淺談高壓輸電線路設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題

陳潮俊

摘 要：高壓輸電線路是電力輸送的重要設(shè)備。我國(guó)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(shè)計(jì)在整個(gè)高壓輸電線路架設(shè)工程中具有十分重要的作用。文章以高壓輸電線路設(shè)計(jì)作為闡述視角，對(duì)其線路設(shè)計(jì)及施工相關(guān)主要問(wèn)題展開(kāi)了必要價(jià)值性探討，提出高壓輸電設(shè)計(jì)應(yīng)能權(quán)衡桿塔所處環(huán)境進(jìn)行全面分析，配套搭配單雙回路，研究鐵塔基礎(chǔ)優(yōu)化工作等。

關(guān)鍵詞：輸電線路；線路設(shè)計(jì)；架空桿

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，國(guó)家電力實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，各地電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展迅猛，電網(wǎng)輸送能力極大的增強(qiáng)，供電可靠性逐步提高。但在建設(shè)電網(wǎng)的過(guò)程中，要充分考慮設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)方面的問(wèn)題，合理施工、優(yōu)化設(shè)計(jì)、保質(zhì)保量，并且要最大限度地降低施工成本。雖然一般來(lái)說(shuō)對(duì)技術(shù)要求越高，所需要的資金也越多，但是輸電線路設(shè)計(jì)人員要通過(guò)不斷地研究、不懈的努力，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)達(dá)到經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)性的統(tǒng)一平衡。

1高壓輸電線路一般具備特性表述

安全性和可靠性需求較高。由于高壓容量的輸送電需求較大，在電網(wǎng)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)電源點(diǎn)起始輸電和變電站傳輸運(yùn)送的主要工作，所以但凡出現(xiàn)事故則能夠深切影響經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。線路結(jié)構(gòu)參數(shù)較高。高壓輸電系統(tǒng)中主要有桿塔、導(dǎo)線、絕緣子串、基礎(chǔ)等，桿塔通常較高，基本結(jié)構(gòu)荷載大等等，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)要求嚴(yán)格，配件性能參數(shù)需求也較大；線路運(yùn)行需求高。高壓線路的基本額定電壓較大，所以其周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度就大，故而其運(yùn)行需求也很高；運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜性。高壓線路經(jīng)常處在地理、地貌較為復(fù)雜的山區(qū)，有的沿路歷經(jīng)山谷、高山、湖泊等，有的地勢(shì)險(xiǎn)峻，所以其運(yùn)行維護(hù)也相對(duì)不便。

2高壓輸電線路設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1輸電線路防雷設(shè)計(jì)

在雷雨轟鳴自然氣象條件下產(chǎn)生的高壓雷電往往能高達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏特，這種高能量電壓對(duì)電氣設(shè)備回路系統(tǒng)造成瞬間沖擊的傷害非常大，主要體現(xiàn)在瞬間擊穿設(shè)備絕緣構(gòu)件而使得其出現(xiàn)短路，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)爆炸、燃燒、線纜損毀等。在線路設(shè)計(jì)過(guò)程中，就輸電線路的潛在雷電隱患問(wèn)題進(jìn)行考慮與研究，就能夠?yàn)楹罄m(xù)施工防雷施工作業(yè)提供可行依據(jù)。基于此，防雷設(shè)計(jì)主要應(yīng)考慮兩點(diǎn)：第一，避雷針裝置問(wèn)題，其主要原理是指通過(guò)避雷針裝置可以將泄流處的電阻值盡量減值可以承受的保護(hù)范疇內(nèi)，從而達(dá)到大幅度降低電壓沖擊的目的。第二，避雷線裝置，避雷線構(gòu)成單元是導(dǎo)線、引下雷電泄流導(dǎo)體以及接地設(shè)施構(gòu)件。

2.2導(dǎo)地線選型設(shè)計(jì)

由于輸電線路所處環(huán)境經(jīng)常是長(zhǎng)期置于曠野、山區(qū)或鄰近湖海地區(qū)條件下，所以其線路也就時(shí)常會(huì)受到自然氣象下的大風(fēng)、覆冰等影響，包括氣溫變化劇烈或者化學(xué)氣體等都會(huì)對(duì)其運(yùn)行造成一定影響，外加國(guó)家資源及線路造價(jià)經(jīng)費(fèi)等因素限制，故而在設(shè)計(jì)中務(wù)必要綜合考慮其線纜的材質(zhì)、基本結(jié)構(gòu)選型等。同時(shí)，線路在向變電傳輸電力時(shí)，其容量、傳送性能、環(huán)境因素等問(wèn)題的存在對(duì)其線路正常運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益有著很大影響。因此，導(dǎo)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(shù)、全壽命周期投資成本等，包括對(duì)其導(dǎo)線的型號(hào)、截面、安全等進(jìn)行綜合考慮，從而才能選擇出最為配套、適用的導(dǎo)線選型經(jīng)濟(jì)適用方案，而這也對(duì)控制輸電線纜建設(shè)投資成本有著重要現(xiàn)實(shí)意義。

2.3路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于輸電線路路徑優(yōu)化非常重要。因此，有關(guān)于線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)工作進(jìn)行時(shí)則要綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本投入情況、技術(shù)工藝適用與否，包括施工后運(yùn)行狀態(tài)如何。基于此，設(shè)計(jì)階段時(shí)首要工作則是考慮氣象因素、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。即結(jié)合該輸電線路架設(shè)地區(qū)的地形、地貌特點(diǎn)進(jìn)行線路的路徑優(yōu)化。并以此為基礎(chǔ)，考慮線路是否沿線地下或者地下進(jìn)行敷設(shè)施工。特別是在鄰近湖海、礦區(qū)等地域，這些地域都能為輸電線路發(fā)電提供動(dòng)力能源，進(jìn)而要多重考慮其線路路徑優(yōu)化方案，選出性價(jià)比最為合理的技術(shù)方案。此外，線路路徑要極力避開(kāi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)不良地帶，且要確保自然氣候、氣象比較穩(wěn)定，以使得線路增強(qiáng)壽命使用周期，有效抵抗外界自然氣候及不利因素對(duì)其造成的負(fù)面影響。除此之外，為積極促進(jìn)輸電線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，地方基建管理責(zé)任單位也應(yīng)能夠全面對(duì)其建設(shè)予以支持，采取有力政策予以傾斜，以此才能提高輸電線路的運(yùn)行可靠性，為其施工建設(shè)提供便利條件。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

桿塔基礎(chǔ)是輸電線路整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，相對(duì)于其整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目而言，它的經(jīng)費(fèi)投入相對(duì)較高、工期較長(zhǎng)以及勞動(dòng)力投入較大。尤其是它的作業(yè)工期，基本上會(huì)占據(jù)整個(gè)輸電項(xiàng)目工程的一半工期以上，且運(yùn)輸量比重也將近60%。現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)采用高壓輸電線路基礎(chǔ)類型主要為大開(kāi)挖填土和原狀土兩種。前者主要應(yīng)用土重法進(jìn)行計(jì)算，后者則是依據(jù)剪切法計(jì)算。也就是說(shuō)，輸電線路桿塔基礎(chǔ)恒載受力形態(tài)和其他建筑物結(jié)構(gòu)存在一定差異，即輸電桿塔基礎(chǔ)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，包括水平作用力。而傳統(tǒng)建筑構(gòu)造物，主要考慮建筑構(gòu)造自重承載，基礎(chǔ)承受的是下壓力，對(duì)于上拔力考慮并不充分。同時(shí)，輸電線路還有個(gè)比較顯著的特性，即基礎(chǔ)在敷設(shè)范圍內(nèi)進(jìn)行施工，其沿線經(jīng)過(guò)的地形、地貌，和其受力體現(xiàn)往往差異較大。因此，輸電線路在該設(shè)計(jì)階段時(shí)要考慮的重心問(wèn)題則是下壓力和上拔力的合理設(shè)計(jì)問(wèn)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(lái)抵抗拔力，并需要綜合考慮桿塔區(qū)域所處位置的地質(zhì)情況、基礎(chǔ)恒載，以及其具體施工技術(shù)工藝問(wèn)題等，從而才能達(dá)到全面優(yōu)化其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的目的。

3輸電線路設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題研究

3.1優(yōu)化鐵塔基礎(chǔ)

基礎(chǔ)計(jì)算的先決前提則是考慮地基恒載滿足設(shè)計(jì)要求，如若地質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于不良淤泥、軟土地帶，則需要重新考慮設(shè)計(jì)方案。綜合考慮線路鋪設(shè)沿線的整體水文實(shí)際狀況，才能結(jié)合各個(gè)基礎(chǔ)形式的優(yōu)勢(shì)與不足，從而選用出安全可行、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)可靠的基礎(chǔ)施工方案。此外，對(duì)于要結(jié)合實(shí)際正確評(píng)估鐵塔基礎(chǔ)受力情況，在保證安全施工的前提下，能夠有效針對(duì)軸心受壓、軸心受拉基礎(chǔ)問(wèn)題，分別確認(rèn)出兩者不同的受力K值。

3.2單雙回路搭配問(wèn)題

礙于終端塔位和廊道條件約束，并能為了保障沿線敷設(shè)線路的后續(xù)項(xiàng)目開(kāi)工順利出線，往往需要選用多個(gè)雙回路終端塔。因此，在有些擁擠地區(qū)、地段內(nèi)廊道規(guī)劃往往采用的是雙回路架設(shè)方案。基于此，一般地區(qū)的重要變電站，均采用雙回線供電，這樣可保護(hù)其中一個(gè)電源因故停電，另一個(gè)電源可繼續(xù)供電，但對(duì)一般的對(duì)供電可靠性要求不高的中小用戶往往采用單電源供電。

3.3降低桿塔接地電阻問(wèn)題處理

第一，深埋式接地。如地下深處的土體結(jié)構(gòu)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(shè)條件確實(shí)具備水平裝設(shè)的有力條件，則可盡量運(yùn)用該架設(shè)方法。即該方法造價(jià)成本費(fèi)用較低，可以有效控制工頻接地電阻，還能對(duì)沖擊接地電阻進(jìn)行控制或降低。

4結(jié)語(yǔ)

高壓輸電線路擔(dān)負(fù)著分配電能、輸送電能的任務(wù)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。雖然我國(guó)高壓輸電線路基礎(chǔ)理論已經(jīng)趨于完善，在制定高壓輸電線路規(guī)劃時(shí)可以多關(guān)注國(guó)內(nèi)專家學(xué)者對(duì)輸電線路施工和設(shè)計(jì)的研究，參考外國(guó)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，可以提高我國(guó)高壓輸電線路的施工水平和設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)解決高壓輸電線路的故障，提高輸電線路的抗攻擊能力，在故障發(fā)生后快速反應(yīng)，降低故障造成的影響。提高輸電線路的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

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