二自線回500kv線路設計簡介

二自線I回500kv線路設計簡介西南電力設計院教授級高工，吳二自線的技術難題：尤其是在大小涼山，海拔高 3200?3500m，氣候寒冷，覆冰嚴重，達到24kg/m；空氣稀薄，絕緣需要補償；空氣稀薄，導線電暈產(chǎn)生更加容易；地質條件惡劣，土質松軟，塌方頻繁，基礎易毀。二自線是世界上首個世界銀行貸款建設的電站送出工程。在世界銀行貸款條件中，除要求必須有外國專家咨詢檢查外，另就環(huán)境保護問題（森林砍伐、植被破壞、自然植被地保護等）、人權問題（對施工中必須拆遷要求必須改善原居民的生產(chǎn)、生活條件提供可靠的行政組織和措施，對少數(shù)民族的風俗習慣加以保護，不得干擾破壞）提出了嚴格的要求。在線路設計的可行性研究階段，曾請美國、加拿大、法國、俄羅斯等國外專家就多方面的技術問題進行咨詢。西南電力設計院在設計二自線時，專門作了環(huán)境評估報告。提出線路盡量不進原始森林地區(qū)和自然保護區(qū)，以減少森林砍伐量、避免施工對野生動物的生存的影響；在不得已進入原始森林地區(qū)時，應盡量加高塔高跨過森林，以減少森林砍伐；在自然保護區(qū)，應嚴禁放炮以盡量減小施工噪聲等對野生動物的影響；盡量不破壞自然植被，以防止水土流失。在經(jīng)過少數(shù)民族地區(qū)的線路施工時，應尊重特種民族的生活風俗習慣，在房屋拆遷的過程中，采取“一戶一卡”制度，逐戶落實拆遷政策，按照“先建后拆”的原則，在拆遷前后分別逐戶“照像”登記，做到政策確實落實。在設備購買方面，要求通過招投標制來實現(xiàn)。1979年，在二灘電站可行性研究的同時，西南院開始就電站出線設計做準備。1994年，二自線I回初步設計結束；1995年，做完施工圖設計；1998年建成投運。國內(nèi)高等院校（重大、武水、西安交通大學等）、科研院（武高所、電科院、云南中試所、四川中試所等）所配合進行了在線路設計中的技術問題的科研。根據(jù)國外專家的經(jīng)驗，形成路徑方案的選擇中，“路徑通道”的新概念，電站出線應分散走線，即使在惡劣局部氣象條件下，也只會破壞其中某條出線，宏觀地保證電站的安全運行。根據(jù)一些已發(fā)生的網(wǎng)絡災難性事故發(fā)現(xiàn)，對于大型發(fā)電站的出線，不能只選擇單一線路走廊出線，一改過去的設計思路。比如，龍羊峽電站出線的兩條330kv線路通過同一線路走廊，在冬季就因覆冰嚴重，兩回出線同時出現(xiàn)倒塔事故，導致電站功率不能送出。二灘電站出線設計時，就選擇中線方案的兩個通道來布置四回出線。二灘電站離渡口市約20公里，到自貢洪溝變電站，500KV線路約500公里。傳統(tǒng)的線路路徑選擇應靠一條公路，二灘電站設計時預定了三個方案。北方案，二灘到西昌，再北上經(jīng)樂山到自貢，該線覆冰重、線路長，后被摒棄；南方案，線路南下進入云南，過昭通，再北上到自貢，該線海拔高、覆冰重、跨兩個省區(qū)管理困難，后被摒棄；中方案，二灘經(jīng)西昌到昭覺，再往東到自貢，該線與到西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的電纜通訊線有較長的平行段，若改遷賠償需資金約3000多萬元，為了避讓通訊線，提出普格方案、瓦候方案。最后二自線四回出線路分為中線方案兩個通道走，中方案的兩個比較方案均得到利用，充分利用了比較方案。根據(jù)國外專家的經(jīng)驗，形成了“線路路徑走廊”的新概念——即“路徑資源”的概念，考慮到在地形、氣象、水文等多個因素限定下，特定區(qū)域內(nèi)的輸電線路路徑實際上是很緊張的，應統(tǒng)籌使用。在線路設計中應盡可能加大線路截面、采用雙回甚至多回同塔，以節(jié)約線路走廊?，F(xiàn)在在簽訂路徑協(xié)議時，簽約單位越來越小，甚至到區(qū)鄉(xiāng)一級。通常輸電線路經(jīng)過的地段，會影響到地方經(jīng)濟發(fā)展的整體規(guī)劃，考慮到地方簽約單位的利益，線路走廊需要征地，但現(xiàn)在的政策還未涉及到。根據(jù)國外專家的意見，線路應盡可能避開惡劣的自然環(huán)境地段，在可能危急線路安全的情況下，不應過多的考慮線路因繞過惡劣自然環(huán)境區(qū)段而增加的線路長度。當然輸電線路不可能避讓過所有的惡劣、復雜的自然環(huán)境，在這些區(qū)段可適當提高線路設計標準，首次在線路設計中提出“免維護”的概念。因為在惡劣環(huán)境條件下，一旦出現(xiàn)事故，處理不可能及時，造成的經(jīng)濟損失會相當巨大。在二自線設計中，由于準確地掌握了線路覆冰量及覆冰規(guī)律。在設計中“避重就輕”，采取了避冰方案（水汽流動及氣流交會較少的區(qū)域），比如瓦候方案中，線路在瓦候口峽谷內(nèi)經(jīng)過，海拔低、水汽少，是避冰的典型地形。在線路設計中，提高了勘測設計的水平。傳統(tǒng)選線時，一般在1/5萬地圖粗選路徑，在到現(xiàn)場去測定路徑的地質地形，提出多個路徑方案再進行方案優(yōu)選。二自線中用航測拍片形成線路走廊的航拍帶狀地圖，利用專業(yè)軟件形成線路走廊的三維地圖；而后可直接在計算機上，在走廊內(nèi)任意生成剖面圖，再進行排桿定位，在室內(nèi)可將全部塔位定出來。再到現(xiàn)場用GPS——全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位?？紤]到二自線的地質災害是首要問題，冰害還在其次。利用航拍紅外遙感照片，解析出滑坡或其他不良地質，在確定塔位時，以盡量避開不良地質為原則。并且在塔位確定時，第一次在國內(nèi)提出“地質人員有否決權”的做法。外國專家認為，山區(qū)線路應首先重視“地質災害”的影響，其次才考慮“冰害”的影響。因為地質災害發(fā)生的頻率較高，一般2?3年一次，主要應注意滑坡、崩塌、泥石流等地質災害。氣象條件的確定。覆冰，對造價影響巨大；一般地，覆冰每增加5毫米，鐵塔造價會增加約一倍；相應的線路造價也會大為提高。如二自線中，不同覆冰時的線路造價表： 覆冰厚度（mm）線路造價（萬元/公里）1076.820121.430248.250580.8現(xiàn)在在我國大多數(shù)地區(qū)對覆冰的規(guī)律還認識不足。線路覆冰在數(shù)量上確定較為困難。一般采取向當?shù)鼐用褡鳜F(xiàn)場調(diào)查，再估計分析覆冰厚度，此法誤差較大。再就是通過已有的通訊線、電力線路的冰災進行分析，來確定覆冰厚度，此法若觀測的時間短也不亦獲得有價值得數(shù)據(jù)。在二自線設計過程中，早在1982年就建立“黃茅根”人工大型觀冰站，架設了3檔試驗線路，另有大型的霧凇塔。對不同分裂數(shù)目、不同直徑的導線及不同的塔型進行覆冰數(shù)據(jù)觀測，同時在其附近建立約20個覆冰觀測點，來收集覆冰厚度及覆冰分布規(guī)律的相關數(shù)據(jù)。觀測得到的覆冰厚度采用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行處理，基本掌握二自線重冰區(qū)覆冰規(guī)律。在此基礎上設計的基礎、桿塔、導地線等共節(jié)約投資約1億元左右，而二自線I回總投資約9億多。另外，風速也會影響鐵塔耗鋼量的多少，大風常會引起線路倒塔事故。目前我國對風速的規(guī)律已較為明確，常通過氣象臺站的風速統(tǒng)計、風壓確定（全國分壓分布圖）、風災事故分析、運行經(jīng)驗等四個方面來定基準風速，但它主要反映是“面”上的問題。但對微地形、微氣象和大檔距情況下，在設計時應適當加強鐵塔強度。導線的選擇。一般按輸送容量及經(jīng)濟電流密度來選擇。由于二自線的海拔高、空氣稀薄，電暈產(chǎn)生較容易。而電暈產(chǎn)生臭氧會對金具產(chǎn)生腐蝕；電暈還會產(chǎn)生可聽見噪聲，應加以控制；電暈甚至會導致導線舞動。線路設計中委托電科院、云南中試所等來確定起暈電壓，對起暈電壓公式提出修正，導線的表面狀況系數(shù) m=0.9，在線材購買招標時對投標廠家提出要求，改善導線表面的光滑程度，對降低起暈電壓起到了較好的效果。另外，覆冰厚度較大時，導線承受較大的垂直荷載，在不均勻覆冰時產(chǎn)生不平衡張力，會導致懸垂絕緣子串向覆冰較厚側偏移，線夾握著處導線受力不好，極易發(fā)生斷股、甚至出現(xiàn)斷線?？紤]上述因素，導線采用了鋁合金絞線，增大導線抗拉強度約1倍，其彈性伸長量約4%,而純鋁線為2?3%，鋁合金線能較好的將荷載傳遞給鋼芯，提高導線的安全系數(shù)。但是，鋁合金線的抗疲勞性能較差，重冰區(qū)的導線年平應力只有破壞拉斷力的百分之十幾，線上應力小，相應導線防振性能有所改善，疲勞損壞的程度減弱。導線采用2分裂與4分裂之爭。國內(nèi)外專家在這一點上分歧較大。2分裂導線較粗，抗冰、風荷載的能力較強，對桿塔的機械荷載較小，但電氣性能較差，極限輸送容量較小。但2分裂導線不均勻脫冰時，易發(fā)生翻轉扭絞，不易恢復。 4分裂導線的翻轉穩(wěn)定性較好；但在最初設計時有人擔心4分裂導線，在重冰區(qū)易整個被結成一個冰柱，冰荷載將會非常巨大。經(jīng)過長期觀測，二自線重冰區(qū)覆冰還不至于將4分裂導線凍結在一起。又考慮到2分裂導線輸送容量較小，對電能的輸送易成為瓶頸，限制電能的輸送。所以最終二自線選擇4分裂導線。導線截面的選擇，應考慮電力工業(yè)發(fā)展很快，線路走廊逐漸擁擠，線路截面應預留一定裕度，留待系統(tǒng)發(fā)展后充分發(fā)揮其輸送電能的能力。另外，國內(nèi)鋁合金導線的電阻較大。而國外鋁合金導線截面中，鋁合金部分截面比純鋁線大，不至于因采用鋁合金線而增大線路電阻。OPGW——地線復合光纜技術，日本較先進，但也僅有覆冰 9kg/m的運行經(jīng)驗，對二自線24kg/m沒有把握，所以在二自線中沒有采取OPGW。但是，為了充分利用輸電線路桿塔及線路走廊，幾乎現(xiàn)在所有新建的500KV都有一根地線是OPGW。高海拔地區(qū)，絕緣補償?shù)膯栴}。可根據(jù)空氣密度、濕度對絕緣進行補償，目前屬于成熟技術。二灘線路通過測量分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范中關于絕緣補償?shù)姆椒?，安去裕度較大，所以仍援用規(guī)程。二自線污區(qū)劃分，委托四川中試所沿線建立20多個等值鹽密觀測站，對二自線進行污區(qū)劃分。因污耐壓隨海拔降低，需要修正。對絕緣子爬距也需要適當修正，公式如下：m= （海拔1000米以下，V額定電壓，九爬距，L絕緣子泄漏比距）LCV九m= —eb.1042n（H-』（n系數(shù)，取0.5；H海拔高度）L覆冰絕緣子。重冰線路常會出現(xiàn)跳閘事故，比如南?九220KV線路在冬季就多次發(fā)生不明原因的跳閘事故。究其原因是當絕緣子覆冰后，其泄漏電流較大。覆冰絕緣子的耐壓與覆冰冰水的導電性密切相關。日本專家提出絕緣子耐壓為：操作過電壓時為200kv/m，工頻75kv/m。武漢水電學院對此做了專題研究，在清潔區(qū)覆冰絕緣子耐壓基本符合日本專家的數(shù)據(jù)，在污穢區(qū)耐壓值則遠低于此數(shù)值。在線路實際運行中也得到驗證。所以在設計重冰區(qū)輸電線路時應回避污穢區(qū)，否則根本不可能設計出滿足要求的絕緣子。絕緣配合。從事故統(tǒng)計分析來看，山區(qū)500kv線路“雷擊跳閘”居第一位。單純靠增加絕緣子片數(shù)來解決不理想，應考慮同時增加絕緣子片數(shù)和增大絕緣子爬距較為經(jīng)濟。而且還應盡量減小地線保護角；選擇耐雷性能好的塔型，比如酒杯塔；盡量減小接地電阻，應仔細檢查接地電阻值、接地射線也應埋夠（長度）。（西昌地區(qū)達到70雷電日）。絕緣子質量對線路可靠性的影響。主要應注意玻璃絕緣子的自爆率、及磁質絕緣子劣質率。在二自線I回中全部采用法國玻璃絕緣子，而II回用了一部分大連廠絕緣子，由于國產(chǎn)絕緣子穩(wěn)定性較差，11回線路可靠性明顯低于I回。玻璃絕緣子自爆后，有利于檢查故障點，但其自爆后易傷人、或損壞設備（尤其是在變電站），且降低整個絕緣子串的安全系數(shù)較多?？偲饋砜?，國產(chǎn)絕緣子中磁質絕緣子的性能進步較小，而玻璃絕

緣子質量進步較快。玻璃鋼合成絕緣子，主要用于三級污穢區(qū)，其污耐壓高，提高約30％，質量輕、運輸施工方便；但合成絕緣子壽命較短、約 20年，其玻璃鋼纖維易老化，密封工藝不過關時，玻璃纖維易碎，合成絕緣子在運輸施工時，受力要求較高，不能上人。（NGK合成絕緣子）塔型。應選擇使用環(huán)保型塔型及基礎。世界銀行要求二自線的塔型及基礎滿足環(huán)保要求。因平面基礎土石方開挖量大，易出現(xiàn)高邊坡——需要護坡?？?，破壞自然植被較多。二自線中采用了全方位高低腿基礎，配合的鐵塔全方位長短腿的塔腿按1.5米分級，塔腿基礎與原地形符合較好，土石方量大大減少，基礎施工效率也大大提高。目前規(guī)范已經(jīng)要求在山區(qū)500KV線路基礎應廣泛采用全方位高低腿基礎。同時斜柱式基礎的廣泛采用，基礎立柱為斜柱時可減少混凝土方量、再配合主角鋼插入式基礎，還可以節(jié)約立柱配配筋。而直柱式基礎底板受力不均勻，易發(fā)生不均勻沉降。斜柱式基礎主柱坡度與鐵塔主材保持一致，立柱及底板受力較好，如圖。水平荷載導線三角形排列的塔型為環(huán)保型塔型。它相對于水平排列，線路走廊小。在過林區(qū)時，森林砍伐量可減少。水平荷載500KV邊線5米內(nèi)不允許有建筑物，線路附近的建筑物的電場強度應控制在4KV/m以下，超過的應拆除。三角形排列的塔型邊線拆遷距離較小，約20米，而水平排列的邊線拆除距離為27米。三角形排列的塔型經(jīng)濟性較好。三角形排列的塔型耐雷水平較低。但與水平排列的塔型別僅相差約2％（加拿大咨詢）。西安交通大學對此加以分析驗證，但實際線路運行經(jīng)驗的證據(jù)不足。對重冰區(qū)桿塔荷載，應計算桿塔某側的導地線同時脫冰，帶來的對桿塔的最大彎矩和最大扭矩。對地形起伏較大的地方，應盡量采用直線型塔型，而不是采用國內(nèi)專家常用的耐張塔。國外專家認為懸垂串的偏斜，可在一定程度上緩解不平衡張力，防止出線倒桿事故。國外的直線塔型均設計可帶2?3°小轉角，以實現(xiàn)線路逐漸轉角，而不是累