淺析山區輸電線路場地狹窄及角度超使用條件優化設計

郭昌華

摘要：我國正處于經濟快速發展階段，發展清潔能源，是改善能源結構、保障能源安全、推進生態文明建設的重要任務，水力資源作為優質清潔能源，應加大開發力度，但是由于水力資源豐富的西南地區，地勢起伏突出，高差懸殊，地質構造較復雜，山區地帶地形切割劇烈，同時海拔相對較高，處于山區的輸電線路工程，特別是水電站的送出工程，往往因地形限制，出線場地狹窄，常常出現無法滿足終端桿塔位置要求及轉角桿塔位使用角度超限等情況，本文以某水電站送出線路工程設計為例，淺析了單回路輸電線路在山區、峽谷地形，無法滿足終端桿塔位置及轉角度數超過使用條件的優化設計方案。

關鍵詞：輸電線路;場地狹窄;角度超限;優化設計;

1、工程概況

本工程為四川某水電站送出線路工程，該水電站裝機容量138MW，采用地下廠房，地下廠房位于河谷右岸，出線洞出線，在出線洞洞口設置出線場，布置相關電氣設備及出線構架，送出線路工程導線采用2×JL/G1A-400/50鋼芯鋁絞線，地線采用兩根OPGW-100光纖復合架空地線，最大設計風速27m/s，最大設計冰厚導線10mm，地線設計比導線增加5mm，按雙回路設計，單側掛線，電站出線構架到N2#塔按單回設計。

2、存在的問題

本工程位于四川省境內，屬于典型的高山、河谷地形，出線場位置與N1#塔之間水平距離約300m，高差約203m，N1#塔與N2#塔之間水平距離約532m，高差約99m，塔位之間高差較大，因地形限制，出線場地狹窄，不具備位置實施終端桿塔且N1#塔位轉角度數達到約147度，如下圖所示：

3、優化設計方案

3.1場地狹窄終端桿塔優化設計方案

本工程出線洞洞口緊鄰河谷，出線場地已占用部分河道，終端桿塔無位置可用，如果在河道中采用鋼管桿，必須修筑鋼筋混凝土防洪墻，出線場地標高與河面標高相差約10m左右，基礎需要采用灌注樁基礎，且深度較大，施工難度較大，混凝土消耗量及耗鋼量較大，造價較高，鋼筋混凝土防洪墻混凝土方量及耗鋼量較大，且防洪效果有限，如遇罕見洪水，很可能造成防洪墻底部被洪水沖刷、剝蝕，造成防洪墻垮塌，危及線路安全。

經過分析巖土資料，出線洞口上方巖石較好，承載力較高，采用在出線洞口上方巖石上鉆孔，然后采用水泥凈漿將錨筋束固定在錨孔內，在錨筋束外端懸掛絕緣子串的出線方式可解決終端桿塔無桿塔位置的情況，并可在很大程度上降低工程造價，線路安全也能得到保障。

該方案線路從出線場構架出線至錨筋束，再從錨筋束反向至N1#塔，出線構架、錨筋束及N1#塔在同一個垂直平面內，線路在錨筋束處存在一個垂直面夾角，巖石錨筋束如下圖所示：

錨孔直徑采用150mm，深度根據受力要求可取6～10m，傾斜角20度左右;錨筋束通常用三根直徑25mm的鋼筋合并制成，錨筋束端部彎頭制成同一類型并根據機電要求施工，錨筋束通過定位支架固定在錨孔中心;錨孔內采用M30水泥凈漿灌實，錨固長度根據受力要求確定并預留一定長度的自由段;錨孔內設置兩根Ф25的注漿管，錨筋束外端采用錨墩固定。

巖石與錨固體的粘結強度特征值frb應根據試驗確定是否滿足設計要求;錨筋束鋼筋采用HPB400級，定位支架鋼筋采用HPB300級;錨筋束自由端伸出坡面不小于1.0m，且不大于1.5m，且自由端制成套環狀方便吊掛絕緣子串;注漿采用42.5普遍硅酸鹽水泥凈漿，水灰比宜為0.5～0.55之間，注漿壓力不小于0.48MPa;錨孔鉆孔尺寸偏差不大于20mm，鉆孔深度超過設計長度不小于500mm，錨固段應該錨入新鮮基巖內不小于2m;鉆孔完成后灌漿前應清孔，排放孔內積水;錨筋束應作防腐、防銹處理;錨筋束粘結水泥漿體強度達到80%設計強度前，不得敲擊、碰撞或牽拉;出線錨筋束位于巖石強卸荷區，施工中應采取相應措施防止巖體崩塌，并及時做好防護措施。

3.2塔位轉角超使用條件優化設計方案

在輸電線路設計中，耐張桿塔采用以轉角度數分級設計，一般分級范圍為0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～90°四個角度系列、終端桿塔適用于0°～90°，一般情況，以上角度分級范圍已能覆蓋絕大部分情況，在本工程中，因地勢陡峭，不良地質（塌方、滑坡、沖溝等）段發育，塔位選擇困難，經各專業人員多次反復勘測后，確定了N1#塔位位置，但是轉角度數達到147度，一般單回路鐵塔無法滿足要求。針對此種情況，決定采用一種特殊的雙回路鐵塔解決此問題，塔型如下圖：

該鐵塔除常規兩側橫擔外，在鐵塔正面增加一組正面橫擔，正面橫擔安裝高度與兩側橫擔一致，長度根據電氣要求確定，送出線路從巖錨出線后掛N1#鐵塔右側橫擔，N1#鐵塔左側橫擔導、地線直接與N2#鐵塔掛接，中間通過引流線將N1#鐵塔左、右側導、地線連通，因左、右側橫擔較長，最長達到16.4m，加上絕緣子串長度及角度影響，引流線長度較長，在大風氣象條件下，容易產生風擺，出現引流線對塔身距離不滿足電氣距離的情況，鑒于上述情況，增加設計了正面橫擔，在正面橫擔上采用懸掛固定式懸垂絕緣子串，約束引流線，防止引流線擺動，絕緣子串長度應能保證相間電氣距離。光纜可不通過正面地線支架，直接在塔身連接。此方案充分利用了雙回路的鐵塔的優點，可在90度至180度范圍內使用，對于單回路輸電線路角度超過90度時，是一種快捷高效的處理方法。掛線方式如下圖：

輸電線路鐵塔屬于空間桁架結構，目前均采用有限元法通過計算機對鐵塔內力進行分析計算，按照《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）及《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》（DL/T 5154-2012）對鐵塔構件及連接進行驗算。本鐵塔只使用了單側掛線，而且左右兩側的水平檔距及垂直檔距差異較大，受力較復雜，在設計過程中采用了增大導、地線安全系數，減小導、地線使用張力、減小鐵塔荷載等措施，經過計算，滿足結構受力要求。

結語：

在輸電線路設計中，常會遇到場地狹窄、立塔位置有限、超條件等各種各樣的情況，尤其山區線路更加明顯，針對以上情況，輸電線路設計要結合實際、因地制宜、優化方案、技術攻關、探索創新、控制成本，要落實科學發展觀，推行全壽命周期最優化設計，提高輸電線路建設的效率和效益，才能滿足建設堅強智能電網的發展要求。

參考文獻

[1] 《架空輸電線路桿塔結構設計技術規定》 DL/T 5154-2012? 中國計劃出版社 2012 北京

[2] 《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》 GB 50545-2010? 中國計劃出版社? 2010? 北京