高壓輸電線路工程綠色設計研究

國網江蘇電力設計咨詢有限公司徐州勘測設計分公司 李爍然

目前，在經濟社會不斷發展的大浪潮下，消費升級、產業迭代、供給側改革等逐漸增強市場對電力的需求，用電規模持續擴大、用電結構更加龐大、電力供給與居民日益增長的需求矛盾進一步突出。在高壓電力工程領域，全面推行綠色設計理念，在保證技術創新性和經濟節能性的前提下，盡量降低對環境的不利影響，使電力發展朝著合理利用資源、保護自然環境的方向發展。總之，綠色設計既要采用領先的技術手段達到節能降耗，減少對環境的負面影響，也要選擇合適的材料和作業工藝，使桿塔、導地線等設施設備能夠最大限度地循環利用，實現經濟效益合理化[1]。

1 項目簡介

本項目線路為上海某110kV 變電站，線路全長33000m，其中，架空線路長30000m，雙回電纜線路相對較短，長200m，單回架空線路長3500m。桿塔選擇角鋼塔，合計新建一百三十三基。導線采用OPGW 光纜，沿線地形基本上均為平原，交通狀況較佳。

2 高壓線路綠色設計原則

高壓輸電線路作為電力網絡的主要組成部分，其設計效果直接關系到整個電力網絡能否安全可靠工作。因此，對高壓線路綠色設計時應按照以下相關的原則。

2.1 整體性設計原則

從線路建設全過程的角度出發，將綠色設計理念滲透到高壓線路設計的細枝末節，綜合衡量技術層面、利潤效益及生態影響等方面，為電網低碳平穩運行保駕護航。

2.2 性價比最優設計原則

在充分調研同行業的基礎上，引入先進技術，升級管理手段，優化鐵塔等電力設施設備的設計，選取物美價廉的材料，在確保產品性能的前提下力求經濟達到最優。

2.3 資源充分利用及環境優化的設計原則

高效利用資源，提高資源的利用率，盡量就地取材，積極推動資源循環利用[2]。降低對資源的過度依賴，減少對環境的污染，盡可能做到低碳減排。

3 輸電線路綠色設計研究方案

3.1 合理選擇線路路徑

在實際用電工況中，隨著居民生活水平的提高，電力需求擴大，高壓輸電線路電纜已經不能滿足日益增長的電力負載要求。而輸電線路的路徑作為輸電線路設計工作中的關鍵部分，其設計質量直接影響到電網能否正常供電，與工業生產和人民生活息息相關。

所以，合理選擇線路路徑是高壓輸電線路綠色設計研究必須面對的問題。在方案設計階段，高壓輸電線路充分避開鬧市區、旅游景點區以及南水北調工程附近等，最大限度減少項目對環境的污染。在項目設計階段與相關單位充分協商溝通，躲避城鎮土地規劃的有關范圍[3]。本項目工程的設計如圖1所示。

圖1 項目工程的設計簡化圖

方案A：總輸電距離較大，拐角數目較多，整體花費高，優勢是緊鄰公路，施工過程中不需要額外搭建交通通道，可借助公路通行，方便工作開展。

方案B：總輸電距離較小，拐角數目較少，整體花費低，但輸電線路沿線經過新能源太陽能發電區域，會對光伏發電造成一定影響。

方案C: 總輸電距離與方案A 相同，拐角數目較多，且線路沿線不僅存在居民區，還有海拔較低的水渠，施工難度可想而知，各設計路徑花費情況見表1。

表1 各設計路徑花費情況（萬元）

綜合以上因素，最終商定選擇方案A，在滿足輸電線路使用要求的條件下，最大程度降低花費，盡可能地降低對生態環境的破壞。

3.2 重視桿塔位置選擇

在高壓電網輸電線路走向確定后，就需要對線路的每一步進行細化。設計人員要始終秉承綠色低碳、節能減排的設計思想，科學確定桿塔的建設位置。在對線網周邊環境充分調查基礎上隨機應變、量體裁衣，針對有大區域森林的情況，選取架空高跨的方式，針對零星的林木，盡力降低砍伐數量。此外，考慮到交通便利性，桿塔選址優先布置在路邊或離公路較近處，以便方便物料進場、人員施工，降低臨時道路的搭建，最大限度降低對土地的不利影響[4]。

如圖2所示，本項目在高壓線網設計時，遇到大范圍的森林區域后，應適當加高角鋼塔的高度，使高壓線網的下導線與樹木之間保持在安全的距離，同時，桿塔接地設備安裝原則上方向應該朝向遠離自建住房方向，且不得靠近地下輸水系統，防止接地設備損壞對輸水系統造成影響。此外，為了避開有機蔬菜基地等種植區，輸電線路加裝轉角塔A37、A39，如圖3所示，其中虛線為方案1確定的輸電線路路徑。節約了輸電線路走廊的占地空間，一定程度上避免了周圍房屋的搬遷和樹木的砍伐。輸電線路跨越其他高壓輸電線路時，在符合安全要求的前提下，選擇高度較矮的雙回塔鉆越[5]。

圖2 有樹林的高壓線網設計

圖3 有種植區的高壓線網設計

3.3 線纜設計

作為高壓輸電的電纜，其導電率以及強度質量一定要達標。目前常規的導線見表2，導線1銅芯鋁絞線較為常用，價格為每噸2.2萬元，導線2鋼芯高導電率鋁絞線價格為每噸2.23萬元，較導線1每噸貴了300元，差額較低可忽略，價格較高的是導線3鋁合金芯鋁絞線，價格為2.46萬元，費用約為前面兩者的12%，但根據使用經驗和歷史電能數據，導線1和導線2雖然初期成本花費稍微低點，但隨著使用時間的增加，耗電量明顯上升，線損問題非常嚴重，而導線3雖然前期投資成本偏高，但隨著使用次數的增加，其線損情況整體偏小，節能性進一步突出，可以考慮采用此導線進行高壓輸電。

表2 輸電線纜價格對比（萬元）

3.4 數字化設計

3.4.1 BIM 三維場景構建

BIM 技術的突出特點之一即三維可視化，同時也是其應用于高壓線路綠色數字化設計的基礎。該優勢能夠使設計人員對項目設計的每個環節進行整體管控，實現高壓輸電線路的可視化及數字化管理，從源頭上把控高壓輸電線路的建設周期、成本及建設質量。采用BIM 技術進行高壓輸電線路的三維可視化設計，相比之前的設計模式，更能直觀明了地表達設計者的意圖，全面展示輸電線路的細節信息，同時場景仿真，生成周邊的房屋建筑、交通要道、林木山地等物體，提高設計質量，如圖4所示，可充分利用三維可視化圖形對進行建筑物拆遷、森林砍伐等工程量進行提前謀劃，極大地方便了高壓線路后期施工過程的管控，提高了工作效率，縮短建設周期。

圖4 三維可視化場景

3.4.2 基于BIM 的輸電路徑沖突檢查

在高壓輸電線路工程設計過程中，各模塊間不可避免會出現干涉沖突現象，設計階段需要提前做好各模塊間的協調發展，而BIM 技術具有可協調的優勢，在工程設計中，應用BIM 技術可以提供可靠高效的溝通交流平臺，以便工作人員可以更好地發現沖突問題，及時干預解決，避開政府規劃區、人口密集區等，一方面，避免后期高壓輸電線路工程建設時出現問題，返工重建，降低項目潛在風險，間接節省建設成本；另一方面，合理調配資源，避免資源浪費，進一步提高工作效率和工程質量。

與傳統的高壓輸電線路設計方法相比，采用BIM 進行輸電線路沖突檢查優勢明顯。第一，在高壓輸電線路設計中，BIM 技術可以多方位、多維度展示高壓輸電線路模型，方便設計人員在選擇輸電路徑時進行全面的檢查，防止沖突矛盾的情況，一旦發現異常，方便設計人員及時進行調整，不用實際建設出來進行問題查找，節省了人力、物力，提高了設計效果。第二，可以按照使用需求在任一設計位置選擇生成目標設計樣圖，方便工作人員對輸電線路的整體理解。第三，利用該技術可以清晰地觀看各輸電塔桿的高度及空間分布情況，輕松挖掘二維平面圖紙中隱藏的空間問題，進一步避免沖突干涉現象產生。

總之，基于BIM 技術對高壓輸電線路進行設計時必須精準、可靠，因為其設計質量直接影響到后續輸電線路工程施工的各個環節，關系到整個工程的建設質量，因此，在應用BIM 技術進行高壓輸電線路設計的過程中，不僅應注意輸入參數的準確性，還要考慮到各模塊的兼容度和協調性，以便取得更好的設計效果。

此外，在高壓輸電線路設計過程中，也要加大管理上的力度，首先，需加強設計研究人員的教育和培訓工作，有條件的情況下派出專業技術人員去發達國家的電力行業進行學習，參考其綠色設計工作方式，以“科學高效、節能降耗、降低環境影響”為問題導向，并結合自身高壓輸電線路建設的實際工作情況對其進行科學合理地改進設計。其次，建立獎懲機制，提高員工積極性。將員工的獎金與員工日常考核相掛鉤，對于主動提出的合理化建議如切實提高了經濟效益、降低了環境影響，可以申請加分等，由此可以激勵員工以更加積極的態度來面對設計研究工作，將助力于電網的安全、節能、綠色可靠運行。最后，每個月組織各方就高壓輸電線路設計工作進行總結復盤，對當月的工作進行分析討論，找出不足，討論棘手難題，給出解決方案，交流心得體會，分享先進經驗，并對下一步的研究工作指明發展方向。

伴隨社會發展，高壓輸電線路工程結構越來越龐大復雜，做好其設計質量十分必要，本文以110kV 高壓輸電線路工程為例，對其輸電線路綠色設計研究，包括合理選擇線路路徑、重視桿塔位置選擇、輸電線纜設計、BIM 三維場景構建以及基于BIM 的輸電路徑沖突檢查等內容，在提高電網的經濟效益的同時也保障居民的供電質量，實現供電部門經濟效益與服務質量的雙贏。