论．国防工业出 ｆ３１辛建光，潘孟春，陈棣湘，蒋巧文．嵌入式Ｗｅｂ 视频服务器的设计ＩＪ１．兵工自动化，２００５，（０１）． 中敏数控机床交流伺服系统参数调制与故 障排除策略｛Ｊ１．机床电器，２００７，（０６）． ４、故障诊断专家系统 在生产现场中，机床发生故障的几率非常 大，如果发生的故障不能及时解决的话，会给用 户带来一定的经济损失。为了解决这个问题，故 障诊断专家系统便得以在一些数控系统中建立 一１００一 中国新技术新产品 工业技术 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏ——— ｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ — Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 子的震坏；Ｄ由相邻塔位的震害引起的破坏等六 围相对小。 震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地 方而的因素引起的。前面三个因素是主要的地 ２．３．２．崩塌 段作出综合评价。 震地质灾害类型，是输电线路地质勘测的重点。 项目、灾害类型点 滑坡 崩塌 不稳定斜坡 基础扰降 保坎变形 山区线路选定塔位时，应尽量避开抗震不 ２１．因地震断层地表破裂、地面变形引发的 利地段，但由于受设计方案等原因，存在少 ２２０ｋ￣红薛线（椰基１ ｌ１ 震害 数塔位处于抗震不利地段，应采取支护、抗滑桩 这次地震是龙门山断裂带内映秀一北川断 ２２ｎｋｖ麓永线（７４摹）及地基处理等有效的工程处理措施。 裂活动的结果。在地震发生的短短一分多钟 ２２０ＫＶ州麓线（１３７基）对于容易发生地震次生地质灾害，如滑坡、崩 时问内，地壳深部的岩石中形成了一条长约３００ 塌、泥石流及不稳定斜坡等抗震危险地段，可能 ２２０Ｋ￣竹麓线（１７０基） ２０ 公里、深达３０公里的大断裂，其中的２００余公 导致输电线路塔位地段的场地失稳或上方滚石 共计： 里出露地表，形成滑映秀一北川断裂分布的地表 砸坏铁塔时，须进行避让处理。 破裂带。地震地表破裂带延伸方向是从西南到 ３．２．１．抗震不利地段对塔位的影响 崩塌主要发生于由硬性基岩组成的高陡斜 东北，断裂面向西北方向倾斜，相对于四川盆 坡，正是由于地震灾区山高谷深、通过现场调查发现，在条状突出的山嘴、高 地形陡峭、河 地，龙¨山沿这条地表破裂带既有向上的运动， 流对坡脚的侧蚀作用以及修建公路等人类活动 耸的山丘、非岩质的陡坡、软弱土、液化土 又有向东北方向的运动，其最大垂直错距和水 产生的Ｉ临空面，为地震引发大量的崩塌提供了 等抗震不利地段导致的地震地质灾害往往发育 平错距分别达到５米和４．８米，沿整个破裂带的 有利条件，造成崩塌和倒石堆发育甚至成群出 严重。而稳定的基岩边坡、开阔平坦的场地及密 平均错距可达２米左右。与之相对应的地表均 现，导致交通及输电线路严重中断。 实的地基土等抗震有利地段则地震危害较小。 是震灾最严重的地方。这次地震还引起了大区 ２．３．３．泥石流 １）、灾害发育与地形和微地貌的关系。崩塌和滑 域的地表变形。震后的全球定位系统ＧＰＳ观测 灾区的泥石流多为地震次生地质灾害产 坡发生部位往往具有选择胜，即通常发生在对 表明，龙门山和四川Ｉ盆地除了在水平方向上发 物，由于大量的风化碎屑物堆积于斜坡，以及发 地震波有明显放大效应的部位，如单薄山脊、多 生大幅度的相向运动外，龙门山大幅度上升。四 育的滑坡及崩塌堆积体残存于沟谷、河流，在集 面临空孤立山体以及河谷中上部坡型转折部位 川盆地相对下降，下降幅度在沿龙门山前的安 中降水或沟谷阻塞等条件下，多形成沟谷性泥 等地段，开阔平坦场地震害明显较少。２】、地震灾 县、都江堰一带最大，达３０，－，６０厘米，向东迅速 石流。 变小，到重庆一带反而表现出数毫米的上升现 ２．３４．不稳定斜坡 象，但误差较大。这种大尺度的地表变形图像是 包括：“断裂”、“震裂”、“滑裂”形成的震裂 地震引起的弹性暂态形变，随着时问的推移会 山体，以及表层局部滑塌、崩落后的堆积斜坡 逐渐停息，恢复到原来的稳定运动状态。因此位 等。在映秀灾区等地，发震断裂发散，主要以断 于此区域的输电线路必然会因地表破裂、地面 裂裂缝的形式出露于地表。裂缝长可达数ｋｍ， 变形发生倒塔断线等事故。 宽可达数ＩＩ１。 ２．２不均匀沉降引起的震害 震裂山体分类表： 基础发生不均匀沉降或倾斜，导致铁塔构 ２．３．５．砂土液化 件变形。此类震害也比较普遍。“５．１ ２”汶川地震 由于地震灾区主要分布于四川西部的龙门 引起较远地区的二自线两基铁塔主材变形。分 山地带，多为高山峡谷，饱和砂土液化仅分布江 析其原因是塔位地基不均匀沉降或位移，使超 河两侧阶地的局部地段。 害发育与地基土的关系。地震灾害发育程度取 静定结构的铁塔产生次应力，部分杆件有较大 ３．不同地震地质灾害类型对塔位稳定性的 决于地基土的类型号｝生质及地下水埋藏条件。 变形。 影响分析 软土的震害大于硬土，土体的震害大于基岩；松 二自线两基铁塔均处于软土地基，属于对 输电线路塔位的稳定性主要由路径选择和 散沉积物厚度越大，震害越大，软弱土层埋藏愈 建筑物抗震不利的场地土。软土地基地震时的 塔位选择两方面的因素决定，因此我们从地震 浅、厚度愈大，震害愈大；地下水埋深越小，震害 主要问题是产生附加沉降，而且这种沉降常是 地质灾害对路径选择和塔位选择的影响来进行 越大。同时地基的液化将对地基土承载力有较 不均匀的。地震时，地基的应力增加，土的强度 分析。 大的降低，在地震作用下可能产生地基不均匀 下降，地基土被剪切破坏，土体向两侧挤出，致 ３．１地震地质灾害对路径选择的影响 沉降或基础位移，从而导致铁塔杆件变形，因 使基础沉降、倾斜，从而导致铁塔构件变形。 通过调查，映秀 ｌ—青川断裂的北西侧 此，勘测设计时应对饱和砂土地基土进行液化 ２．３．次生地质灾害 （断裂上盘）发育地质灾害的密度及规模均大于 鉴定，并采取必要的处理措施。 地震引起的次生地质灾害是山区输电线路 其南东侧（断裂下盘），是由于该断裂具逆冲走 ３２２．抗震危险地段对塔位的影响 损毁的主要原因。当强烈地震发生时，往往会产 滑性质，上盘的活动远大于下盘，导致该断裂上 抗震危险地段为：活动Ｉ生断裂带和大断裂 生地震次生地质灾害，并引发山崩地裂、滑坡、 盘的灾害发育程度高。因此为避免因地震断层 破碎带、强烈振动效应和地面效应的地段、不稳 泥石流及喷砂冒水等现象。汶川大地震地动１１１ 地表破裂、地面变形引发的震害，在规划输电线 定的斜坡或可能会产生斜坡效应的地段，孤立 摇，引发了大量的滑坡、崩塌、泥石流等次生地 路的路径方案时应注意下列问题。１）、加强区域 突出的地形地段等。位于抗震危险地段的输电 质灾害。据统计次生地质灾害多达１３，０００多处， Ｉ裂缝 成因 延伸特征 错动特征 出露位置 线路，地震时地面断裂错动会直接破坏铁塔，大 潜在隐患点近８，７００处，有危险的堰塞湖３０多 断裂破碎带可能会使震害加剧，并可能产生地 座。汶川地震引发如此多的次生灾害，主要是由 斯裂山体 断裂活动 长 水平张开错动为 沿断裂带羼布 基不均匀沉降等。塔位选择时须避让抗震危险 主 局部 错 于地震震级大、震源浅、活动断裂多，以及山高 震裂ｌ…本 地震动倚载反 较长 水平张开、临空一 长条形山脊 地段，包括地震时可能滑坡、泥石流、崩塌等，以 深谷等自然因素所致。 复作用 删可见下错 及发震断裂带上可能发生地表位错部位等。 线路塔位的地震次生灾害类型调查表： 措裂…体 局部滑塌 较短局部 下错为主 斜坡坡面 结论。本文仅对“５・１２汶川特大地震”中强 ２．３．１．滑坡 震区及主要影响区内已建线路的受灾情况和典 受“５．１２汶川”地震影响，灾区滑坡分布广 地质及地震地质资料的搜集，研究区域构造、断 型塔位破坏特征进行调查的基础上，初步分析 及规模大，实属罕见。滑坡导致淹没道路、堵塞 裂的展布方向，特别是活动性断裂的方向、上下 了地震作用对输电线路塔位稳定性的影响，为 河谷、线路及建筑破坏、甚至摧毁农田和村庄， 盘、断裂带的宽度及地震历史活动性等方面进 今后的类似工程提供了一些相关工程经验。但 给人民生命财产及电力设施带来重大危害。灾 行分析。２）、线路路径应尽量垂直或大角度穿越 进一步认识地震作用对山区输电线路塔位稳定 区的滑坡主要类型分为：硬岩类滑坡、软岩类滑 活动断裂及断裂破碎带，尽量减小断裂及地震 性的影响还需更深入的调查与研究。 坡及松散堆积物滑坡等。 活动对线路塔位的安全影响。３）、当路径受城镇 参考文献 １）、硬岩类滑坡。本次地震发生的大滑坡以 规划、军事、风景区及矿藏等条件，部分线 『１］《岩土工程师手册》人民交通出版社． 新发生的为主，尤其以硬岩类滑坡居多，如“青 路不能不穿越断裂，应首先考虑路径选择在活 １ｅｌ＜＜建筑抗震设计规范》ＧＢ ５００１ １－２０１０中华人 川东河口滑坡”为花岗岩、灰岩等硬岩高位抛射 动断裂的下盘，避免线路路径选择在活动性断 民共和国住房和城乡建设部． 型滑坡（滑面近水平）、顺层结构面）滑坡。２）、软 裂破碎带中 ｆ３１《岩土工程勘察规范》ＧＢ ５０ｏ２１－２００１建设部． 岩类滑坡。斜坡表层大面积溜滑、剥皮。３）、松散 的影响 『４］李云霞《汶川大地震输电线路受损情况调研》． 堆积物滑坡。为古滑坡复活、斜坡浅表层松散物 线路路径及塔位建筑场地时，应根据 质滑坡，本次地震古滑坡的复活规模小，变形范 工程的需要，掌握地震活动情况、工程地质和地 中国新技术新产品 一１０１—
