高壓、超高壓和特高壓輸變電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)芻議

潘曉春，巫黎明，許 軼

(1. 江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京 211102；2. 河南省電力勘測設(shè)計院，河南 鄭州 450007)

1 概述

為適應(yīng)我國國民經(jīng)濟(jì)各部門、各地區(qū)的防洪要求和防洪建設(shè)的需要，維護(hù)人民生命財產(chǎn)的防洪安全，原建設(shè)部于1994年6月發(fā)布了由水利部會同有關(guān)部門共同制訂的《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201－94)(下文稱“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”)。“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”屬于強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，自1995年1月施行以來為我國各類工程的防洪建設(shè)發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用。

近年來，我國超高壓電網(wǎng)工程建設(shè)得以快速發(fā)展，西電東送、疆電外送、蒙電南送等跨區(qū)域長距離±800 kV或1000 kV特高壓輸變電工程正在規(guī)劃建設(shè)。為適應(yīng)和指導(dǎo)超高壓和特高壓輸變電工程的勘測設(shè)計，我國先后編制或修訂了多部國家或行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及的電壓等級已超出“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”所涵蓋的范圍，各技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)間的防洪標(biāo)準(zhǔn)的條文規(guī)定甚至存在不盡一致的現(xiàn)象，給實際勘測設(shè)計工作者帶來困惑；另一方面，受全球氣候變化影響，極端天氣導(dǎo)致洪澇災(zāi)害有頻繁發(fā)生之勢，對輸變電工程防洪工作提出新的挑戰(zhàn)。

為適應(yīng)新的形勢和新的要求，增強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性與協(xié)調(diào)性，對高壓、超高壓和特高壓輸變電工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)予以重新審視與梳理非常必要。

2 現(xiàn)行輸配電設(shè)施防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)現(xiàn)行“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定，35 kV及以上的高壓和超高壓輸配電設(shè)施，根據(jù)電壓等級分為四級，各等級的防洪標(biāo)準(zhǔn)按表1確定。

表1 高壓和超高壓輸配電設(shè)施的等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)

由表1可知，“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”按照電壓等級確定防護(hù)等級，并采取高壓和超高壓輸電工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)與配電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)一致的原則而制定的。該原則在輸變電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)的修訂中應(yīng)該予以繼續(xù)堅持。

3 變電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議

對于35～110kV變電站工程，現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定：站址標(biāo)高宜在50年一遇高水位上，無法避免時，站區(qū)應(yīng)有可靠的防洪措施或與地區(qū)(工業(yè)企業(yè))的防洪標(biāo)準(zhǔn)相一致，并應(yīng)高于內(nèi)澇水位。

對于220 kV及以上電壓的變電站工程，DL/T5218－2005規(guī)定：所址設(shè)計標(biāo)高宜高出頻率為1%的高水位之上，否則應(yīng)有可靠的防洪措施。而現(xiàn)行《220 kV～750 kV變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)程》是DL/T5218－2005的替代版，其第3.0.7條規(guī)定了站址防洪與防澇的原則性要求，即“站址選擇應(yīng)滿足防洪及防澇的要求，否則應(yīng)采取防洪及防澇措施。”并未涉及變電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)，具體標(biāo)準(zhǔn)按《變電所總布置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T5056－2007)執(zhí)行。

DL/T5056－2007第6.1.1條規(guī)定：220 kV樞紐變電站及220 kV以上電壓等級的變電站，站區(qū)場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)高于頻率為1%的洪水水位或歷史最高內(nèi)澇水位；其他電壓等級的變電站站區(qū)場地設(shè)計標(biāo)高應(yīng)高于頻率為2%的洪水水位或歷史最高內(nèi)澇水位。

DL/T5056－2007條文說明指出：110kV變電站甚至一般的220 kV變電站，點多、面廣、量大，無法保證站區(qū)場地設(shè)計標(biāo)高在頻率為1%的洪水位或歷史最高內(nèi)澇水位以上，有些110kV、220 kV變電站負(fù)荷中心所在地(或者整個城市)本身就在頻率為1%的洪水位或歷史最高內(nèi)澇水位以下，在負(fù)荷中心附近無法找到符合要求的站址，若要采取填土或其他方法防洪、防澇，費用較高也難以實現(xiàn)；另一方面，隨著我國輸變電網(wǎng)架的完善與加強(qiáng)，各等級變電站在電網(wǎng)中的重要性已較以前相對下降。鑒于上述地區(qū)防洪與電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)實，DL/T5056－2007規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)實際上已較“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”有所降低。

DL/T5056－2007強(qiáng)調(diào)了220 kV樞紐變電站及220 kV以上電壓等級的變電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)為1%，其他電壓等級或220 kV非樞紐變電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)取2%。

綜上所述，兼顧歷史與現(xiàn)實，本文建議35 kV及以上的高壓、超高壓和特高壓變電工程，應(yīng)根據(jù)電壓分為三個防護(hù)等級，各防護(hù)等級的防洪標(biāo)準(zhǔn)按表2確定。有特殊要求的，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定確定。

表2 高壓、超高壓和特高壓變電工程的防護(hù)等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)

表2電壓依據(jù)我國輸電網(wǎng)高壓、超高壓和特高壓相應(yīng)電壓等級來劃分。國際上，對于交流輸電網(wǎng)，高壓通常指35 kV及以上、220 kV及以下的電壓等級；超高壓通常指330 kV及以上、1000 kV以下的電壓等級；特高壓指1000 kV及以上的電壓等級。對于直流輸電，超高壓通常指±500 kV、±660 kV等電壓等級，特高壓通常指±800 kV及以上電壓等級。

據(jù)此，總體看來，本文建議高壓、超高壓變電工程的防洪重現(xiàn)期分別取50年和100年，特高壓變電工程防洪重現(xiàn)期取100年及以上。當(dāng)特高壓變電工程位于表2所列的防洪不利的地區(qū)時，其重現(xiàn)期取200年。

4 輸電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議

4.1 現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)的問題

原則上，架空輸電線路防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)基于“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”的相關(guān)規(guī)定制訂并執(zhí)行。然而，現(xiàn)行輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)范中已根據(jù)工程實踐等因素予以調(diào)整。

現(xiàn)行《110kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)范》第12.0.8條條文說明規(guī)定：500 kV大跨越桿塔基礎(chǔ)可采用50年一遇；500 kV輸電線路和110～330 kV大跨越桿塔基礎(chǔ)可采用30年一遇；其他電壓等級輸電線路和無沖刷、無漂浮物的內(nèi)澇積水地區(qū)的桿塔基礎(chǔ)可采用5年一遇；當(dāng)有特殊要求時，應(yīng)遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。該條文說明對750 kV線路及直流線路的防洪標(biāo)準(zhǔn)未作規(guī)定。

上述規(guī)定較“94防洪標(biāo)準(zhǔn)”第7.0.5條的防洪標(biāo)準(zhǔn)(見前文表1)整體上降低甚多。筆者認(rèn)為，即便考慮到近年來電網(wǎng)快速發(fā)展110～220 kV線路重要性相對下降，上述規(guī)定亦仍顯偏低。

那么，如何審視、梳理并修訂各電壓等級架空輸電線路防洪標(biāo)準(zhǔn)呢？筆者認(rèn)為可以基于線路設(shè)計氣象的重現(xiàn)期等方面予以審視。

4.2 參考設(shè)計氣象重現(xiàn)期取值

鑒于洪水本質(zhì)上也屬自然界的氣象災(zāi)害，理應(yīng)具有相同等級的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。然而考慮到洪水對塔基造成的損害相對較難修復(fù)，防洪重現(xiàn)期可以與線路防御大風(fēng)、覆冰的設(shè)計氣象的重現(xiàn)期參照確定，且不宜低于氣象條件設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)行輸電線路工程設(shè)計規(guī)范規(guī)定基本風(fēng)速、設(shè)計冰厚等氣象條件的重現(xiàn)期為：1000 kV、±800 kV線路及其大跨越重現(xiàn)期為100年，500 kV、750 kV等級的線路及其大跨越重現(xiàn)期為50年，110～330 kV等級的線路及其大跨越重現(xiàn)期為30年。

根據(jù)上述條文，一般線路和大跨越線路的設(shè)計氣象的重現(xiàn)期是相同的。然而，實際上，對于輸電線路大跨越工程的基本風(fēng)速與設(shè)計冰厚，設(shè)計規(guī)范規(guī)定：大跨越基本風(fēng)速，當(dāng)無可靠資料時，宜將附近陸上輸電線路的風(fēng)速統(tǒng)計值換算到跨越處歷年大風(fēng)季節(jié)平均最低水位以上10 m處，并增加10%，然后考慮水面影響再增加10%后選用。大跨越基本風(fēng)速不應(yīng)低于相連接的陸上輸電線路的基本風(fēng)速；大跨越設(shè)計冰厚，除無冰區(qū)段外，宜較附近一般輸電線路的設(shè)計冰厚增加5 mm。因此，大跨越基本風(fēng)速、設(shè)計冰厚實質(zhì)上高于相連陸上線路，亦即其防范大風(fēng)、覆冰的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上高于一般輸電線路。

從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來看，大跨越工程和變電站均屬于電網(wǎng)中的重要節(jié)點，兩者的重要性相當(dāng)，兩者防洪標(biāo)準(zhǔn)亦應(yīng)大體相當(dāng)，亦即各電壓等級的大跨越線路防洪標(biāo)準(zhǔn)與表1所示應(yīng)保持一致，而一般線路的防洪標(biāo)準(zhǔn)可在此基礎(chǔ)上逐級適當(dāng)降低。

4.3 由塔基沖刷預(yù)測年限來審視

設(shè)計基準(zhǔn)期為確定可變作用等的取值而選用的時間參數(shù)，確定可變荷載代表值時應(yīng)采用50年設(shè)計基準(zhǔn)期；設(shè)計使用年限為設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需要進(jìn)行大修即可按預(yù)定目的使用的年限。

防洪標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于結(jié)構(gòu)上的設(shè)計基準(zhǔn)期。洪水現(xiàn)象為隨機(jī)事件，并無固定的周期，所謂100年一遇是指大于或等同于這樣的洪水在很長時期內(nèi)平均每100年出現(xiàn)一次，而不能理解為恰好每隔100年出現(xiàn)一次。用作設(shè)計防范的是洪水這樣的一個不確定的概率事件；另一方面，河(海)床演變、塔基沖刷預(yù)測年限與結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限或塔基壽命相對應(yīng)，防范的是一個與壽命有關(guān)的相對確定的事件。

工程使用壽命和防洪重現(xiàn)期雖屬兩個不同的概念，但是工程使用壽命是一個相對確定的期限，而防洪標(biāo)準(zhǔn)防范的是不確定的概率事件。架空輸電線路防洪標(biāo)準(zhǔn)事關(guān)線路運行安全，一般而言重現(xiàn)期不宜低于其使用工程使用壽命。

根據(jù)相關(guān)勘測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各級高壓、超高壓和特高壓架空輸電線路的河(海)床演變、塔基沖刷預(yù)測年限或工程壽命的規(guī)定如下：

DL/T5076－2008第12.1.3條條文說明：根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計的要求，對于220 kV及以下架空線路，預(yù)測河床演變發(fā)展趨勢的年限，一般按線路壽期30年考慮，在此期間，應(yīng)保證塔位的穩(wěn)定；GB50548－2010第21.1.1條條文說明：河(海)床穩(wěn)定性判定和塔基處最大沖刷深度計算應(yīng)考慮未來30～50年為預(yù)測期限，主要考慮到330～750 kV線路工程使用壽命一般為30～50年；GB 50741－2012第3.3.1條規(guī)定：1000 kV架空輸電線路河(海)床穩(wěn)定性分析應(yīng)預(yù)測未來50年內(nèi)河(海)床演變趨勢。

據(jù)此，各電壓等級一般輸電線路防洪重現(xiàn)期可分別取30～50年不等。

4.4 結(jié)論與修訂建議

綜上，分別由輸電線路設(shè)計氣象的重現(xiàn)期、工程使用壽命以及塔基沖刷預(yù)測年限等方面來審視，35 kV及以上的架空輸電線路，應(yīng)根據(jù)其電壓分為三個防護(hù)等級，各防護(hù)等級的防洪標(biāo)準(zhǔn)按表3確定。有特殊要求的，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定確定。

表3 高壓、超高壓和特高壓輸電工程的防護(hù)等級和防洪標(biāo)準(zhǔn)

由表3，筆者建議高壓、超高壓大跨越線路工程防洪重現(xiàn)期與相應(yīng)等級的變電工程相同；而高壓、超高壓以及特高壓一般線路工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低，其重現(xiàn)期分別取30年、50年和100年。

5 結(jié)語

(1)隨著我國輸變電網(wǎng)架的完善與加強(qiáng)，各等級輸變電工程在電網(wǎng)中的重要性已較以前相對下降，這為適當(dāng)降低防洪標(biāo)準(zhǔn)提供了可能。

(2)架空輸電線路工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)體現(xiàn)整體的防洪能力要求，包括基礎(chǔ)防沖、防浪、靜水和動水壓力，以及弧垂凈高，宜統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)相互割裂而出現(xiàn)不同的標(biāo)準(zhǔn)。

(3)洪水災(zāi)害本質(zhì)上亦屬氣象災(zāi)害，輸變電工程防洪重現(xiàn)期應(yīng)與大風(fēng)、覆冰等的設(shè)計氣象重現(xiàn)期相互協(xié)調(diào)，同時考慮到水毀后工程的修復(fù)難度，各電壓等級工程防洪標(biāo)準(zhǔn)不宜低于相應(yīng)的氣象設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

(4)本文建議高壓、超高壓變電工程的防洪重現(xiàn)期分別取50年和100年，特高壓變電工程防洪重現(xiàn)期取100年及以上，當(dāng)特高壓變電工程位于防洪不利地區(qū)時，其重現(xiàn)期取200年。

(5)從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來看，大跨越工程和變電站均屬于電網(wǎng)中的重要節(jié)點，兩者的重要性相當(dāng)，兩者防洪標(biāo)準(zhǔn)亦應(yīng)大體相當(dāng)，亦即各電壓等級大跨越工程防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與相應(yīng)等級的變電工程相同，高壓、超高壓以及特高壓一般線路工程的防洪標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)降低，建議重現(xiàn)期分別取30年、50年和100年。

[1]GB 50201－94，防洪標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[2]GB 50059－2011，35 kV～110kV變電站設(shè)計規(guī)范[S]．

[3]DL/T5218－2005，220 kV～500 kV變電所設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S]．

[4]DL/T5218－2012，220 kV～750 kV變電站設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S]．

[5]DL/T5056－2007，變電站總布置設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S]．

[6]劉振亞．特高壓交直流電網(wǎng)[M]．北京：中國電力出版社，2013．

[7]GB 50545－2010，110kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S]．

[8]GB 50790－2013，±800 kV直流架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S]．

[9]GB 50665－2011，1000 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S]．

[10]GB 50153－2010，工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[11]GB 50009－2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]．

[12]DL/T5076－2008，220 kV及以下架空送電線路勘測技術(shù)規(guī)程[S]．

[13]GB 50548－2010，330 kV～750 kV架空輸電線路勘測規(guī)范[S]．

[14]GB 50741－2012，1000 kV架空輸電線路勘測規(guī)范[S]．