河南省电力勘测设计院输电线路QC小组成果报告

-.z.----.可修编.目录小组概况1小组概况1选题理由2选题理由2现状调查3现状调查3设定目标4设定目标4分析原因5分析原因5确定要因分析原因6确定要因分析原因6制定对策7制定对策7实施对策8实施对策8检查效果9检查效果910巩固措施10巩固措施11总结回顾和今后打算11总结回顾和今后打算一：双柱组合耐*塔TANS程序计算文件二：双柱组合耐*塔成果图纸小组概况注册登记小组名称输电线路QC小组课题名称降低500kVSJC2双回路耐*塔造价所属部门线路部辅导员何英注册编号2013-02课题编号2013K02组类型攻关型成立日期2013年1月2、小组成员序号**性别年龄文化程度职务职称单位组内分工1王苗苗女28硕士组长工程师**组织活动，推进实施，成果总结，活动记录等。2*先俊男50本科副组长教高**参与方案研讨，现状调查，对策制定以及对策实施等。3殷黎明男27硕士组员助工**4郭咏华男38本科组员高工**5*建明男29硕士组员工程师**6魏冲男36本科组员工程师**审定方案和对策，组织协调，对策实施以及结果检查等。7邓锦辉男34本科组员工程师**8潘少成男36本科组员工程师**9郭杰男35硕士组员工程师**参与方案研讨，现状调查，对策制定及实施，以及活动记录等。10屈讼昭男26硕士组员助工**备注：小组成员共有10人，平均年龄33.9岁，其中，教高1人，高工1人，工程师6人，助工2人，文化程度均为大学本科及以上。3、小组活动情况活动时间2013.1~2013.11活动次数11接受QC教育时间35小时出勤率97%以上课题（2008）“课题（2008）“减少500kV双回路直线塔钢材用量”（**省和中国水电质协优秀QC小组）课题（2010）“课题（2010）“降低500kVSJC1双回路转角塔造价”（全国优秀QC小组）课题（2002）“减少500kV单回路转角塔钢材用量”（全国工程建设优秀QC小组）QC小组活动程序我们小组工作方法采用PDCA循环模式。这种工作模式科学、严谨，适合我们小组的课题目标。P（Plan）——P（Plan）——计划，包括方针和目标的确定及活动计划的制定。D（DO）——执行，就是具体运作，实现计划中的内容。C（Check）——检查，就是要总结执行计划的结果，分清哪些对了，哪些错了，明确效果，找出问题。A（Act）——处理或行动。为使本次QC活动有计划、有步骤、有目的进行，小组制定了活动计划进度表：表1.1QC小组活动计划进度表阶段内容20131月20132月20133月20134月20135月20136月20137月20138月20139月201310月201311月P选择课题问题症结确定目标分析原因确定要因制定对策D实施对策C效果检查A巩固措施总结回顾今后打算注：计划进度实际进度二、选题理由降低降低500kVSJC2双回路耐*塔造价院对本部要求贯彻我院院对本部要求贯彻我院“双开拓、双巩固”的方针，我院对线路部提出了提高输电线路工程中标率，创造更大的经济效益的要求。我院技经专业统计祥符~庄周500kV线路工程结果显示，我院设计的500kV双回路耐*塔的造价比同时期国内先进水平高10%左右。我院技经专业统计祥符~庄周500kV线路工程结果显示，我院设计的500kV双回路耐*塔的造价比同时期国内先进水平高10%左右。目前存在问题目前存在问题三、现状调查我们输电线路QC小组针对本次课题，对双回路耐*塔造价，通过调阅档案、向外院借资等方法，进行以下两个方面的现状调查。现状调查一：我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔造价情况现状调查一：我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔造价情况调查人员：殷黎明调查时间：调查内容：通过查阅我院近年设计的4个500kV输电线路工程资料，分析500kVSJC2双回路耐*塔造价情况。输电塔造价=材料费+运输费+安装费输电塔造价=材料费+运输费+安装费=（材料+运输）*输电用钢量量+安装*构件数量表3.1我院设计500kVSJC2双回路耐*塔造价表工程名称塔型呼高/m)用钢量/kg材料/万元运输/万元安装/万元总造价/万元济源~牡丹500kV线路工程SJC22175334.170.174.567.48=sum(E2:G2)82.212481178.375.614.888.34=sum(E3:G3)88.832785087.579.265.178.43=sum(E4:G4)92.863090189.584.015.429.23=sum(E5:G5)98.66平均值=average(D2:D5)82947.35=average(E2:E5)77.2625=average(F2:F5)5.0075=average(G2:G5)8.37=sum(D6:F6)90.64祥符~庄周500kV线路工程SJC22158248.251.252.617.24=sum(E7:G7)61.12461689.454.272.827.37=sum(E8:G8)64.462765288.757.433.037.5=sum(E9:G9)67.963068632.760.363.128.3=sum(E10:G10)71.78平均值=average(D7:D10)63464.75=average(E7:E10)55.8275=average(F7:F10)2.895=average(G7:G10)7.6025=sum(D11:F11)66.325**电厂~**π接**西变500kV线路工程SJC22142645.6039.662.604.36=sum(E12:G12)46.622446469.2043.212.814.75=sum(E13:G13)50.772749673.2946.193.005.08=sum(E14:G14)54.273051581.7947.973.125.27=sum(E15:G15)56.36平均值=average(D12:D15)47592.47=average(E12:E15)44.2575=average(F12:F15)2.8825=average(G12:G15)4.865=average(H12:H15)52.005华豫电厂~**变500kV线路工程SJC22144246.7141.152.674.52=sum(E17:G17)48.342448571.1745.172.944.97=sum(E18:G18)53.0865.772751677.3048.063.125.29=sum(E19:G19)56.473053581.5449.833.235.48=sum(E20:G20)58.54平均值=average(D17:D20)49519.18=average(E17:E20)46.0525=average(F17:F20)2.99=average(G17:G20)5.065=average(H17:H20)54.1075平均值60880.9455.853.446.47565.77所占比例84.9%5.2%9.9%100%备注：材料费在输电铁塔总造价中占的比重远远比运输、安装所占的比重大。表3.2SJC2造价调查汇总表表3.2SJC2造价调查汇总表造价类型材料造价类型材料运输安装造价/万元55.853.446.475累计造价/万元55.8559.2965.77所占比例84.9%5.2%9.9%累计比例84.9%90.1%100%问题症结材料费用占500kVSJC2双回路耐*塔造价的84.9%。500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大，是导致材料造价高的主要原因。材料造价高是造成500kVSJC2双回路耐*塔造价高的主要原因。问题症结材料费用占500kVSJC2双回路耐*塔造价的84.9%。500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大，是导致材料造价高的主要原因。材料造价高是造成500kVSJC2双回路耐*塔造价高的主要原因。结论一500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大，导致材料造价高，是造成500kVSJC2双回路耐*塔总造价偏高的问题症结。结论一500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大，导致材料造价高，是造成500kVSJC2双回路耐*塔总造价偏高的问题症结。现状调查二：我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔用钢量调查现状调查二：我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔用钢量调查调查人员：王苗苗调查时间：调查内容：1、从现状调查一表3.1中可以看出，我院设计的4个500kV输电线路工程中SJC2双回路耐*塔的钢材用量在=average(D12:D15)47592.47kg~=average(D2:D5)82947.35kg之间，平均用量在60880.94kg左右；总造价在=average(H12:H15)52.005万元~=sum(D6:F6)90.64万元之间，平均总造价在65.77万元左右；2、小组成员王苗苗通过查阅《中国电建》等杂志与文献中关于500kVSJC2双回路耐*塔用钢量的论文，对比我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔用钢量，与目前国内先进水平用钢量数据，分析结果如表3.3所示。表3.3我院设计500kVSJC2双回路耐*塔用钢量调查表塔型呼高/m我院输电塔用钢量/kg国内先进水平用钢量/kg我院输电塔偏重/kgSJC22155118.747884.87233.92459477.051981.07469.02762931.755798.07133.73065996.458782.47214.0平均值=average(C2:C5)60880.95=average(D2:D5)53611.55=average(E2:E5)7262.65结论二我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔用钢量比国内先进水平约重结论二我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔用钢量比国内先进水平约重7300kg。四、设定目标1、目标值从上述关于我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔造价，以及500kVSJC2双回路耐*塔用钢量现状的调查，分别从输电铁塔用钢量和造价两方面进行目标设定：用钢量大是造成500kVSJC2双回路耐*塔造价高的主要原因。用钢量：减少500kVSJC2双回路耐*塔用钢量7.3吨，降低比例12.0%。用钢量大是造成500kVSJC2双回路耐*塔造价高的主要原因。用钢量：减少500kVSJC2双回路耐*塔用钢量7.3吨，降低比例12.0%。造价：降低500kVSJC2双回路耐*塔造价6.789万元，减少比例10.3%。造价：降低500kVSJC2双回路耐*塔造价6.789万元，减少比例10.3%。目标值计算：用钢量：由表3.3可以看出，我院设计的500kVSJC2双回路耐*塔平均用钢量比国内先进水平重约7.3吨，经过讨论，我们小组拟定本次活动的目标为：降低用钢量7.3吨，减少比例：12.0%；降低500kVSJC2双回路耐*塔造价6.789万元，减少比例10.3%。目标计算：用钢量：7.3/=average(C2:C5)60.88（平均用钢量）=12.0%；造价：6.789/65.77（平均总造价）=10.3%。降低6.789万元，比例降低6.789万元，比例10.3%降低7.3吨，比例12.0%分析原因输电线路QC小组成员，分别从“人员”、“软件”、“设计”、“材料”、“资料”等5个方面，进行500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大的原因分析，编制如下因果分析树图：500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大人员软件设计材料资料优化设计理论掌握少设计人员设计经验指数偏低结构专业技能学习不足设计人员同类工程设计经验不足设计软件功能不够完善设计软件缺少一些计算模块设计软件荷载计算不够优化软件荷载加载方式不够优化设计方案不够优化塔型选择较为单一杆件结构裕度偏大塔型选择不能满足最低用钢量要求杆件未达到最佳受力状态铁塔主材用钢量大铁塔主材规格大塔身主材强度低可借鉴的优化资料少我院现有参考资料不足确定要因小组成员对上述因果分析树图中所示造成500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大的8个末端原因进行逐条分析讨论，制成如下要因确认表，明确了确认内容、确认方法以及验证标准。表6.1要因确认计划表序号末端原因确认方法确认内容确认标准负责人完成时间1结构专业技能学习不足统计分析线路部培训考核成绩及格率线路部专业培训考核及格率：95%。郭咏华2013.2.15~2设计人员同类工程设计经验不足统计调查设计人员参与设计工程量及工作年限至少有完成2个耐*塔设计经验及工作年限在3年以上。王苗苗殷黎明2013.2.18~3设计软件缺少一些计算模块调查分析现有计算手段进行铁塔设计时间现有软件计算铁塔时间≤5小时。屈讼昭郭咏华2013.2.25~4软件荷载加载方式不够优化计算分析计算软件计算荷载形式对用钢量的影响软件计算荷载添加形式对塔用钢量的影响>3%。屈讼昭郭咏华2013.3.05~5塔型选择不能满足最低用钢量要求计算分析单塔型式对用钢量及造价的影响选用合理塔型减轻用钢量5%。郭咏华*先俊*建明郭杰2013.3.05~6杆件未达到最佳受力状态调查分析塔身结构布置对受力分析塔身杆件受力裕度：3~7%。邓锦辉郭杰2013.3.10~7塔身主材强度低调查分析铁塔主材强度对用钢量及造价的影响选用铁塔主材能够达到最优造价水平。邓锦辉郭咏华王苗苗2013.3.10~8我院现有参考资料不足统计分析现有结构专业资料覆盖率我院结构专业参考资料覆盖率达85%。殷黎明王苗苗郭咏华2013.3.15~末端原因一：结构专业技能学习不足要因确认标准：线路部培训考核合格率：95%以上。2013年2月20日，输电线路QC小组在迪森8楼会议室进行了培训考核。参与本次结构专业技能培训的成员有：郭咏华、邓锦辉、*建明、王苗苗、殷黎明、屈讼昭、郭杰；80分以上80分以上为考试合格输电线路QC小组全体成员经过7次专业知识培训，7名小组成员全部达到了合格线80分以上，合格率达100%输电线路QC小组全体成员经过7次专业知识培训，7名小组成员全部达到了合格线80分以上，合格率达100%。结构专业技能学习不足不是要因末端原因二：设计人员同类工程设计经验不足要因确认标准：至少有完成2个耐*塔设计经验及工作年限在3年及以上。统计输电线路QC小组结构专业成员参与双回路耐*塔设计情况，列表如下：输电线路QC小组成员均有完成2个以上耐*塔设计的经验，都有3年以上工作经验，全面掌握双回路耐*塔的设计知识与技能。设计人员同类工程设计经验不足输电线路QC小组成员均有完成2个以上耐*塔设计的经验，都有3年以上工作经验，全面掌握双回路耐*塔的设计知识与技能。设计人员同类工程设计经验不足不是要因**工程项目名称个数工作年限王苗苗浙北~浙中~浙南~**1000kV交流线路工程SJC271011计算24国网输电线路通用设计2F11-SJC2计算*建明**~皖南~浙北~沪西1000kV交流线路工程SKC301计算25浙北~浙中~浙南~**1000kV交流线路工程SZJC27101计算郭杰浙北~浙中~浙南~**1000kV交流线路工程SJC271016计算210灵州~**±800直流线路工程Z27101计算郭咏华浙北~浙中~浙南~**1000kV交流线路工程SJC271013计算217**~皖南~浙北~沪西1000kV交流线路工程SZC307计算邓锦辉浙北~浙中~浙南~**1000kV交流线路工程SJC271013计算310**~皖南~浙北~沪西1000kV交流线路工程FJ1计算浙北~浙中~浙南~**1000kV交流线路工程SJC271015计算末端原因三：设计软件功能不够完善要因确认标准：现有软件计算铁塔时间≤5小时。目前我院常用的铁塔设计软件主要有：自立式铁塔内力分析软件TTA及铁塔制图软件STW。自力式铁塔内力分析软件一般计算占铁塔总构件数量50%~70%左右的受力材，不能计算占总构件数量30%~50%的辅助材；现行铁塔制图软件不能计算制图控制尺寸。随机抽取结构专业5名设计人员，统计以往他们进行手算辅助材及铁塔控制尺寸计算的时间，如表6.3所示：手算一种铁塔的结构布置需要大量的时间和精力，而铁塔的优化设计需要多方案的优化比选。为了解决这一问题，我们科室在小组活动中编制了手算一种铁塔的结构布置需要大量的时间和精力，而铁塔的优化设计需要多方案的优化比选。为了解决这一问题，我们科室在小组活动中编制了铁塔辅助材计算程序及制图控制尺寸计算程序，大幅提高了铁塔的优化设计效率。人员辅助材计算（小时）控制尺寸计算（小时）累计（小时）王经运7253161*忠新6554119赵金丽7057127聂旭初7450124杜娜6852120平均值7053123图6.2铁塔辅助材计算程序流程铁塔铁塔辅助材计算程序及制图控制尺寸计算程序，使得铁塔设计多方案的优化比选成为可能。设计软件缺少一些计算模块不是要因末端原因四：软件荷载加载方式不够优化要因确认标准：软件计算荷载添加形式对塔用钢量的影响>3%。我们QC小组成员屈讼昭在自立式铁塔计算软件TTA的基础上，自主编制了输电铁塔计算程序TANS，修正了原有TTA的荷载添加形式，使软件在进行输电铁塔各工况计算时，更能符合实际情况。对比分析上表用钢量计算结果，可以得出，TANS计算的用钢量比TTA减轻1747.5~3088.5kg，下降比例为3%~5%。软件荷载加载方式不够对比分析上表用钢量计算结果，可以得出，TANS计算的用钢量比TTA减轻1747.5~3088.5kg，下降比例为3%~5%。软件荷载加载方式不够优化是要因表6.4计算结果对比表塔型呼高/m用钢量/kg减少重量/kgTTATANSSJC221=sum(D3:E3)56296.253584.72711.524=sum(D4:E4)60787.457942.22845.227=sum(D5:E5)65059.461932.33127.130=sum(D6:E6)68081.565129.12952.4平均值=average(C3:C6)63464.7=sum(C7:D7)62556.35=average(C3:C6)59647.3末端原因五：塔型选择不能满足最低用钢量要求要因确认标准：选用合理塔型减轻用钢量5%。从左柱状图可以看出，采用双柱组合耐*塔代替鼓形/伞型耐*塔，同呼高情况下，可以有效减轻用钢量1915.4从左柱状图可以看出，采用双柱组合耐*塔代替鼓形/伞型耐*塔，同呼高情况下，可以有效减轻用钢量1915.4~2939.1kg，用钢量减轻约4~5%。塔型选择不能满足最低用钢量要求是要因末端原因六：塔身结构杆件未达到最佳受力状态要因确认标准：塔身杆件受力裕度：3~7%。我们小组在2010年的QC小组活动中，采用合理的结构布置，有效的减轻了用钢量，成功应用在工程中，明显的降低了双回路耐*塔的造价。塔身结构杆件未达到最佳受力状态我们小组在2010年的QC小组活动中，采用合理的结构布置，有效的减轻了用钢量，成功应用在工程中，明显的降低了双回路耐*塔的造价。塔身结构杆件未达到最佳受力状态不是要因末端原因七：塔身主材强度低要因确认标准：选用铁塔主材能够达到最优造价水平。小组成员郭杰针对500kV双回路耐*塔，将原有的Q420角钢替换为Q690钢管，按照Q420角钢价格每吨7000元，Q690钢管价格每吨9000元计算，对比分析两种钢材情况下的用钢量及造价。通过比较可知，由于高强钢价格较贵，虽然主材采用高强度钢管能够有效降低塔重，但考虑价格因素，主材采用更高强度等级钢材并不能有效降低造价。塔身主材强度低通过比较可知，由于高强钢价格较贵，虽然主材采用高强度钢管能够有效降低塔重，但考虑价格因素，主材采用更高强度等级钢材并不能有效降低造价。塔身主材强度低不是要因末端原因八：我院现有参考资料不足要因确认标准：我院结构专业参考资料覆盖率达85%以上。小组成员*建明调查了我院现有线路结构专业资料情况，归纳如表6.5所示。表6.5我院线路结构专业资料情况调查表名称我院现有种类现有资料涵盖面我院够买种类向外院收资种类采取措施后资料涵盖面1输电线路设计规定1017%3225%2输电线路铁塔计算813%2220%3输电铁塔结构优化711%1215%4角钢截面输电铁塔设计77%2110%5钢管杆塔设计55%218%6高强钢的应用研究34%116%7新材料，新技术、新工艺在输电铁塔中的应用32%114%8其他51%112%9我院暂无总计3240%//10%10我院持有总计4860%131190%补充参考资料后补充参考资料前补充参考资料后补充参考资料前经过购买和向外院借经过购买和向外院借取资料后，我院参考资料专业知识涵盖面由原来的60%增加到90%，完全能够满足结构设计人员各方面的需求。我院现有的参考资料不足不是要因怎么办？要因确定：综上所述，导致500kVSJC2双回路耐*塔用钢量大的主要原因有：怎么办？软件荷载加载方式不够优化；软件荷载加载方式不够优化；塔型选择不能满足最低用钢量要求。制定对策通过前述，在综合分析造成双回路耐*塔用钢量大的主要原因之后，针对要因，制定了相应的对策。软件荷载加载方式不够优化软件荷载加载方式不够优化使用现有的自立式铁塔计算软件TTA使用现有的自立式铁塔计算软件TTA。方案一自力式铁塔内力分析软件，分段计算杆件风荷载及自重时存在多统计及漏统计现象，且单元类型单一。不选用使用我院自主研发的铁塔设计计算软件使用我院自主研发的铁塔设计计算软件TANS。改进后的铁塔设计计算软件，更加灵活计算空间任意风压分段对应风荷载和自重荷载，能够计算杆单元、梁单元及杆、梁混合单元。方案二选用方案二选用塔型选择不能满足最低用钢量要求塔型选择不能满足最低用钢量要求不选用鼓形/伞型耐*塔在跳线设计、塔高、用钢量、灵活性与安全性等方面存在诸多不足。方案一选用鼓形/伞型双回路耐*塔不选用鼓形/伞型耐*塔在跳线设计、塔高、用钢量、灵活性与安全性等方面存在诸多不足。方案一选用鼓形/伞型双回路耐*塔选用双柱组合耐*塔选用双柱组合耐*塔通过改变跳线布置方式、分塔挂线、取消横担等方案，很好的减轻用钢量。选用双柱组合耐*塔选用双柱组合耐*塔通过改变跳线布置方式、分塔挂线、取消横担等方案，很好的减轻用钢量。方案二不选用同等级、等呼高情况下，三柱组合耐*塔的用钢量比双柱组合耐*塔大，且施工较为复杂。选用三柱组合耐*塔方案三不选用同等级、等呼高情况下，三柱组合耐*塔的用钢量比双柱组合耐*塔大，且施工较为复杂。选用三柱组合耐*塔方案三表7.1对策制定表序号要因对策WHAT目标WHY措施HOW负责人WHO地点WHERE时间WHEN1软件荷载加载方式不够优化选择荷载加载方式合理的软件减轻用钢量2.4吨。优化铁塔荷载添加方式；软件培训。郭咏华屈讼昭**2013.3.25~4.052塔型选择不能满足最低用钢量要求选用能满足最低用钢量要求的塔型降低用钢量4.9吨。1）改变跳线布置方式（水平布置跳线和跳线串）；分塔挂线；取消横担。郭咏华王苗苗殷黎明郭杰**2013.3.25~4.05实施对策我们QC小组成员，在明确了对策、目标以及要进行的措施之后，根据自己的分工，在规定的时间内，很好的落实了每项措施，收到了良好的效果。实施对策一：选择荷载加载方式合理的软件实施对策一：选择荷载加载方式合理的软件对策目标：减轻用钢量2.4吨。实施依据：《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2012)，以及双回路耐*塔结构的受力特点。实施详情：根据我院设计的双回路耐*塔实际情况，结合“**~白河500kV线路工程”项目中500kVSJC2双回路耐*塔的使用情况，小组成员讨论分析输电线路铁塔杆件的传力路径，及其受力形式，总结其受力规律；小组成员郭杰等经过讨论，决定采用自立式铁塔内力分析软件TTA程序。我院在使用TTA计算软件的过程中，发现TTA在输电线路铁塔导地线挂线点荷载添加方面，存在一定的不足；同时旧版本的TTA已经不能很好的适应最新版的《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2012）的技术要求。我们线路部QC小组成员屈讼昭，在TTA的基础上，自主编制了输电铁塔结构计算程序TANS。经过小组成员的一致讨论，决定使用TANS对SJC2双回路耐*塔进行内力计算，并与TTA计算结果，进行相应的比较。措施1：优化铁塔荷载添加方式措施1：优化铁塔荷载添加方式由于国内输电线路铁塔计算软件TTA存在计算精度欠佳、计算效率偏低、计算单元类型单一、风荷载自动计算常发生错误、不支持国外规*等缺陷，特别是在使用TTA计算铁塔时，风荷载的添加方式，导致计算结果不理想，给输电线路铁塔设计计算工作造成一定的影响。我们线路部QC小组成员屈讼昭，自主编制的输电铁塔结构计算程序TANS，除拥有TTA塔身风压计算功能外，增加了“全节点”计算模式，可以更加灵活计算空间任意风压分段对应风荷载和自重荷载；并且，TANS程序统计每段挡风面杆件以及每段包含杆件自重时，严格按照体、面精确统计，并智能剔除重复统计杆件信息。TANS程序的风荷载添加方式如图8.1所示。图8.1TANS程序的风荷载添加方式措施2：软件培训措施2：软件培训我们线路部QC小组于2013年4月13日~19日进行了为期一周的软件培训。QC小组全部成员参加了本次培训，培训效果良好。主要的培训内容有：软件主要功能、计算方法、计算模型、特殊梁单元、有限元计算、软件支持规*、软件测试等方面的内容。软件主要功能：自动生成每基塔对应的ANSYS、SAP2000全荷载工况数据接口文件；自动绘制铁塔司令图、铁塔三维图；自动输出计算书、材料规格统计表；空间梁、杆单元线弹性有限元计算，计算节点位移、应变、应力；内力分析，计算杆单元轴力，梁单元轴力、剪力、弯矩，支座反力；自动选材，根据计算得出的梁、杆内力，程序自动选取满足规*要求的最小杆件。计算模型：线弹性空间梁、杆问题；空间杆单元模拟角钢；空间梁单元或杆单元模拟钢管；钢材视为弹性匀质材料，采用线弹性本构关系。特殊梁单元：TANS程序采用自由度释放的概念，根据杆件两端的联结情况对单元刚度矩阵和右端项荷载列阵做处理。自由度释放在有限元分析理论中又称为自由度凝聚。这种方法不必增加任何节点，也不需要推导专门的单元刚度矩阵，程序化处理很方便。J端自由度释放的空间梁单元刚度矩阵为：有限元计算：有限元计算过程如图8.2所示。图8.2TANS程序有限元计算过程软件支持规*：TANS程序支持的规*包括国内规*和国外规*。国内规*：架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T5154-2002）架空输电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T5154-2012）钢结构设计规*(GB50017-2003)国外规*：“DesignofLatticedSteelTransmissionStructures”(ASCE10-1997)“GuidelinesforElectricalTransmissionLineStructuralLoading”（ASCE74-2010）软件测试：与TTA不同，TANS程序在迭代选材过程中，针对轮换过程中的每基塔都进行一次风压计算。在此前提下，TANS程序的计算效率仍然高于TTA，荷载工况数越大、腿轮换次数越多体现越明显。实施效果：小组成员屈讼昭、郭杰、殷黎明等统计了双回路耐*塔SJC2分别使用TTA和TANS程序的用钢量变化情况，列表如下：表8.1TTA和TANS计算SJC2用钢量对比表塔型呼高/m用钢量/kg减少重量/kg减少比例TTATANSSJC221=sum(D3:E3)56296.253584.72711.54.8%24=sum(D4:E4)60787.457942.22845.24.6%27=sum(D5:E5)65059.461932.33127.14.8%30=sum(D6:E6)68081.565129.12952.44.3%平均值=sum(C7:D7)62556.35=average(C3:C6)59647.3=average(E3:E6)2909.05=average(F3:F6)4.6%从左图可以看出，采用我院自主研发的TANS程序计算的铁塔，比同呼高下TTA计算的用钢量降低量为2.7~3.1吨，降低比例为：4.3~4.8%。说明TANS对荷载优化效果比较明显。从左图可以看出，采用我院自主研发的TANS程序计算的铁塔，比同呼高下TTA计算的用钢量降低量为2.7~3.1吨，降低比例为：4.3~4.8%。说明TANS对荷载优化效果比较明显。目标：活动后用钢量目标：活动后用钢量减轻2.4吨。目标完成情况非常好对策实施效果非常好目标完成情况非常好对策实施效果非常好结果：结果：用钢量减轻了2.9吨，减少了4.6%实施对策二：选用能满足最低用钢量要求的塔型实施对策二：选用能满足最低用钢量要求的塔型对策目标：降低用钢量4.9吨。实施依据：普通耐*塔在塔高、用钢量、根开、结构断面以及经济性等方面的局限性和双柱组合耐*塔的优越性。双柱组合耐*塔的优越性：双柱组合耐*塔以改变跳线布置方式、分塔挂线、取消横担等手段，成功解决了普通伞型耐*塔在跳线设计、塔高、用钢量、灵活性与安全性等方面的诸多不足，在提高工程综合经济效益、提高灵活性、增加安全可靠度等方面效果显著。实施详情：我院在“皖电东送”特高压工程项目中的经验，结合中国电科院在良乡铁塔试验场进行的双柱组合耐*塔软跳线真型试验，结果表明双柱组合耐*塔软跳线系统能很好地满足工程的需要；试验塔型如图8.3所示；我院自行设计的**至白河500kV同塔双回线路，如图8.4所示。图8.3试验塔图8.4“平~白线”双柱组合耐*塔双柱组合耐*塔两个回路的三相导线分别垂直布置在两个塔的塔身上，转角外侧塔的跳线(串)引至转角内侧塔的跳线支架。通过改变导线挂点和跳线布置方式，从而取消横担，有效控制跳线弧垂及对地和对塔身其他接地部分的间隙。取消铁塔横担不但减小了导地线对铁塔的扭矩和弯矩，也降低了铁塔自身的荷载，极好地改善了铁塔的受力状况。措施1：分塔挂线措施1：分塔挂线小组成员在认真分析双回路耐*塔结构特点的基础上，提出两回线路分挂在相互独立的两个双柱塔身上，同时不改变导地线间以及导线相间的相对关系。在相导线上下垂直布置、导地线间相对水平偏移、地线对导线的保护角等方面与相邻直线塔一致。小组成员在认真分析双回路耐*塔结构特点的基础上，提出两回线路分挂在相互独立的两个双柱塔身上，同时不改变导地线间以及导线相间的相对关系。在相导线上下垂直布置、导地线间相对水平偏移、地线对导线的保护角等方面与相邻直线塔一致。分塔挂线，相当于将原来的塔身荷载一分为二，分别施加在两个耐*塔上。在保证输电铁塔受力合理的前提下，选取合理的塔身杆件材料，可以有效的减轻用钢量，同时降低输电铁塔造价。a)活动前塔型b)活动后塔型图8.5活动前后导线挂点示意图伞形/鼓型塔双回导线共塔设计，荷载大，单塔根开大。伞形/鼓型塔双回导线共塔设计，荷载大，单塔根开大。双柱组合耐*塔双回导线分塔挂线，单塔荷载小，根开小，便于塔位选择和基础选型。双柱组合耐*塔双回导线分塔挂线，单塔荷载小，根开小，便于塔位选择和基础选型。实施效果双柱组合耐*塔通过分塔挂线，将原来施加在一个塔位上的荷载一分为二，施加在两个塔位上，降低了输电铁塔的承载力；实施效果双柱组合耐*塔通过分塔挂线，将原来施加在一个塔位上的荷载一分为二，施加在两个塔位上，降低了输电铁塔的承载力；由于荷载的降低，铁塔杆件受力减小，选用小规格钢材即可满足要求，可以有效的降低输电铁塔的钢材用量，达到降低造价的目的。措施2：改变跳线布置方式措施2：改变跳线布置方式随着电压等级的升高，要求的电气间隙越来越大，塔头尺寸也越来越大，对施工和运行维护也造成了一定的影响。减少跳线弧垂及其风偏偏移值是缩小耐*塔尺寸的有效方法，而跳线弧垂及偏移主要决定于采用的跳线或固定跳线的方式。随着电压等级的升高，要求的电气间隙越来越大，塔头尺寸也越来越大，对施工和运行维护也造成了一定的影响。减少跳线弧垂及其风偏偏移值是缩小耐*塔尺寸的有效方法，而跳线弧垂及偏移主要决定于采用的跳线或固定跳线的方式。小组成员在传统的双回路耐*塔基础上，深入分析双回路耐*塔挂线特点，以及塔身杆件受力特性，结合我院双回路耐*塔设计经验，跳线布置方式改垂直布置为水平布置。采用水平布置跳线和跳线串。从而，跳线不再是耐*塔最低呼称高度和导线层间距的制约因素。我院自行设计的**至白河500kV线路中使用的双柱组合耐*塔在转角内外侧分别采用了铝管式刚性跳线以及普通软跳线，如图8.6所示。图8.6平白线双柱组合耐*塔转角内外侧分别采用了铝管式刚性跳线以及普通软跳线对于双柱组合耐*塔，无论是有关联塔型还是无关联塔型，其跳线均为水平方向布置。图8.7-1有关联塔跳线布置方式图8.7-1有关联塔跳线布置方式图8.7-2无关联塔跳线布置方式我院委托中国电科院在良乡铁塔试验场顺利完成了双柱组合耐*塔软跳线真型试验。如图8.8-1、8.8-2所示。试验包括双柱组合耐*塔耐*串安装、跳线串安装、*力测试、电气间隙测试等。试验结果与理论计算基本一致，表明软跳线系统能很好地满足工程需要。有关联双柱组合耐*塔有关联双柱组合耐*塔有关联时的跳线可使用软跳线，此时，借助另一主塔连接跳线，通过耐*串和跳线串实现水平三点固定，稳定性好。无关联双柱组合耐*塔无关联双柱组合耐*塔对于无关联塔，可增加跳线横担牵拉、支撑跳线，跳线横担布置在导线耐*挂点上方，并尽量让跳线串的导线挂点和耐*串挂点大致等高，形成水平跳接方式。图8.8-1跳线串图8.8-1跳线串图8.8-2组装后成型照片对于无关联单柱塔，加装跳线横担牵拉、支撑水平跳线，与干字型单回路耐*塔中相跳线的跳接形式一样，硬跳线的长度设计与跳线及串的风偏、跳线挠度、线路转角等有关，同时还要考虑施工及运行的方便性。经计算，跳线横担顺线路方向的支架长度宜取为8m，硬跳线长度依据线路转角情况取9m～16m。图8.9为双柱塔在40°转角时各相的风偏俯视图和正视图，其跳线支架长度取8m时，硬跳线长度需要16m。图8.9两柱组合耐*塔内角侧硬跳线结构尺寸通过技术经济比较，与用硬跳线的无关联双柱组合耐*塔相比，相同呼高情况下，有关联的双柱组合耐*塔减少塔重约2％～3％。综上所述，本次QC小组活动中双柱组合耐*塔推荐采用转角外侧使用软跳线的有关联双柱耐*塔。通过技术经济比较，与用硬跳线的无关联双柱组合耐*塔相比，相同呼高情况下，有关联的双柱组合耐*塔减少塔重约2％～3％。综上所述，本次QC小组活动中双柱组合耐*塔推荐采用转角外侧使用软跳线的有关联双柱耐*塔。双柱组合耐*塔通过改变跳线布置方式，改垂直布置为水平布置，铁塔最低呼高由24m降至21m；双柱组合耐*塔通过改变跳线布置方式，改垂直布置为水平布置，铁塔最低呼高由24m降至21m；与硬跳线相比，使用软跳线的有关联双柱组合耐*塔，在同呼高下，可以减轻用钢量约2~3%，有效的降低双回路耐*塔造价。实施效果实施效果措施3：取消横担措施3：取消横担普通耐*塔由于铁塔高度高、导地线横担长，由导、地线引起的弯矩、扭矩随高度和横担长度增加成倍甚至成指数增长，杆塔自身的风振系数也成指数性增长，需要使用双组合甚至四组合角钢（大规格角钢）或钢管塔才能满足荷载要求。双柱组合耐*塔型式如图8.10所示。普通耐*塔由于铁塔高度高、导地线横担长，由导、地线引起的弯矩、扭矩随高度和横担长度增加成倍甚至成指数增长，杆塔自身的风振系数也成指数性增长，需要使用双组合甚至四组合角钢（大规格角钢）或钢管塔才能满足荷载要求。双柱组合耐*塔型式如图8.10所示。a)活动前塔型b)活动后塔型图8.10活动前后耐*塔示意图地线挂塔身，取消地线横担地线挂塔身，取消地线横担地线横担地线横担导线横担导线横担跳线横担导线挂塔身，取消导线横担。跳线横担导线挂塔身，取消导线横担。双柱组合耐*塔取消导线横担后，导线纵向荷载对塔身的扭矩大为减小，显著提高了铁塔的抗扭性能，同时避免了头重脚轻，动力性能优良，其抗冰、抗风、抗舞和抗震性能明显优于伞型耐*塔，安全性能提高，运行维护费用减少，符合全寿命周期设计理念。双柱组合耐*塔取消导线横担后，导线纵向荷载对塔身的扭矩大为减小，显著提高了铁塔的抗扭性能，同时避免了头重脚轻，动力性能优良，其抗冰、抗风、抗舞和抗震性能明显优于伞型耐*塔，安全性能提高，运行维护费用减少，符合全寿命周期设计理念。实施效果双柱组合耐*塔取消导、地线横担之后，将导、地线直接挂在塔身上，改善了铁塔的受力状况；实施效果双柱组合耐*塔取消导、地线横担之后，将导、地线直接挂在塔身上，改善了铁塔的受力状况；取消导、地线横担，简化了塔身结构，明显减轻了用钢量，达到降低造价的目标。实施效果：小组成员统计了采用双柱组合耐*塔代替传统的伞型或鼓形耐*塔后，用钢量的变化情况，列表如下：表8.2实施对策二用钢量变化表塔型呼高/m用钢量/kg减少重量/kg减少比例普通耐*塔双柱组合耐*塔SJC22153584.747884.85699.910.6%2457942.251981.05961.210.2%2761932.355798.06134.39.9%3065129.158782.46346.79.7%平均值=average(C3:C6)59647.325=average(D3:D6)53611.55=average(E3:E6)6035.525=average(F3:F6)10.1%TANS计算的用钢量TANS计算的用钢量从左图可以看出，与普通耐*塔相比，同呼高情况下，双柱组合耐*塔可以减轻用钢量5.7~6.3吨，减轻比例为：9.7~10.6%。说明，双柱组合耐*塔能够明显的减轻用钢量，降低造价。从左图可以看出，与普通耐*塔相比，同呼高情况下，双柱组合耐*塔可以减轻用钢量5.7~6.3吨，减轻比例为：9.7~10.6%。说明，双柱组合耐*塔能够明显的减轻用钢量，降低造价。目标检查：目标：目标：活动后用钢量减轻4.9吨目标完成情况非常好对策实施效果非常好目标完成情况非常好对策实施效果非常好结果：结果：用钢量减轻了6.03吨，减少了10.1%检查效果双柱组合耐*塔使用效果检查我们小组成员分别统计了使用双柱组合耐*塔代替传统的鼓形/伞型耐*塔后的各级别钢材用量的使用情况，并且根据目前各级别钢材的市场价格，进行相应的造价计算，并对两种塔型使用情况的用钢量和造价进行对比，列表如下：表9.1双柱组合耐*塔和普通耐*塔造价对比表塔型呼高(米)活动前对策一节省对策二节省总计节省活动后塔重(吨)成本(万元)塔重(吨)成本(万元)塔重(吨)成本(万元)塔重(吨)成本(万元)塔重(吨)成本(万元)SJC22156.3052.362.712.525.705.308.417.8247.8844.532460.7956.532.852.655.965.548.818.1951.9848.342765.0660.513.132.916.135.709.268.6155.8051.893068.0863.322.952.756.355.909.308.6558.7854.67平均值62.5658.182.912.716.045.618.948.3253.6149.86降低比例4.6%4.6%9.7%9.7%14.3%14.3%降低8.32万元降低8.94吨降低8.32万元降低8.94吨降低塔重目标完成情况非常好降低造价目标完成情况非常好降低塔重目标完成情况非常好降低造价目标完成情况非常好2、直接经济效益我们QC小组活动后，将小组的成果，特别是双柱组合耐*塔，已经在我院设计的“**~白河500kV线路工程”中成功运用，全线282基，共采用双柱组合耐*塔4基，占全部塔量的1.4%。与传统的鼓形/伞型耐*塔相比，共计节省钢材26.23吨，降低造价24.5万元。我们小组成员统计了“**~白河500kV线路工程”中双柱组合耐*塔的使用情况，列表如下：表9.2“平~白线”中双柱组合耐*塔汇总表塔基名称双柱组合耐*塔普通耐*塔减少量减少比例（%）用钢量/kg成本/万用钢量/kg成本/万用钢量/kg成本/万用钢量/kg成本/万151981.048.357942.053.95961.05.610.310.39253020.649.359680.355.06080.25.710.210.36352160.748.558521.454.76360.75.910.710.79451500.847.959332.654.47831.87.313.313.42总计208663.1194.0235476.3218.026233.724.5备注：从表中可以看出，“平~白线”中采用双柱组合耐*塔，明显的降低了用钢量，降低了造价成本，收到了良好的经济效益。通过分析表9.2中所示“**~白河500kV线路工程”中双柱组合耐*塔的使用情况，可以看出，采用双柱组合耐*塔，与传统的鼓形/伞型耐*塔相比，可以大幅度的减轻用钢量，节省钢材用量，达到明显降低铁塔造价的目的。由于塔重降低，无形中降低了铁塔的运输费用及安装费用，长期经济效益十分显著。3、潜在效益我们小组在QC活动过程中，在分析双柱组合耐*塔的直接经济效益的同时，还综合分析了使用双柱组合耐*塔替代传统耐*塔的间接经济效益、社会环境效益、技术效益等潜在效益。根据国家**电网规划，今后将会继续建设一批500kV的输电线路工程，双柱组合耐*塔也将会得到更加广泛的应用，创造更大的经济效益；双柱组合耐*塔的成功使用，将会提高我院同等级电压输电线路中标率，为我院创造更大的利润。根据国家**电网规划，今后将会继续建设一批500kV的输电线路工程，双柱组合耐*塔也将会得到更加广泛的应用，创造更大的经济效益；双柱组合耐*塔的成功使用，将会提高我院同等级电压输电线路中标率，为我院创造更大的利润。间接经济效益双柱组合耐*塔的使用，减轻了用钢量，减小了基础作用力，可以降低输电铁塔基础材料的用量及造价，减少基础混凝土用量，以及基础开方量，减少水土流失；双柱组合耐*塔节省了钢材用量，减少了钢材冶炼的所产生的污染气体的排放，减少了雾霾。双柱组合耐*塔的使用，减轻了用钢量，减小了基础作用力，可以降低输电铁塔基础材料的用量及造价，减少基础混凝土用量，以及基础开方量，减少水土流失；双柱组合耐*塔节省了钢材用量，减少了钢材冶炼的所产生的污染气体的排放，减少了雾霾。社会环境效益国内率先使用双柱组合耐*塔，为我国正在开展的特高压项目提供了新的设计思路；500kV双回路双柱组合耐*塔的成功设计，为我院积累了宝贵的技术经验，为我院开展1000kV特高压输电线路工程奠定了坚实的技术基础。国内率先使用双柱组合耐*塔，为我国正在开展的特高压项目提供了新的设计思路；500kV双回路双柱组合耐*塔的成功设计，为我院积累了宝贵的技术经验，为我院开展1000kV特高压输电线路工程奠定了坚实的技术基础。技术效益4、小组自我评价我们对小组成员于2013年8月针对专业技术水平、质量意识、解决问题的能力、统计工具的应用以及团队合作能力等5个方面进行了活动前后的自我评分，列表如下：表9.3小组成员QC活动自我评价表**活动前自我评分活动后自我评分1234512345王苗苗43.52.52.53 543.53.54*先俊33.542.52.53.544.53.53.5殷黎明2.532.53.52.53.53.53.543郭咏华43.53.52.5354.5444*建明2.53.532.523.543.53.53.5魏冲2.531.522.543.5333.5邓锦辉43.52.533543.53.54潘少成3.52.532.51.544433郭杰2.52.533.533.53.53.543.5屈讼昭2.52.533.5343.544.54吕金祥2.532.523443.53.53.51、专业技术水平2、质量意识3、问题意识4、统计工具应用5、团队合作精神通过此次QC小组活动，小组成员个性技能都得到了很大程度的提高，这是一笔十分宝贵的财富。通过此次QC小组活动，小组成员个性技能都得到了很大程度的提高，这是一笔十分宝贵的财富。巩固措施为保证QC小组成果的有效性和持续性，我们采取了如下一系列的巩固措施：对小组QC活动中双柱组合耐*塔的计算成果生成详细的计算书，供以后同类工程借鉴。对活动过程中运用到的优化设计方法及其条件进行汇编，把双柱耐*塔的相关资料整理归档。将活动中的设计依据性文件进行汇编：对小组QC活动中双柱组合耐*塔的计算成果生成详细的计算书，供以后同类工程借鉴。对活动过程中运用到的优化设计方法及其条件进行汇编，把双柱耐*塔的相关资料整理归档。将活动中的设计依据性文件进行汇编：走访上级有关部门，认真听取意见：走访上级有关部门，认真听取意见：为了巩固QC小组的活动成果，在部门主任的带领下，于2013年10月21日~2013年10月23日，小组成员对为了巩固QC小组的活动成果，在部门主任的带领下，于2013年10月21日~2013年10月23日，小组成员对“**~白河500kV线路工程”的运营单位**供电局进行走访，听取业主单位的意见和建议，并进行总结。将成果推广应用：将成果推广应用：1、线路部于2013年11月14日~2013年11月15日，进行了为期两天的成果推广，详细介绍了双柱组合耐*塔的优化设计方法，以便于在日后工程设计中运用。2、同兄弟单位进行设计经验交流。通过邀请专家讲课、沟通、以及信息会议的方式，进行小组活动成果的推广，提高设计水平，达到降低造价的目的。1、线路部于2013年11月14日~2013年11月15日，进行了为期两天的成果推广，详细介绍了双柱组合耐*塔的优化设计方法，以便于在日后工程设计中运用。2、同兄弟单位进行设计经验交流。通过邀请专家讲课、沟通、以及信息会议的方式，进行小组活动成果的推广，提高设计水平，达到降低造价的目的。十一、总结回顾和今后打算总结回顾总结回顾通过此次QC小组的活动，小组成员掌握了全面质量管理的理念和工作方法，并严格按照PDCA循环模式，结合具体工程，群策群力，分析了造成双回路耐*塔的造价偏高的症结，并圆满了完成了降低钢材用量的每项措施，达到了预期目标，并通过开展一系列巩固措施来确保成果的推广应用。今后打算今后打算根据国网公司特高压线路的规划，目前国内设计单位已经相继开展1000kV特高压线路的设计研究。为了降低工程造价，在激烈的市场竞争中占取先机，下一步本小组拟结合工程，选择“降低1000kV特高压耐*塔造价”课题，开展下一次QC小组活动，进一步提高设计水平和技术实力，为国家节省建设资金。一：双柱组合耐*塔TANS程序计算文件：-.z.500kV**-白河FJ12-30.0HEPSDI120432492320102641200201641211-20201251025102513000270029102993021035103910399302101040.8000.8001.200主材200041.8001.80030.0008990415.80015.800130.000200410010.00012000.0002.800400410010.00012000.0004.200430410010.00012000.0005.700470410010.00012000.0007.200500410010.00012000.0008.800610410010.00012000.00011.400800410010.00012000.00013.500950410010.00012000.00016.3001000410010.00012000.00019.5001610410010.00012000.00021.9001900410010.00012000.00024.0001970410010.00012000.00027.3002110412000.00018990.00032.800***2310412000.00018990.00035.9002510412000.00018990.00040.5002700412000.00018990.00043.500接腿12910412000.00018990.00051.0002990412000.00018990.00054.0003510412000.00018990.00046.000接腿23700412000.00018990.00049.0003910412000.00018990.00057.0003990412000.00018990.00060.00023028.00010200.00010201.000上相支架15023.40010200.00010230.000905003.40010010.00010230.00050219050.00010150.0001.20083029.0000.90013.500中相支架183028.6000.90024.000下相支架130022.85011000.00011001.00030105022上相支架705023032210702302213015020022*170150230322201702302263061083052中相支架65063083042670650830328106708302273080083052*75073083042770750830328207708302216301610183052下相支架16501630183042167016501830321810167018302217301900183052*17501730183042177017501830321820177018302251050050122隔面5005205005022185080080122隔面7008608008022110101000100122隔面1000102010001002211030101010202419101900190122隔面1900192019001902211930191019202420102000200122隔面2000202020002002212030201020202427102700270122隔面270027202700270221273027002710242740270027202427502710274034277027402710342760272027303437103700370122隔面3700372037003702213730370037102437403700372024375037103740343770374037103437603720373034103091152-110100上相支架305091152-110100507091112-11010070210911121010021023091112-11010020013091142-11010013015091142101001501709114210100170220911421010022023091142-1101003020091142320100NN301309006232010050130911423201005015090042320100701509001252010070170900125201002101709004252010021022090012520100103290042310-602**305290042310-602505291100320100507290022310-6027021290022310-6022102129004032010020013290022310-60213015290022310-6021501529004032010015017290022310-60217022290022310-60222023290022310-602230232916303201005015290022310-60261063091142-110100中相支架63065091142101006506709114210100670810911421010081083091142-11010080073091152-11010073075091152101007507709115210100770820911521010082083091152-11010063080090052520100NN6307309001252010065073090012520100650750900125201006707509004252010067077090012520100810770900425201008108209001252010061063290042310-602**63065290022310-60265067290022310-60267081290022310-6028108129005032010080073290042310-60273075290042310-60275077290022310-60277082290022310-60282083290022310-602830832916303201001610163091122-110100下相支架163016509112210100165016709112210100167