電力工程中高壓輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)的要點(diǎn)分析

山東電力工程咨詢院有限公司 劉福達(dá)

高壓輸電是電力工程中電力傳輸?shù)闹匾侄?，可有效解決遠(yuǎn)距離輸電過程中功率耗損及輸電導(dǎo)線浪費(fèi)等各種問題，不斷提升輸電效率，延伸輸送范圍的同時(shí)為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要的電力支撐。但高壓輸電猶如一把雙刃劍，不僅具備以上優(yōu)勢，還對各種材料及建設(shè)總體質(zhì)量要求較高，并大大提升了建設(shè)成本。如果電力工程在設(shè)計(jì)高壓輸電線路時(shí)出現(xiàn)問題，都會造成電力輸送不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)而對生產(chǎn)、生活產(chǎn)生不良影響，無形中增加安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

1 高壓輸電線路設(shè)計(jì)工作的流程及設(shè)計(jì)過程中的問題

1.1 前期分析

由于高壓輸電線路設(shè)計(jì)存在一定特殊性，再加上工程量巨大、設(shè)計(jì)因素及包含內(nèi)容較多，設(shè)計(jì)工作受到諸多因素影響，同時(shí)面對各種安全隱患，為此在設(shè)計(jì)高壓輸電線路過程中應(yīng)做好相應(yīng)準(zhǔn)備工作，切實(shí)強(qiáng)化高壓輸電線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量及水平。

一方面對線路途徑地區(qū)的地勢高低起伏變化狀況及氣象環(huán)境等進(jìn)行勘察和具體分析，如海拔、覆冰、風(fēng)速、年平均溫度、最低溫度、雷暴日等，以此給出最終勘察結(jié)果為設(shè)計(jì)工作的開展提供重要依據(jù)，確保設(shè)計(jì)與實(shí)際施工相一致；另一方面設(shè)計(jì)人員在輸電線路選線時(shí)還要與當(dāng)?shù)爻墙ㄒ?guī)劃相結(jié)合，對于敏感因素合理避讓，取得眾多部門的相關(guān)協(xié)議；最后設(shè)計(jì)人員結(jié)合勘察結(jié)果及自身積累的工作經(jīng)驗(yàn)對設(shè)計(jì)方案予以合理規(guī)劃，確保方案切實(shí)可行，同時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測施工過程中可能產(chǎn)生的不利影響，杜絕風(fēng)險(xiǎn)事故的產(chǎn)生。

1.2 初期分析

在設(shè)計(jì)工作開展初期可對線路分布進(jìn)行擬定，隨后根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際狀況對線路圖進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和修改，以此確保所設(shè)計(jì)線路科學(xué)合理，還需考慮自然環(huán)境及氣候變化對高壓輸電線路的正常運(yùn)行產(chǎn)生的影響，還應(yīng)根據(jù)前期的勘察結(jié)果布局設(shè)計(jì)線路，明確符合施工要求的材料類型、規(guī)格及數(shù)量。此外，還應(yīng)注重防雷及抗冰工程的設(shè)計(jì)工作，盡可能避免輸電線路存在的安全隱患。

1.3 施工分析

設(shè)計(jì)輸電線路旨在為后續(xù)施工的良好開展提供依據(jù)支撐，設(shè)計(jì)人員既要確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，同時(shí)還應(yīng)將其與施工環(huán)節(jié)有效融合，加強(qiáng)與施工人員間的配合度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工產(chǎn)生的問題并采取相應(yīng)措施，若設(shè)計(jì)與施工狀況不一致，應(yīng)采取有效措施進(jìn)行補(bǔ)救處理，調(diào)整施工方案，強(qiáng)化建設(shè)單位之間的聯(lián)系與溝通，確保各項(xiàng)問題均控制在合理范圍內(nèi)。

1.4 路徑選擇缺乏合理性

電力路徑選擇受到設(shè)計(jì)人員思想觀念的影響對施工現(xiàn)場的勘察工作重視度不高，甚至有不少設(shè)計(jì)人員會跳過此項(xiàng)工作，導(dǎo)致高壓輸電線路設(shè)計(jì)缺乏充足的施工現(xiàn)場信息作為重要參考，導(dǎo)致電力路徑的選擇與施工現(xiàn)場、施工條件實(shí)際狀況相悖，這樣不但對電力工程施工質(zhì)量及效率產(chǎn)生不良影響，同時(shí)增加建設(shè)成本投入，減少電力工程的經(jīng)濟(jì)屬性。

1.5 桿塔型號選擇不科學(xué)

高壓輸電線路往往采取架空方式，桿塔就是其中一項(xiàng)最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并對高壓輸電線路的良好運(yùn)行至關(guān)重要，特別是桿塔型號的選擇工作不容忽視，其可影響線路的運(yùn)行質(zhì)量，與此同時(shí)不利于桿塔對電氣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行所產(chǎn)生的保護(hù)作用。但工作人員在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)并沒有嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范中的要求、流程合理選擇桿塔型號，最終造成桿塔型號與電氣設(shè)備的運(yùn)行需要存在較大偏差，無法為電網(wǎng)安全運(yùn)行及質(zhì)量提供可靠保障[1]。另外，部分設(shè)計(jì)人員沒有把好桿塔質(zhì)量關(guān)，出現(xiàn)質(zhì)量問題引發(fā)一系列不良后果，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 防雷、抗冰設(shè)計(jì)不當(dāng)

為確保高壓輸電線路運(yùn)行過程中的安全性，通常情況下在選址時(shí)往往以那些地勢復(fù)雜且空曠的位置為主，但這些地方的氣象條件不佳，雷電及冰凍天氣較為常見。這種情況下會針對電力系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的防雷、抗冰設(shè)計(jì)，以免高壓輸電線路受到雷電或低溫影響而損壞線路，確保高壓線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。部分設(shè)計(jì)人員對天氣氣候條件的考察工作不重視，為此在線路設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)致防雷和抗冰設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性，同時(shí)不能彰顯出適用性效果，嚴(yán)重的情況下還會出現(xiàn)防護(hù)弊端，一旦出現(xiàn)上述惡劣天氣，線路會出現(xiàn)漏電、短路等一系列安全問題，同時(shí)對系統(tǒng)的良好運(yùn)行產(chǎn)生相應(yīng)干擾。

2 電力工程高壓輸電線路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 高壓輸電線路路徑選擇設(shè)計(jì)

進(jìn)行路徑選擇的最終目標(biāo)，就是在線路上選擇一條與國家建設(shè)方針及政策相吻合的線路路徑，但在路徑選擇過程中應(yīng)綜合考慮運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性及施工便捷性等因素。在線路路徑選擇設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：設(shè)計(jì)多種方案，通過對這些方案進(jìn)行對比從中選擇出最佳路徑方案；選擇線路時(shí)往往使用1/5萬的地形圖，將線路起止點(diǎn)及其中間的必經(jīng)點(diǎn)等相關(guān)位置在地形圖上明確標(biāo)出，隨后需對區(qū)域內(nèi)相關(guān)狀況進(jìn)行了解，如城市規(guī)劃、現(xiàn)有軍事設(shè)施、廠礦發(fā)展及水利設(shè)施規(guī)劃、礦產(chǎn)資源的開采范圍等各種信息，遵循間距最短的同時(shí)，盡可能避免經(jīng)過以上范圍；明確路徑方案后對路線所經(jīng)過區(qū)域的地上及地下障礙物進(jìn)行調(diào)查，掌握更多資料為后續(xù)工作的開展奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在高壓輸電線路設(shè)計(jì)工作中，桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是其最為關(guān)鍵的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員常用桿塔結(jié)構(gòu)主要為鋼管桿及鐵塔，或兩種結(jié)構(gòu)混合使用。桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是保證線路正常使用的核心，為此，要想確保桿塔的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)質(zhì)量，應(yīng)將以下兩方面作為切入點(diǎn)。

基礎(chǔ)開挖及其澆筑設(shè)計(jì)。開挖設(shè)計(jì)工作實(shí)施過程中，應(yīng)對工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件及地形進(jìn)行全面系統(tǒng)勘測，結(jié)合勘測結(jié)果選擇與之相適應(yīng)的開挖方法，以便確保巖石結(jié)構(gòu)的整體性，另外在對澆筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)注重澆筑基礎(chǔ)、原材料的選擇，電力工程多以鋼筋混凝土基礎(chǔ)為主，將施工現(xiàn)場周邊砂石作為澆筑工作的原材料；基礎(chǔ)排水及回填設(shè)計(jì)。在對桿塔基礎(chǔ)進(jìn)行開挖過程中，做好基礎(chǔ)排水設(shè)計(jì)工作十分關(guān)鍵，只有將基坑中的積水全部排出，才能有效規(guī)避基坑坍塌或不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生，由此基礎(chǔ)排水設(shè)計(jì)勢必要保證基礎(chǔ)位于低水位以上，同時(shí)做好回填設(shè)計(jì)工作，夯實(shí)回填土，確保其密實(shí)度達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，為桿塔基礎(chǔ)澆筑工作有條不紊的進(jìn)行打下堅(jiān)持基礎(chǔ)。

2.3 輸電線的選型設(shè)計(jì)

輸電線是電力傳輸過程中必不可少的環(huán)節(jié)，導(dǎo)線及地線長時(shí)間暴露于室外環(huán)境，并受到風(fēng)、陽光以及寒冰的侵蝕，一旦氣溫出現(xiàn)大幅度變化勢必會對輸電線產(chǎn)生不良影響，再加上國家制定的相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)所明確的限制條件，輸電線的選型十分重要，且關(guān)乎工程整體質(zhì)量以及成本費(fèi)用的投入。為此在設(shè)計(jì)過程中、尤其是那些跨越較大的地段，在選擇輸電線類型時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮導(dǎo)線及地線的選擇。

在選擇導(dǎo)線及地線時(shí)應(yīng)滿足以下要求：首先，確保導(dǎo)線材料的導(dǎo)電率良好。以實(shí)際狀況為主，在此基礎(chǔ)上明確導(dǎo)線截面并予以有效控制，同時(shí)根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流的密度及其輸送量，對多樣化導(dǎo)線材料以及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對比分析，最終明確輸電線類型；其次，導(dǎo)線與地線的耐腐蝕性應(yīng)該較強(qiáng)，確保其可有效抵御外界環(huán)境對其產(chǎn)生的影響；最后，所選擇的導(dǎo)線及地線應(yīng)有著較強(qiáng)抗震性，且機(jī)械強(qiáng)度大，只有這樣才能滿足人們的用電需求。

2.4 避雷線設(shè)計(jì)

避雷線設(shè)計(jì)是高壓輸電線路設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，通過上述了解到很多設(shè)計(jì)人員對避雷線的設(shè)計(jì)工作重視度不高，這樣極易帶來嚴(yán)重后果，為此在設(shè)計(jì)避雷線時(shí)應(yīng)該完善以下工作。

合理選擇避雷線。設(shè)計(jì)線路時(shí)一般以雙避雷線為主，就算長時(shí)間處于雷雨交加的環(huán)境中，也不會對導(dǎo)線產(chǎn)生任何不良影響，對其發(fā)揮重要的雷電保護(hù)作用；科學(xué)選擇避雷針安裝位置。在桿塔的頂部位置安裝避雷針最佳，這樣可對雷擊點(diǎn)進(jìn)行有效控制，盡量降低雷擊頻率，強(qiáng)化防雷次效果；明確避雷針與高壓導(dǎo)線的間距。在線路設(shè)計(jì)過程中避雷針應(yīng)該與高壓導(dǎo)線保持垂直狀況，并且有一定間距，伴隨著社會的不斷發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的進(jìn)一步提升，同時(shí)兼具消雷功能的避雷針應(yīng)運(yùn)而生，在水平距離內(nèi)使用消雷針可規(guī)避雷擊對高壓線產(chǎn)生的不良影響和干擾，提升高壓輸電線路的科學(xué)性及高效性。

3 提升電力工程中高壓輸電線路設(shè)計(jì)水平的有效措施

3.1 進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)理念及不同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)

在對電力工程中高壓輸電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將安全第一的設(shè)計(jì)理念充分展現(xiàn)出來，準(zhǔn)確預(yù)測工程施工過程中可能遇到的危險(xiǎn)點(diǎn)和因素，有效識別風(fēng)險(xiǎn)類型、并在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)防護(hù)措施進(jìn)行及時(shí)處理，對線路施工提供良好保護(hù)。另外，應(yīng)該在設(shè)計(jì)圖紙中詳細(xì)介紹線路施工過程中存在的各種安全風(fēng)險(xiǎn)，并在圖紙上標(biāo)明施工關(guān)鍵點(diǎn)。

在開展高壓輸電線路設(shè)計(jì)工作時(shí)，如果沒有正式開工，需要設(shè)計(jì)人員科學(xué)控制整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，做好施工前的準(zhǔn)備工作，進(jìn)而為后續(xù)工程施工的開展奠定良好基礎(chǔ)。初期既要進(jìn)行線路設(shè)計(jì)，同時(shí)還應(yīng)該為了提升線路設(shè)計(jì)的科學(xué)性制定相應(yīng)技術(shù)，掌握充足資料，此外還應(yīng)該加強(qiáng)與建設(shè)主體之間的交流與溝通，發(fā)現(xiàn)問題后第一時(shí)間采取有效措施應(yīng)對，這樣才能在設(shè)計(jì)方案實(shí)施過程中不會產(chǎn)生任何問題。

3.2 切實(shí)做好桿塔的選型工作

第一，角鋼、鋼板等所有鐵塔構(gòu)件、螺絲、螺栓均選用Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、Q355低合金鋼以及Q420高強(qiáng)鋼。各個(gè)構(gòu)件的厚度應(yīng)該在3mm 以上，其中塔頭掛導(dǎo)線部分的主要材料厚度最小在5mm，用以固定鐵塔的螺栓通常為6.8級以及8.8級熱浸鍍鋅粗制而成，螺栓直徑為16mm、20mm 以及24mm，其孔洞大于螺栓直徑1.5mm 最佳，位于地腳的螺栓材料應(yīng)以Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼或者35號優(yōu)質(zhì)碳素鋼為主[2]。

第二，將鐵塔所有構(gòu)件剪、銼以及彎曲等加工標(biāo)識清楚，并采用熱浸施工工藝完成鍍鋅工作，值得注意的是鍍鋅表層應(yīng)該厚度均勻，光滑度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，不可出現(xiàn)任何缺陷。螺栓、螺桿以及螺母等同上可使用當(dāng)時(shí)施工工藝，當(dāng)然也可根據(jù)實(shí)際狀況選擇其他工藝完成鍍鋅；第三，確保所有構(gòu)件固定牢靠，將防松墊圈以及平墊圈方式予六邊形螺母下方，旨在全面提升固定效果，防攀保護(hù)裝置也應(yīng)該使用防偷盜螺栓和螺母，確保其連接良好，螺栓直徑在16mm 以上最佳。

3.3 引進(jìn)先進(jìn)的高科技巡視技術(shù)，構(gòu)建完善的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

伴隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，使用高科技手段對電路運(yùn)行狀況進(jìn)行巡視，已經(jīng)逐步發(fā)展為架空輸電線路運(yùn)維工作發(fā)展的主要趨向，例如用無人機(jī)代替以往傳統(tǒng)的人工方式進(jìn)行巡視，眾所周知無人機(jī)具備攜帶便利、視野寬廣、操作方便快且不會受到環(huán)境干擾等優(yōu)勢，通過無人機(jī)對線路予以巡視可全面提高巡視效果，彌補(bǔ)危險(xiǎn)環(huán)境或者人工無法進(jìn)入?yún)^(qū)域開展巡視工作的不足。

構(gòu)建相對完善、健全的輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。鑒于輸電線路距離較遠(yuǎn)，如果依舊沿用以往傳統(tǒng)的運(yùn)維手段，增加工作強(qiáng)度、影響工作效率不說，一旦出現(xiàn)故障或者其他問題不能在第一時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確定位，大大降低運(yùn)維工作的時(shí)效性。

為此，應(yīng)該充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通信技術(shù)以及遙感技術(shù)等現(xiàn)代化信息技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建完善的監(jiān)控系統(tǒng)，倘若高壓輸電線路在運(yùn)行過程中發(fā)生接地故障，線路遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的的故障指示器則會發(fā)出亮起并發(fā)出警報(bào)，運(yùn)用無線業(yè)務(wù)等先進(jìn)技術(shù)對出現(xiàn)故障的線路段進(jìn)行檢查，可迅速明確故障類型、發(fā)生時(shí)間及準(zhǔn)確位置，檢測結(jié)果會在第一時(shí)間反饋給控制中心，為工作人員采取一定措施對故障進(jìn)行處理正確更多時(shí)間，確保故障可快速排出縮短停電時(shí)間。

由此不難看出，輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建可提升運(yùn)維質(zhì)量水平，增強(qiáng)其工作效率，同時(shí)有效攻克運(yùn)用工作中的技術(shù)瓶頸，為高壓輸電線路的良好運(yùn)行保駕護(hù)航。