基于提升電網建設適應性的山區10 千伏線路穿越抗樹竹傾覆設計研究

許毅

（蕪湖銀峰電力工程設計有限公司，安徽 蕪湖 241000）

一、背景和目的

（一）研究背景

10kV 架空線路運行過程中，樹竹傾覆線路是造成線路故障跳閘的一個重要因素。皖北多為平原地區，樹竹分布較少，樹竹事故發生率較低。黃山地處皖南山區，地形以山地為主，山區樹竹數目眾多，且生長較快，極易傾覆觸碰電力線路引起線路短路、接地及跳閘，為樹竹事故高發地帶。據統計，2019 年黃山市黃山區全年因樹竹故障造成的10kV 線路跳閘高達41 次，多為是樹竹事故引發的短路跳閘。不同于平原地區，山區線路一旦發生樹竹事故，由于山區線路供電半徑多半較長且巡視不便，樹竹故障發生后不易發現排除，導致搶修作業時間長，極大地影響了地區用戶的供電可靠性。

為了減少山區10kV 線路樹竹事故發生率，通常采用兩種傳統方式。一是在規劃線路路徑時優先規避樹竹密集地區，在確實無法規避的情況下，通過清理線路廊道內及兩側可能引起樹竹故障的樹竹；二是在線路設計時采用角鋼塔高跨或者電纜敷設的方式。傳統清理樹障的方式雖然有效，但樹竹的清理勢必對黃山地區的森林資源造成破壞。為了保護生態環境，國家采取了相應的經濟杠桿措施來限制樹木的砍伐，如提高樹木砍伐賠償費用的標準等，長距離大范圍砍伐將直接導致線路造價升高。由于山區樹竹生長較快，需要運維人員定期巡視及砍伐廊道內及兩側的樹竹，企業運維成本費用也會大幅增加。同樣，若采用角鋼塔高跨或者電纜敷設的方式，單回路每公里造價將增加至普通線路的2-3 倍，雙回路線路造價會增加更多，直接影響黃山地區線路造價，導致地區投資費用的增加。

（二）課題研究目的

結合黃山山區地形特點以及樹竹密集的情況，研究提出山區10kV 線路穿越且增加地線的設計。通過采用山區10kV 線路上方架設地線設計，可以避免線路廊道兩側樹竹傾覆時直接打在線路上導致線路斷線或觸發接地，從而提高線路正常運行時抗樹竹傾覆的能力，可以避免線路廊道兩側樹竹的大量砍伐，同時響應國家保護生態環境的政策，實現最大限度地保護森林資源。通過采用線路穿越設計，可以降低山區線路采用高跨及電纜設計的投資造價，減少了樹竹大量砍伐的賠償費用以及公司運維成本費用，節約項目投資。

因此，提出山區10kV 線路采用穿越且增加地線的設計研究，可以從前期設計角度保證后期線路安全穩定運行，提高山區線路的供電可靠性，降低山區項目投資。在建設好架空配電線路工程的同時，可以最大限度地保護森林資源，實現國家、企業雙贏的目標。

二、常見樹竹事故的種類

（一）自然災害

超過設計風速的大風，橫向線路吹來時，容易發生導線風偏后和樹竹發生閃絡的事故，甚至導線掛到樹竹上，形成永久性接地故障。另外，樹竹在大風作用下，擺向線路側，甚至倒向線路側，打到導線上，引起線路故障。

嚴重的覆冰使導、地線的弛度增大，可能觸及或接近垂直下方的樹竹，而發生故障。如果此時還有風偏，就極易發生風偏后和線路旁邊或山坡上的樹竹間的閃絡事故另外，線路旁邊的樹竹，由于覆冰過重壓斷，也可能倒向線路，導致線路故障。另外，發生火災，當火苗接近導線或桿塔旁的拉線，就會把導線、拉線燒斷或燒傷，造成故障。還有暴雨成災，造成山坡塌方或泥石流，如果此時山坡上正好有樹竹，當樹竹隨著山坡滑動時，也可能觸及導線，而構成線路故障。

（二）外力破壞

如有外來人員在線路底下或附近干活或進行樹木砍伐，致使輸配電線路發生樹竹方面的故障稱為外力破壞。即便導線和樹竹間的風偏安全距離已經滿足規程的要求，但受到外力破壞的樹竹倒向線路時，樹竹梢即可能會觸碰導線，而引起線路瞬間接地故障，甚至樹竹頭部打到導、地線上，把導、地線打斷，引起永久性的接地故障。還有在線路底下砍伐樹竹后，搬運時，由于樹竹梢部超高，也可能觸及導線，造成線路故障。

（三）責任事故

輸配電線路由于設計、施工和運行檢修人員，對工作不負責任，因其過失造成的樹竹方面的事故，稱為責任事故。設計人員過失，最容易發生樹竹事故是檔距中對山坡、陡崖、峭壁等的橫斷面施測范圍不足，往往有遺漏情況，因而未進行風偏校核。這種事故，有時在線路投運后相當長的一段時間內還不會發生。因為發生這種故障的風，可能是10 年一遇，或者是20 年一遇，甚至更長的時間。

黃山地處山區，區域內存在多種小氣候，因此造成黃山地區的樹竹事故的原因主要是自然因素，后兩種因素在實際中發生較少。

三、黃山山區線路走廊內常見的樹竹種類

黃山生態系統穩定平衡，植物垂直分帶明顯，群落完整，森林覆蓋率為73%。黃山地區山區線路普遍建設在海拔600 米以下，而在該海拔范圍內，由于人們經濟活動頻繁，山坡植被大多辟為油荼林，荼田以及農田，山坡上常見的森林群落主要為馬尾松群落和毛竹林群落。據統計，松樹多分布于祁門、黟縣和黃山區，毛竹多分布在休寧、黃山區和祁門，其他雜木主要分布在牯牛降和清涼峰，以及祁門、黟縣、歙縣和黃山區。

茶田種的茶樹一般不高，通常在1 米以下。油茶樹一般在2～3 米。由于茶樹高度普遍不高，因此即便生長在線路廊道內，對線路的正常運行基本沒有影響。

圖1 黃山地區茶田（左）和油茶樹（右）

黃山地區毛竹最高可達20 米，一般在15 米左右，胸徑一般在10-22 厘米之間。毛竹分布廣泛，生長較快且樹竹較高，同時毛竹容易爛根倒塌，是造成黃山山區線路樹竹故障的主要樹種。

四、架空穿越設計方式進行適應性分析研究

（一）適應性分析

山區線路若采用高跨的方式，在線路施工尤其是線路運行過程中可以大大減少樹竹砍伐量，并且顯著降低樹竹事故發生率，減少運行成本。但高跨方式在10kV山區線路中也有一定的局限性。一般高跨線路桿位均選擇在山頂，一旦在凍雪等惡劣天氣中出現斷線事故，搶修起來費時費力，山區農村線路一般是單回線路，由于無聯絡線路，一旦停電，恢復供電時間會很長。而且線路桿在山頂還會導致臺區的T 接線路很長，部分臺區T 接不得不采用電纜?；谝陨显?，10kV山區線路的路徑通常選擇在山腳緩坡和靠近村莊的山腰。由于地勢較為平緩，檔距不宜選擇過大，此時采用電桿架設的方式較為合理。但在實際過程中，也會有部分區域存在樹竹高過電桿，不能砍伐、不能繞道的極端狀況，在這種情況下采用架空線穿越的方式較為適宜。在線路設計上，黃山公司建議山區10kV 架空線路采用“堅強導線，堅強拉線，堅強避雷線”的方針，盡量做到不砍伐樹竹。因此，導線采用樹竹可頻繁接觸的、帶鋼芯的厚絕緣導線，在穿越的方式下，為防止樹竹倒下時覆壓導線，10kV 線路桿頂架設鋼絞線，兼做避雷線及保護線。

（二）經濟性比較

根據國家電網辦【2019】826 號文，國家電網公司將進一步嚴格控制電網投資，提升公司經營績效，保障公司和電網可持續發展，更好地服務國民經濟和社會發展。另外由于山區地形系數較高、地質分坑中的巖石比例以及人力運輸影響，10kV 線路單位造價往往較高。因此在10kV 線路設計時，需考慮不同方式下的單公里造價對比情況從而進行選擇。

五、結論及成效分析

（一）結論

由于樹竹覆壓地線力學計算中存在的動態變量較多，因此本課題僅在若干限定工況條件下進行研究分析并進行適度擴展分析。綜上分析，在無冰且風速為10m/s 的工況條件下發生樹竹傾覆地線時，梢徑190mm 的15m，M 級鋼筋混凝土電桿的桿根彎矩計算值小于允許彎矩值，會發生斷桿現象。梢徑230mm 的15m，N 和Q 級鋼筋混凝土電桿均能夠滿足要求。在無冰且風速為15m/s 和29m/s 的工況條件下發生樹竹傾覆地線時，僅有梢徑230mm 的15m，Q 級鋼筋混凝土電桿均能夠滿足要求，實現在不打拉線的情況下，不發生斷線和斷桿情況。

（二）成效分析

通過提出山區線路穿越并架設地線的設計，一方面能夠兼做避雷線，降低雷擊事故；一方面能夠在減少樹竹砍伐，避免森林資源破壞的前提下，增強山區線路抗樹竹傾覆能力，減少樹竹直接傾覆在導線線引發短路跳閘事故，提高山區線路的供電可靠性。同時相對于采用角鋼塔和電纜的線路設計，單位公里造價減少30-80 萬，經濟性非常顯著。