高壓輸電線路的設計要點與技術問題

摘要：高壓輸電中架空桿塔比較常見，文章以高壓輸電線路設計作為闡述視角，對其線路設計及施工相關主要問題展開了必要價值性探討，提出高壓輸電設計應能權衡桿塔所處環境進行全面分析，配套搭配單雙回路，研究鐵塔基礎優化工作等。

關鍵詞：輸電線路；線路設計；架空桿；鐵塔基礎

中圖分類號：TM216 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0029-02

輸電線路設計是指導高壓輸電工程項目施工作業的重要依據之一。由于此項工作涉及到的學科理論知識相對復雜與系統，故而該工作需要設計人員具備專業體系技能知識的同時，還應能重點結合實際施工環境具體考慮各項施工要素，進而才能在具備一定實踐經驗的基礎上使高壓線路設計更為周詳與可靠。同樣，高壓線纜設計應能遵循國家電力產業現行基建方針及經濟政策、法規條例等，以此才能使輸電線纜設計及技術應用更符合國情。

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，在電網系統中負責電源點起始輸電和變電站傳輸運送的主要工作，所以但凡出現事故則能夠深切影響經濟財產損失。線路結構參數較高。高壓輸電系統中主要有桿塔、導線、絕緣子串、基礎等，桿塔通常較高，基本結構荷載大等等，所以其結構設計參數要求嚴格，配件性能參數需求也較大；線路運行需求高。高壓線路的基本額定電壓較大，所以其周圍電場強度就大，故而其運行需求也很高；運行環境復雜性。高壓線路經常處在地理、地貌較為復雜的山區，有的沿路歷經山谷、高山、湖泊等，有的地勢險峻，所以其運行維護也相對不便。

2 高壓輸電線路設計要點分析

2.1 輸電線路防雷設計

在雷雨轟鳴自然氣象條件下產生的高壓雷電往往能高達數十萬伏特，這種高能量電壓對電氣設備回路系統造成瞬間沖擊的傷害非常大，主要體現在瞬間擊穿設備絕緣構件而使得其出現短路，嚴重時甚至出現爆炸、燃燒、線纜損毀等。在線路設計過程中，就輸電線路的潛在雷電隱患問題進行考慮與研究，就能夠為后續施工防雷施工作業提供可行依據。基于此，防雷設計主要應考慮兩點：第一，避雷針裝置問題，其主要原理是指通過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范疇內，從而達到大幅度降低電壓沖擊的目的。第二，避雷線裝置，避雷線構成單元是導線、引下雷電泄流導體以及接地設施構件。

2.2 導地線選型設計

由于輸電線路所處環境經常是長期置于曠野、山區或鄰近湖海地區條件下，所以其線路也就時常會受到自然氣象下的大風、覆冰等影響，包括氣溫變化劇烈或者化學氣體等都會對其運行造成一定影響，外加國家資源及線路造價經費等因素限制，故而在設計中務必要綜合考慮其線纜的材質、基本結構選型等。同時，線路在向變電傳輸電力時，其容量、傳送性能、環境因素等問題的存在對其線路正常運轉實現經濟效益有著很大影響。因此，導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、全壽命周期投資成本等，包括對其導線的型號、截面、安全等進行綜合考慮，從而才能選擇出最為配套、適用的導線選型經濟適用方案，而這也對控制輸電線纜建設投資成本有著重要現實意義。

2.3 路徑優化設計

基于輸電線路路徑優化非常重要。因此，有關于線路路徑優化設計工作進行時則要綜合考慮經濟成本投入情況、技術工藝適用與否，包括施工后運行狀態如何。基于此，設計階段時首要工作則是考慮氣象因素、水文地質結構。即結合該輸電線路架設地區的地形、地貌特點進行線路的路徑優化。并以此為基礎，考慮線路是否沿線地下或者地下進行敷設施工。特別是在鄰近湖海、礦區等地域，這些地域都能為輸電線路發電提供動力能源，進而要多重考慮其線路路徑優化方案，選出性價比最為合理的技術方案。此外，線路路徑要極力避開地質結構不良地帶，且要確保自然氣候、氣象比較穩定，以使得線路增強壽命使用周期，有效抵抗外界自然氣候及不利因素對其造成的負面影響。除此之外，為積極促進輸電線路的正常運轉，地方基建管理責任單位也應能夠全面對其建設予以支持，采取有力政策予以傾斜，以此才能提高輸電線路的運行可靠性，為其施工建設提供便利條件。

2.4 基礎設計

桿塔基礎是輸電線路整個運轉結構的一重要組成部分，相對于其整個建設項目而言，它的經費投入相對較高、工期較長以及勞動力投入較大。尤其是它的作業工期，基本上會占據整個輸電項目工程的一半工期以上，且運輸量比重也將近60%。現如今，國內采用高壓輸電線路基礎類型主要為大開挖填土和原狀土兩種。前者主要應用土重法進行計算，后者則是依據剪切法計算。也就是說，輸電線路桿塔基礎恒載受力形態和其他建筑物結構存在一定差異，即輸電桿塔基礎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。而傳統建筑構造物，主要考慮建筑構造自重承載，基礎承受的是下壓力，對于上拔力考慮并不充分。同時，輸電線路還有個比較顯著的特性，即基礎在敷設范圍內進行施工，其沿線經過的地形、地貌，和其受力體現往往差異較大。因此，輸電線路在該設計階段時要考慮的重心問題則是下壓力和上拔力的合理設計問題。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抵抗拔力，并需要綜合考慮桿塔區域所處位置的地質情況、基礎恒載，以及其具體施工技術工藝問題等，從而才能達到全面優化其基礎設計的目的。

3 輸電線路設計相關技術問題研究

3.1 優化鐵塔基礎

基礎計算的先決前提則是考慮地基恒載滿足設計要求，如若地質結構屬于不良淤泥、軟土地帶，則需要重新考慮設計方案。綜合考慮線路鋪設沿線的整體水文實際狀況，才能結合各個基礎形式的優勢與不足，從而選用出安全可行、技術先進、經濟可靠的基礎施工方案。此外，對于要結合實際正確評估鐵塔基礎受力情況，在保證安全施工的前提下，能夠有效針對軸心受壓、軸心受拉基礎問題，分別確認出兩者不同的受力K值。

3.2 單雙回路搭配問題

礙于終端塔位和廊道條件約束，并能為了保障沿線敷設線路的后續項目開工順利出線，往往需要選用多個雙回路終端塔。因此，在有些擁擠地區、地段內廊道規劃往往采用的是雙回路架設方案。基于此，一般地區的重要變電站，均采用雙回線供電，這樣可保護其中一個電源因故停電，另一個電源可繼續供電，但對一般的對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題處理

第一，深埋式接地。如地下深處的土體結構的電阻率通常較低，則可采用豎井式抑或深埋式接地極。第二，橫向外延接地。如若桿塔所處建設條件確實具備水平裝設的有力條件，則可盡量運用該架設方法。即該方法造價成本費用較低，可以有效控制工頻接地電阻，還能對沖擊接地電阻進行控制或降低。

4 結語

高壓輸電和低壓輸電線路所不同，低壓輸電需要經變電流轉而實現輸電與用電。而高壓輸電則處在電能開發源頭階段，處于發電設施和變電站之間的桿塔輸電地帶。因此，高壓輸電設計應能權衡桿塔所處環境進行全面分析，配套搭配單雙回路，研究鐵塔基礎優化工作等，以此才能為高壓輸電施工建設提供可靠性執行依據。

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作者簡介：曾超（1981-），男，湖北十堰人，國網湖北省電力公司十堰供電公司工程師，研究方向：輸電線路規劃勘測設計。