输电线路铁塔行业的技术水平、特点及趋势
思瀚产业研究院 宏盛华源    2023-07-03

随着我国电力工业的发展和技术水平的提高，电网建设中使用的电压等级也在不断提升，对输电线路铁塔产品的技术要求越来越高。行业的主要技术具体如下：

1、放样技术

放样是指铁塔企业根据设计图纸等技术资料，依据技术标准、规范的要求，通过专门的放样软件进行实际模拟，综合考虑生产工艺要求和物料需求，形成供车间使用的加工技术工艺图纸的过程。

放样是铁塔制造的前提和基础，关系着铁塔加工的正确性、准确性。放样水平的高低，对铁塔试组装的适宜性、符合性等有诸多影响，同时影响铁塔企业的铁塔制造成本。

输电铁塔放样技术已经经历了三个阶段：

第一个阶段为手工放大样，是放样人员根据铁塔设计图纸的基本尺寸，按照正投影原理，在样台板上按 1:1 的比例，通过一系列划线作图得到铁塔空间结构的平面展开图。传统放样比较形象直观，制成样板和样杆比较方便且便于检查，但放样效率低，误差和重复工作量大，在处理特殊部位时（如地线支架、塔腿 V 型断面等复杂结构）难度较大，放大样周期和培养放样人员时间较长。

第二阶段是手工计算放样，主要是利用平面三角函数解三角形的几何方法，计算出铁塔零件展开图中的实际尺寸和角度。该方法较手工放大样更加准确，但算法复杂且易出错，处理一些复杂的空间结构比较困难。

第三阶段是计算机辅助放样，通过借助专门的放样软件进行铁塔放样工作，即通过放样软件在虚拟的三维空间中进行铁塔结构的 1:1 模型构建，从而获得各铁塔构件的实际尺寸和构成角度等参数，并利用软件功能实现出图和绘制样板、打印生产清单等。计算机放样不仅可进行二维放样，还可实现三维数字放样，减轻了铁塔放样的计算量和计算难度，提高了放样准确性和放样效率，同时还可实现放样的可视化、虚拟化、具体化、直观化。

计算机辅助放样软件的发展先后经历了四个阶段，从最早的二维坐标文本数据输入，到三维坐标文本数据输入，再到三维坐标 AutoCAD 下交互输入，最后又发展到三维实体工作平台下交互输入数据。

未来三维放样的技术核心是协同工作和集成技术，三维放样的前端与铁塔设计相衔接，后端与企业生产信息管理系统相照应，并逐渐向企业级信息集成发展，以实现生产制造的精益化、快捷化、柔性化。

2、数控设备

随着电网建设速度加快，铁塔产品需求大幅增加，输电铁塔产品型号逐渐增多，杆件断面由简单到复杂，从单角钢发展到双拼角钢、四拼角钢；从钢管杆发展到格构式铁塔；由以角钢为主的角钢塔发展到以钢管、钢板、型钢等混合结构的钢管塔、组合式钢管杆、变电构支架等。铁塔产品逐渐向多样化、大尺寸、高强度方向发展，推动了铁塔行业的技术进步，同时带来了铁塔加工装备的不断更新和发展。

随着我国装备制造技术水平的不断提升，铁塔加工装备的自动化水平逐渐提高，由手工加工设备逐渐发展到半自动化加工设备、自动化加工设备。如今，铁塔加工装备已发展为以数控装备、数控联合生产线为主，自动化程度获得大幅度地提升，铁塔制造关键工序基本上实现了自动化生产。

目前，随着智能制造技术的发展，具有更多功能的复合型一体化加工设备越来越多地应用于铁塔行业，如原材料无人实验室、多功能数控角钢生产线、激光下料制孔一体化加工设备、重型激光切管机、数控双横梁双激光复合加工设备、六轴塔脚焊接机器人、基于视觉识别的在线监测系统、环保型智慧镀锌生产线等越来越多地应用于铁塔企业。而数字化车间的建设要求，又进一步推动铁塔企业对加工装备进行“哑设备”改造，提升其数字化、信息化水平。

随着更加先进的装备制造技术应用，铁塔加工装备的智能化水平将越来越高，更多的智能型铁塔加工装备将在铁塔加工行业获得应用。

3、焊接技术

焊接技术是一种在高温或高压条件下，将两块或两块以上的母材连接成一个整体并达到原子间结合的制造工艺及技术。在输电线路铁塔产品的生产制造中，很多结构都需要通过焊接实现零部件之间的连接，焊接质量的好坏直接影响输电线路铁塔构件的受力和铁塔组立及运行安全。

输电铁塔制造行业属于典型的小批量、多品种、离散型加工。传统的焊接方式，采用人工划线、人工组对和点焊固定、手工电弧焊焊接，效率低、工人劳动强度大、焊接质量受人为因素影响较大。

随着高电压等级输电线路铁塔（包括大跨越塔）等结构复杂产品的出现，对焊接工艺提出了更高的要求。上述产品的生产不仅焊接工作量大，焊接结构更趋复杂，对焊接质量要求也更高，使得铁塔焊接工艺逐渐多样化。

在焊接方法方面，目前，我国输电线路铁塔企业以 CO2 气体保护焊和自动埋弧焊为主，少数企业应用了钨极氩弧焊工艺，而焊条电弧焊仅用于定位焊或临时焊件的焊接。铁塔焊接方法由传统的焊条电弧焊，逐渐开始应用效率更高的实芯和药芯焊丝 CO2气体保护焊、单丝和多丝埋弧焊等焊接工艺。

在焊接设备方面，随着近年来智能化设备的发展及人工成本的升高，催生了自动化程度更高的专业铁塔焊接设备和焊接工艺，如钢管合缝焊接一体化设备、钢管—法兰自动装配焊接生产线、钢管杆（塔）主管自动焊接生产线、角钢塔塔脚焊接机器人系统等。

在焊接材料方面，Q235、Q345 强度等级钢材焊接工艺已成熟固化，Q420强度等级钢材焊接工艺已日趋成熟，Q460 强度等级钢材焊接技术已试验成功并小规模应用。在大跨越塔、异形钢管杆和变电构支架工程中，铸铁、铝合金、不锈钢等材料的焊接也有少量应用，对铁塔焊接技术提出了更高的要求。

4、试组装

输电线路铁塔的试组装是为检验输电铁塔各零件、构件是否满足设计及安装质量要求而在出厂前进行的预组装，是在镀锌前对铁塔产品整体安装结构、尺寸的最终检验，其目的是为了验证放样的正确性和零件、构件加工的符合性，是产品出厂前的一道关键工序。因此，通常选择某个塔型的首基塔进行试组装，以便对该塔型进行批量加工。为慎重起见，有些铁塔企业在某塔型首基塔试组装后，对呼高不同的铁塔的关键部位，还进行局部的预拼装，以确保现场顺利组塔。

传统试组装采用的实物组装，一般每个塔型的组装时间为 2～3 天，对特高压钢管塔或结构复杂的铁塔，组装和拆塔需要 10 天以上或更长的时间，期间需要投入较多的人力和设备，对铁塔制造成本和加工工期有较大的影响，且有较大的安全风险。

随着三维放样软件、激光检测技术的发展，有些铁塔企业为降低成本，控制安全风险，开展了基于三维数字化的虚拟试组装研究。虚拟试组装是运用三维数字技术，将铁塔三维模型与激光重构技术结合起来，通过激光扫描仪扫描构件形成点云，利用点云复原构件，再运用组装软件把各构件进行虚拟装配，最后对装配后的点云复原三维模型与铁塔三维模型进行对比分析，通过缺陷预警等功能检测构件的正确性，从而实现试组装的目的。

目前，该技术已越来越成熟，公司下属的浙江盛达已经在基于三维数字化的虚拟试组装方面进行了有益的尝试，积累了一定的经验并在“崇明 500 千伏输变电工程长江大跨越”中成功应用，走在行业的前列。可以预见，随着该技术的不断完善和进步，输电铁塔三维虚拟试组装技术将会有广阔的发展空间。

5、智能制造

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式，因而成为制造业的热点，备受人们关注。

输电线路铁塔制造业是一个规模相对较小的行业，且具有市场需求多样化和产品定制化的特性，给智能制造的推进带来一定难度，行业整体上智能制造起步也相对较晚。但铁塔企业有较高的热情去引进具有更多功能、更高效率的一体化加工新装备，提升装备自动化、智能化水平，通过“机器代替人”，来提升产品质量和加工效率。智能制造是行业未来发展的必由之路。

同时，在国家电网、南方电网等下游客户的推动下，铁塔企业加速推进智能装备应用和信息化建设，促进了视觉识别技术、物联网技术、智能制造等先进制造新技术的应用，加速了企业 MES 系统、ERP 系统的应用，促进了铁塔制造业“软”“硬”结合新模式的发展。

6、新型铁塔材料

输电线路铁塔属于典型的钢结构，是输电变电工程中耗钢量最大的电力设施。依据输电线路铁塔产品类型的不同，其主要原材料的种类也有所不同，其中，角钢塔主要原材料为热轧等边角钢、热轧钢板；钢管塔主要原材料为直缝焊管、锻造法兰、热轧等边角钢、热轧钢板；钢管杆主要原材料为热轧钢板；变电构支架主要原材料为型钢、钢板、钢管。

长期以来，我国输电铁塔用钢品种单一，强度不高，材质以 Q235B 、Q355B 的碳素结构钢为主。特高压工程建设日益增长的需求，推动了铁塔用钢品种的多样化、规格的大型化、材质的高品质化。

目前，材质为 Q420 级的角钢、钢板已广泛应用于特高压工程的角钢塔、钢管塔，成为输电铁塔的主要用材，Q460 级钢板、钢管在部分钢管塔、钢管杆工程中开始试点并规模应用；角钢的用材规格已达∠ 300×300×35mm（边宽 300mm，厚度 35mm 的等边角钢），从而实现了角钢塔以单肢角钢替代双拼角钢，以双拼角钢代替四拼角钢，简化了铁塔结构和加工工艺；为适应我国北方或高原地区冬季低温的要求，更高质量等级（C 级、D 级）的钢材也开始广泛应用于输电线路铁塔产品。

随着设计技术与材料技术的不断发展，输电线路铁塔用材多元化趋势明显，如球墨铸铁管杆代替水泥杆及部分钢管杆应用于农网或城网的配电线路中，复合材料已在不同电压等级输电线路中应用于杆塔横担。为解决常规塔材热浸镀锌成本较高、环境污染较大的问题，开发了耐大气腐蚀的冷弯耐候角钢、热轧耐候角钢、耐候紧固件等；铸铁件、铝型材、不锈钢等材料在输电线路铁塔中的应用也在进行尝试。

7、防腐技术

输电线路铁塔由于常年暴露于室外环境中，容易受到自然环境的侵蚀，因此需要对产品进行防腐处理，提高其抗侵蚀能力、延长使用寿命。目前我国输电线路铁塔企业一般采用热浸镀锌工艺实现产品防腐。

热浸镀锌是将表面经清洗、活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。与其他金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上表现良好，镀层与基体的结合强度、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性等方面，具有显著优势。此外，热浸镀锌工艺还具有成本低廉和外观优美等优点，因此在输电线路铁塔制造领域优势明显，是目前主流的铁塔产品防腐技术。

除热浸镀锌工艺外，对一些超大型构件，通常也采用热喷锌或高压冷喷锌工艺，随着环境和质量要求的提升，哑光镀锌、锌铝镁合金镀锌、双金属防腐涂层等新型防腐技术也在工程中得到应用，铁塔防腐技术将向多元化发展。

由于输电线路电压等级、回路数量的不同，以及线路气候环境、地理环境、大气腐蚀状况的差异，因此，每条输电线路的铁塔结构、型号等也有所不同，输电线路铁塔产品为非标准化产品，输电铁塔行业是典型的“以销定产”模式制造业。输电线路铁塔生产企业一般仅负责在工厂生产塔材，并不负责组塔施工，合同一般约定在施工现场或出口港口完成产品的交付。

我国输电线路铁塔行业属于完全市场化，具有高度竞争性的行业，客户对合同违约处罚力度不断加大，使得行业内企业之间的竞争不仅体现在产品价格和产品质量上，还有售后服务竞争。在国内市场，输电线路铁塔生产企业的客户主要是国家电网、南方电网等电网公司，销售模式为招投标方式。在国际市场，海外工程总包商一般通过招投标及其他竞争性模式确定设备供应商，输电线路铁塔企业主要向工程总包商销售铁塔产品。