淺談高壓輸電線路設計的若干問題

鐘宇

【摘要】高壓輸電線路是電力輸送的重要設備。我國的地域廣泛，人口分布不均，高壓輸電線路在保證正常用電等方面具有不可或缺的作用。高壓輸電線路的設計在整個高壓輸電線路架設工程中具有十分重要的作用。文章以高壓架空輸電線路設計作為闡述視角，對其線路設計及施工相關主要問題展開了探討，提出高壓輸電設計應對環境和施工條件等進行全面分析，研究輸電線路的優化工作。

關鍵詞：輸電線路；線路設計；架空線路

隨著國民經濟快速增長，國家電力實現了跨越式發展，各地電網的建設發展迅猛，電網輸送能力極大的增強，供電可靠性逐步提高。但在建設電網的過程中，要充分考慮設計、施工等各個方面的問題，優化設計、合理施工、保質保量，才能最大限度地降低成本。雖然一般來說對技術要求越高，所需要的資金也越多，但是輸電線路設計人員要通過不懈的努力、不斷地研究，通過合理的設計以期達到經濟性與技術性的統一和平衡。

1、高壓輸電線路一般具備特性表述

（1）安全性和可靠性需求較高。由于輸電線路輸送的容量需求較大，在電網系統中負責電源點至變電站的傳輸工作，但凡出現事故就會引起嚴重的經濟損失；（2）線路結構標準較高。高壓輸電系統中主要有桿塔、導線、絕緣子串、基礎等，因桿塔高度通常較高，基本結構荷載大等因素，所以其結構設計標準要求嚴格，構件性能要求也高；（3）線路運行需求高。高壓線路的基本額定電壓較大，所以其周圍電場強度就大，故而其運行需求也很高；（4）運行環境復雜性。高壓線路經常處在地理、地貌較為復雜的山區，有的沿路歷經山谷、高山、湖泊等，有的地勢險峻，所以其運行維護也相對復雜。

2、高壓輸電線路設計要點分析

2.1 路徑優化設計

輸電線路路徑優化非常重要。因此，進行線路路徑優化設計工作時要綜合考慮經濟成本投入情況、技術工藝適用與否，包括施工后運行狀態如何?；诖耍O計階段時首要工作則是考慮氣象因素、水文地質結構。即結合該輸電線路架設地區的地形、地貌特點進行線路的路徑優化。并以此為基礎，考慮線路路徑走向、大跨越位置的選擇。特別是在鄰近水庫、礦區等地域，這些一般地域都作為電源點位于輸電線路的始端，進而要多重考慮其線路路徑優化方案，選出性價比最為合理的技術方案。此外，線路路徑要極力避開地質結構不良地帶，且要確保自然氣候、氣象比較穩定，以使得線路增強壽命使用周期，有效抵抗外界自然氣候及不利因素對其造成的負面影響。除此之外，為維護輸電線路的正常運轉，地方基建管理責任單位也應能夠全面對其建設予以支持，采取有力政策予以傾斜，為其施工建設提供便利條件，才能提高輸電線路的運行可靠性。

2.2 導地線選型設計

由于輸電線路所處環境經常是曠野、山區或鄰近湖海，所以其線路也就時常會受到自然氣象下的大風、覆冰等的影響，而且氣溫變化劇烈或者化學氣體等因素都會對其運行造成一定影響，外加資源利用及線路造價經費等因素限制，故而在設計中務必要綜合考慮其線纜的材質、線纜結構等問題。同時，線路在向變電站傳輸電力時，其容量、傳送性能、環境因素等問題的存在對其線路正常運行實現經濟效益有著很大影響。因此，導地線選型不僅要考慮它的電氣特性是否良好，還要考慮其施工技術、全壽命周期投資成本等，包括對其導線的材質、截面、安全等進行綜合考慮，從而才能選擇出最為配套、適用、經濟適用的導地線型號方案，而這也對控制輸電線路建設的投資成本有著重要意義。

2.3 輸電線路防雷設計

自然雷電產生的電壓往往能高達數十萬伏特，這種高能量的雷電對電氣設備、回路系統造成的瞬間沖擊傷害非常大，能瞬間擊穿設備絕緣構件而使得其出現短路，嚴重時甚至出現爆炸、燃燒、線纜損毀等情況。在線路設計過程中，就輸電線路的防雷問題進行考慮與研究，就能夠為后續施工防雷施工作業提供可行依據?；诖?，防雷設計主要采取兩種方式：一、避雷器，其主要原理是通過避雷器可以將泄流處的電阻值盡量減小到可以承受的范圍內，從而達到大幅度降低電壓沖擊的目的。第二，避雷線裝置，避雷線可以保護導線，使雷盡量落在避雷線上，并通過桿塔上的金屬部分和埋設在地下的接地裝置，使雷電流流入大地。

2.4 基礎設計

桿塔基礎是整個輸電線路結構的重要組成部分，相對于其整個建設項目而言，它的經費投入相對較高、工期較長以及勞動力投入較大。尤其是它的作業工期，基本上會占據整個輸電項目工程的一半以上，且運輸量的比重也將近60%。現如今，國內采用高壓輸電線路基礎類型主要為大開挖填土和原狀土兩種。前者主要應用土重法進行計算，后者則是依據剪切法計算。也就是說，輸電線路桿塔基礎恒載受力形態和其他建筑物結構存在一定差異，即輸電桿塔基礎除卻要考慮下壓力因素以外，還要考慮大小受力相近的上拔力因素。而傳統建筑構造物，主要考慮建筑構造自重承載，基礎承受的是下壓力，對于上拔力考慮并不充分。同時，輸電線路還有個比較顯著的特性，即基礎通常會跨越許多種類的地質條件進行施工，其沿線經過的地形、地貌，和其地基情況往往差異非常大。因此，輸電線路在該設計階段時要考慮的中心問題則是合理的平衡抵抗下壓力和上拔力設計問題。既需要桿塔能夠巧妙地利用土地耐重壓力，又需要其能夠合理利用土體的重力來抵抗拔力，并需要綜合考慮桿塔區域所處位置的地質情況、基礎恒載，以及其具體施工技術工藝問題等，從而才能達到全面優化其基礎設計的目的。

3、輸電線路相關設計的優化研究

3.1 優化鐵塔基礎

基礎計算的先決前提則是考慮地基恒載滿足設計要求，如若地質結構屬于不良淤泥、軟土地帶，則需要重新考慮設計方案。綜合考慮線路鋪設沿線的整體水文實際狀況，才能結合各個基礎形式的優勢與不足，從而選用出安全可行、技術先進、經濟可靠的基礎方案。此外，對于要結合實際正確評估鐵塔基礎受力情況，在保證安全施工的前提下，能夠有效針對受壓、受拉基礎問題，把握好兩者之間的平衡。

3.2 單雙回路搭配問題

礙于終端塔位和廊道條件約束，為了保障架空線路沿線的后續項目架設便利，變電站外往往需要選用雙回路甚至多回路的終端塔。在有些擁擠地區、地段內廊道規劃往往采用的是雙回路架設方案。同時，一般兩個重要變電站之間的輸電線路往往采用雙回路同塔架設，這樣可保護其中一條線路因故停電，另一條線路可繼續供電。

3.3 降低桿塔接地電阻問題處理

第一，深埋式接地。如地下深處的土體結構的電阻率通常較低，則可采用豎井式抑或深埋式接地極。第二，橫向外延接地。如若桿塔所處建設條件確實具備水平裝設的有利條件，則可盡量運用該架設方法。即該方法成本費用較低，可以有效控制工頻接地電阻，還能方便地調整水平接地體長度適應不同電阻率的塔位。

4、結語

高壓輸電線路擔負著分配電能、輸送電能的任務，是電力系統的重要組成部分。雖然我國高壓輸電線路基礎理論已經趨于完善，但在制定高壓輸電線路規范時也應多關注國內專家學者對輸電線路施工和設計的研究，同時參考外國的實踐經驗和先進技術，就可以逐步提高我國高壓輸電線路的設計水平和施工水平，加強對輸電線路的監測能力，及時解決日益復雜的高壓輸電線路故障，提高輸電線路的抗攻擊能力、在故障發生后的快速反應能力，降低故障造成的影響，提高輸電線路的安全性、穩定性和經濟效益。

參考文獻

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