研究電動(dòng)扭矩扳手應(yīng)用

1、研究電動(dòng)扭矩扳手在特高壓輸電工程螺栓緊固中的應(yīng)用張曉亮，王福海，李廣勇山東送變電工程公司【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(dòng)扭矩扳手緊固法蘭盤大螺栓。在前人的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)該工程中螺栓緊固出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入研究，并給出了相應(yīng)的解決方案?！娟P(guān)鍵詞】：電動(dòng)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(wèn)題，對(duì)促進(jìn)我國(guó)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)

2、導(dǎo)線能力以及周圍安全問(wèn)題1。過(guò)去，通常由人工進(jìn)行螺栓緊固，施工過(guò)程中受人為因素影響較大，導(dǎo)致螺栓扭矩值無(wú)法精確控制2 3，緊固效果不理想。本工程首次大規(guī)模使用電動(dòng)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(wèn)題。本文針對(duì)電動(dòng)扭矩扳手在螺栓緊固中出現(xiàn)的問(wèn)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(gè)橫擔(dān)最重達(dá)8噸。本工程導(dǎo)線采用JL/G1A-630/45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(duì)螺栓緊固質(zhì)

3、量要求較高。2011年12月28日，在北京召開(kāi)皖電東送工程鋼管塔扭矩值研討會(huì)，會(huì)上制定了本工程鋼管塔扭矩值標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)中國(guó)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0.25）和國(guó)家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司組織研制的電動(dòng)扭矩扳手試用情況，結(jié)合以往設(shè)計(jì)、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(jì)算公式4。螺栓扭矩值計(jì)算公式為： （1） （2）：終擰扭矩值（Nm）；：施工預(yù)拉力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）；：螺栓公稱直徑（mm）；：扭矩系數(shù)；：螺栓擰緊初始應(yīng)力。本工程所用螺栓為非承壓型螺栓，因此P取設(shè)計(jì)拉力值的15%。根據(jù)中國(guó)電力科學(xué)研究院成果K值取0.25。根據(jù)以上分析，將本

4、工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)代入公式（1）、（2），計(jì)算出各型號(hào)螺栓的扭矩值標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表一。表1 螺栓緊固扭矩值標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格M16M20M24M27M30M33M36M39M42M45M48M52M56N.m6.880160280/8.81102203804506007008801100140019002100230025003 電動(dòng)扭矩扳手在螺栓緊固中常見(jiàn)問(wèn)題及分析淮上線18標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)施工中，采用電動(dòng)扭矩扳手緊固螺栓遇到了諸多問(wèn)題，經(jīng)整理如下：（1）現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境惡劣以及施工強(qiáng)度較大，導(dǎo)致電動(dòng)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(guò)返廠維修。電動(dòng)扭矩扳手常見(jiàn)故障有機(jī)械故障和電氣

5、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(dòng)后易脫落等。電氣故障有控制電路和顯示電路在過(guò)壓或過(guò)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(cè)，效果良好，基本都能滿足要求。但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間風(fēng)擺等自然因素影響，再次檢查時(shí)，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(shí)間為2012年12月2日，跟蹤監(jiān)測(cè)扭矩值20天（分層抽樣，每種型號(hào)螺栓檢測(cè)10顆取平均扭矩值），具體情況見(jiàn)表2。表2 螺栓扭矩值隨時(shí)間變化表時(shí)間2012.12.22012.12.42012.12.62012.12.8扭矩值（M24）380 N.m360 N.m340 N

6、.m330 N.m扭矩值（M30）600 N.m570 N.m540 N.m520 N.m扭矩值（M36）880 N.m840 N.m800 N.m770 N.m扭矩值（M42）1400 N.m1300 N.m1200 N.m1150 N.m扭矩值（M48）2100 N.m2000 N.m1900 N.m1800 N.m時(shí)間2012.12.16扭矩值（M24）320 N.m310 N.m300 N.m300 N.m扭矩值（M30）500 N.m480 N.m470 N.m460 N.m扭矩值（M36）740 N.m710 N.m690 N.m670 N.m扭矩值（M42）1100 N.m106

7、0 N.m1020 N.m980 N.m扭矩值（M48）1750 N.m1700 N.m1650 N.m1600 N.m時(shí)間2012.12.222012.12.24扭矩值（M24）290 N.m290 N.m280 N.m280 N.m扭矩值（M30）450 N.m440 N.m430 N.m430 N.m扭矩值（M36）650 N.m640 N.m640 N.m640 N.m扭矩值（M42）960 N.m 950 N.m950 N.m950 N.m扭矩值（M48）1560 N.m1520 N.m1500 N.m1500 N.m（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(wú)法使

8、用電動(dòng)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(dòng)扭矩扳手對(duì)電源質(zhì)量要求較高，不允許電壓出現(xiàn)較大波動(dòng)，還對(duì)電源、電纜線功率要求較高。但是施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(lái)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(dòng)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(shí)未配備Z字

9、形反力臂，造成相鄰螺栓的螺紋在螺栓緊固過(guò)程中受到損傷，還導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)部分螺栓無(wú)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(shí)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(shí)，很難統(tǒng)一扭矩值。（8）按照電動(dòng)扭矩扳手操作說(shuō)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(guò)程中反力臂對(duì)設(shè)備沖擊較大，工人無(wú)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(duì)施工中遇到的問(wèn)題，淮上線18標(biāo)項(xiàng)目部派專人多次到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，并召開(kāi)螺栓緊固專題

10、會(huì)議，最后通過(guò)與設(shè)計(jì)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(duì)螺栓緊固質(zhì)量造成的影響，對(duì)已緊固螺栓進(jìn)行定時(shí)復(fù)緊。本文以K92為例，其初始緊固時(shí)間為12月2日，對(duì)其每隔4天進(jìn)行一次螺栓復(fù)緊，跟蹤檢測(cè)螺栓扭矩值20天（分層抽樣，每種型號(hào)螺栓檢測(cè)10顆取平均扭矩值），具體情況見(jiàn)表3。此外，大風(fēng)、雨雪過(guò)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(shí)間變化表時(shí)間扭矩值（M24）380 N.m350 N.m380 N.m360 N.m扭矩值（M30）600 N.m520 N.m600 N.m550 N.m扭矩值（M36）880 N.m700 N.m880 N.m80

11、0 N.m扭矩值（M42）1400 N.m1300 N.m1400 N.m1330 N.m扭矩值（M48）2100 N.m2000 N.m2100 N.m2020 N.m時(shí)間扭矩值（M24）380 N.m360 N.m380 N.m370 N.m扭矩值（M30）600 N.m570 N.m600 N.m570 N.m扭矩值（M36）880 N.m820 N.m880 N.m840 N.m扭矩值（M42）1400 N.m1350 N.m1400 N.m1370 N.m扭矩值（M48）2100 N.m2040 N.m2100 N.m2060 N.m時(shí)間扭矩值（M24）380 N.m370 N.m3

12、80 N.m380 N.m扭矩值（M30）600 N.m590 N.m600 N.m600 N.m扭矩值（M36）880 N.m860 N.m880 N.m880 N.m扭矩值（M42）1400 N.m1390 N.m1400 N.m1400 N.m扭矩值（M48）2100 N.m2080 N.m2100 N.m2100 N.m（2）按照電動(dòng)扭矩扳手廠家提供的操作說(shuō)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(chǎng)允許的情況下，處于對(duì)角位置的螺栓須同時(shí)緊固，并且盡量保持電動(dòng)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(jì)給定扭矩值基礎(chǔ)上提高10%。

13、（3）廠家繼續(xù)改進(jìn)電動(dòng)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(guò)壓過(guò)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(chǎng)。針對(duì)螺栓緊固過(guò)程中整體打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在螺栓尾部加裝反力臂套筒。（5）對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)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(jì)僅淮上線18標(biāo)段螺栓總量將近105萬(wàn)顆，應(yīng)適當(dāng)增加電動(dòng)扭矩扳手配置數(shù)量。上述方案經(jīng)過(guò)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(guò)專家組的驗(yàn)收，保證了架線工程的順利開(kāi)展。該工程驗(yàn)證了本文理論分析的正確性，對(duì)特高壓輸電工程（尤其是大型