輸電線路設(shè)計(jì)相關(guān)問題探討

廖偉

（湘西電業(yè)局，湖南 湘西 416000）

1 勘測(cè)與路徑優(yōu)化選擇

如何能夠獲得準(zhǔn)確的勘測(cè)資料并能對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)的作業(yè)模式一般是現(xiàn)場(chǎng)勘探然后反饋到設(shè)計(jì)者，然后進(jìn)行手工繪圖，這種方式容易受到當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛驳木唧w情況的限制，特別是像筆者所在地這種多山、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地方，改線或者局部調(diào)整經(jīng)常發(fā)生，從而影響到線路規(guī)劃的效率和質(zhì)量，也容易造成浪費(fèi)。不過隨著科技發(fā)展，遙感衛(wèi)星和航拍技術(shù)成熟，運(yùn)用海拉瓦——洛斯達(dá)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的優(yōu)化成為可能。利用遙感、航測(cè)獲取相關(guān)地形、地質(zhì)信息建立起立體數(shù)字地面模型，然后進(jìn)行測(cè)量?jī)?yōu)化選線和初級(jí)排位，最后根據(jù)設(shè)計(jì)排位情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位，并測(cè)量桿樁間距離、高差、危險(xiǎn)斷面和重要叉跨越，對(duì)不合理的路徑進(jìn)行改線，最終完成路徑的優(yōu)化。

2 導(dǎo)線的選擇

導(dǎo)線是輸送電能的最主要介質(zhì)，也是關(guān)乎到整個(gè)輸電線路能否安全、有效運(yùn)行的關(guān)鍵。導(dǎo)線的選擇對(duì)線路的輸送容量、傳輸性能、環(huán)境問題(靜電感應(yīng)、電暈、無線電干擾、噪聲等)以及對(duì)輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都有很大的影響。

在進(jìn)行導(dǎo)線選擇時(shí)，要切實(shí)考慮當(dāng)?shù)氐母卟瞽h(huán)境對(duì)導(dǎo)線應(yīng)力、強(qiáng)度的要求以及對(duì)周邊環(huán)境的影響。根據(jù)《電力線路設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定：“導(dǎo)線在弧垂最低點(diǎn)的應(yīng)力不得超過導(dǎo)線瞬時(shí)破壞應(yīng)力的40%，如果導(dǎo)線懸掛點(diǎn)比最低點(diǎn)高很多時(shí)，懸掛點(diǎn)的應(yīng)力可較弧垂最低點(diǎn)應(yīng)力高10%。”因此在考慮導(dǎo)線的應(yīng)力設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該保證任意點(diǎn)的應(yīng)力必須低于導(dǎo)線瞬時(shí)破壞應(yīng)力的44%。如果線路檔距高于該高差所要求的限值，則應(yīng)放松導(dǎo)線應(yīng)力，但需考慮弧垂增加產(chǎn)生的危險(xiǎn)。根據(jù)筆者多年的設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以選擇高強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線，如JLHA2／G3A-300／40。這種導(dǎo)線的強(qiáng)度高且具有良好的弧垂特性和過線能力，適合在山區(qū)線路送電工程中使用。

同時(shí)導(dǎo)線的載流量大小也是不容忽視的重要因素，在國(guó)外曾經(jīng)出現(xiàn)過一種耐熱鋁合金導(dǎo)線，這種導(dǎo)線的導(dǎo)電部分采用耐熱鋁合金線，在1500C時(shí)強(qiáng)度都不降低，相比一般的導(dǎo)線輸電能力增大50%，不過這種導(dǎo)線在高溫下線損比較大，而且與相同規(guī)格的鋼芯鋁絞線比價(jià)格也要昂貴多。另外伴隨材料學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了采用有機(jī)復(fù)合材料代替金屬材料作為芯線的導(dǎo)線如碳纖維芯軟鋁絞線、碳纖維與玻璃纖維混合芯軟鋁絞線這種導(dǎo)線具有重量輕、強(qiáng)度大、線損少的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于解決線路擴(kuò)容以后產(chǎn)生的線損嚴(yán)重、弧垂較大、對(duì)地距離偏小的問題。不過同樣這類導(dǎo)線的生產(chǎn)成本比較高昂，且需要進(jìn)口，不過目前我國(guó)已經(jīng)有企業(yè)在引進(jìn)生產(chǎn)該類導(dǎo)線，且該類導(dǎo)線的全球2/3試驗(yàn)線路在中國(guó)進(jìn)行，對(duì)日后該型導(dǎo)線的普及以及降低造價(jià)都有不錯(cuò)的優(yōu)勢(shì)。

3 桿塔的設(shè)計(jì)

桿塔及其基礎(chǔ)是輸電線路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的造價(jià)以及建造工期在整個(gè)線路工程中占很大比重。而且桿塔及其基礎(chǔ)自身的穩(wěn)定性直接決定了輸電線路能否長(zhǎng)期運(yùn)行，影響了線路輸電功能的發(fā)揮。所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該嚴(yán)格把握桿塔的設(shè)置點(diǎn)，控制好每個(gè)桿塔之間的距離。這樣既可以防止電力聚集造成輸電線路損壞也能避免施工階段出現(xiàn)各種安全問題而危害人員安全。設(shè)計(jì)時(shí)可以利用勘探時(shí)獲取的信息制作定位弧垂模板,并在平斷面圖上依序確定各種桿塔的位置和選型,然后對(duì)定位后的檔距、桿塔上拔、風(fēng)偏、鄰檔斷線和耐張絕緣子串倒掛等進(jìn)行校驗(yàn)，從而最終確定線路中所使用的桿塔型號(hào)和位置。桿塔的材質(zhì)也是影響桿塔制作質(zhì)量的重要因素，一般對(duì)高負(fù)荷的輸電線路可以采用高強(qiáng)度鋼材，同時(shí)也可以采用鋼管塔替代目前的鋼架鐵塔，它的承載力，穩(wěn)定性都比較良好，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，復(fù)合材料的出現(xiàn)更是給桿塔制作帶來了新方向，采用復(fù)合材料制作的絕緣桿塔具有強(qiáng)度大、重量輕、耐高溫、耐腐蝕、絕緣性良好的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境。

在定位桿塔后要制作桿塔基礎(chǔ)，它的主要作用是保證鐵塔在電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)不發(fā)生因受外力的作用發(fā)生變形甚至倒塌或者下沉的情況，基礎(chǔ)工程合理設(shè)計(jì)以及施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到基面開挖量的大小、造價(jià)成本和輸電線路的運(yùn)行安全。所以在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之前應(yīng)該對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的勘探，根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)信息，因地制宜的選擇基礎(chǔ)型式，可以采用不等高設(shè)計(jì)，并配合使用高低腿桿塔，同時(shí)可以根據(jù)不同地質(zhì)條件采用巖石錨桿基礎(chǔ)、復(fù)合式沉井基礎(chǔ)、螺旋錨基礎(chǔ)等不同的基礎(chǔ)型式，以確保基礎(chǔ)制作的穩(wěn)固，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮好基礎(chǔ)周邊的排水處理，避免基礎(chǔ)受到雨淋或者山洪的沖擊從而影響到桿塔的安全和穩(wěn)定。

4 防雷接地設(shè)計(jì)

防雷技術(shù)是電力系統(tǒng)維護(hù)的重要策略，能夠保證電力系統(tǒng)在惡劣氣象系統(tǒng)下的正常運(yùn)行。架設(shè)避雷線是輸電線路最基本也是最有效的防雷保護(hù)措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時(shí)也可以起到減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位以及通過對(duì)導(dǎo)線的耦合作用來減小線路上絕緣子的電壓，還可以對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生屏蔽作用以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價(jià)中所占的比重也愈低。

降低桿塔的接地電阻也是提高線路耐雷能力的有效措施，通過接地可以把電力系統(tǒng)上的強(qiáng)電流、電壓引入地下以達(dá)到防雷效果。特別是對(duì)沒有架設(shè)避雷線的桿塔更要做好接地。特別是在山區(qū)由于接地電阻率大于1000Ω·m，可以采用降阻劑使接地電阻進(jìn)一步下降（如石墨構(gòu)成的降阻模塊）。

在設(shè)計(jì)時(shí)還可以考慮采用架設(shè)耦合地線、裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置、采用中性點(diǎn)非有效接地方式、加強(qiáng)絕緣和采用不平衡絕緣等方式來保護(hù)線路。

5 除冰設(shè)計(jì)

輸電線路覆冰是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。導(dǎo)線嚴(yán)重覆冰時(shí)容易引起斷線、斷股甚至倒桿等事故，造成大面積長(zhǎng)時(shí)間中斷供電（如2008年的大雪災(zāi)）。同時(shí)導(dǎo)線覆冰除增加了導(dǎo)線荷載外還可能激發(fā)導(dǎo)線舞動(dòng)。目前，我國(guó)電力系統(tǒng)中除冰的主要技術(shù)有：短路通流融冰技術(shù)、導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線兩相短路融冰技術(shù)、導(dǎo)線對(duì)地線單相短路融冰技術(shù)以及常規(guī)的機(jī)械除冰方法。不過隨著相關(guān)科技和材料學(xué)的發(fā)展，新的除冰技術(shù)和方式出現(xiàn)，作為設(shè)計(jì)者對(duì)于這類經(jīng)過檢驗(yàn)的合格的新技術(shù)應(yīng)該多加理解，并在設(shè)計(jì)的線路中合理運(yùn)用以達(dá)到提升輸電線路的防冰能力。如：CO2激光熱熔法；涂設(shè)吸收太陽能的防覆冰涂料；用冰去除附著冰層防止輸電線路結(jié)冰；無源防冰覆蓋層；有源防冰覆層等等。當(dāng)然，在線路設(shè)計(jì)時(shí)選用新除冰技術(shù)時(shí)必需考慮到電力線路運(yùn)行中相關(guān)的電氣、熱力和機(jī)械等條件的約束。同時(shí)要充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)的地理環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用問題，以便能更好地實(shí)現(xiàn)和提高除冰新技術(shù)的實(shí)用性、有效性和可操作性以及降低相應(yīng)成本。

總結(jié)

輸電線路建設(shè)工程是一個(gè)影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要領(lǐng)域，而設(shè)計(jì)工作又是這類工程的基礎(chǔ)，因此我們要做好輸電線路的設(shè)計(jì)工作，推進(jìn)設(shè)計(jì)深度和廣度，為我國(guó)的電力建設(shè)提供優(yōu)秀的指導(dǎo)作用。

[2]李峰，袁駿，侯建國(guó)，安旭文.我國(guó)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度研究 [J].電力建設(shè)，2010,31（11）：18-23.

[3]袁春峰，李炳生，朱中耀.海拉瓦技術(shù)在架空線工程規(guī)劃中的應(yīng)用研究 [J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2008（5）：23-27.