浅析山区输电线路场地狭窄及角度超使用条件优化设计

浅析山区输电线路场地狭窄及角度超使用条件优化设计
我国正处于经济快速发展阶段，发展清洁能源，是改善能源结构、保障能源安全、推进生态文明建设的重要任务，水力资源作为优质清洁能源，应加大开发力度，但是由于水力资源丰富的西南地区，地势起伏突出，高差悬殊，地质构造较复杂，山区地带地形切割剧烈，同时海拔相对较高，处于山区的输电线路工程，特别是水电站的送出工程，往往因地形限制，出线场地狭窄，常常出现无法满足终端杆塔位置要求及转角杆塔位使用角度超限等情况，本文以某水电站送出线路工程设计为例，浅析了单回路输电线路在山区、峽谷地形，无法满足终端杆塔位置及转角度数超过使用条件的优化设计方案。

标签：输电线路;场地狭窄;角度超限;优化设计;
1、工程概况
本工程为四川某水电站送出线路工程，该水电站装机容量138MW，采用地下厂房，地下厂房位于河谷右岸，出线洞出线，在出线洞洞口设置出线场，布置相关电气设备及出线构架，送出线路工程导线采用2×JL/G1A-400/50钢芯铝绞线，地线采用两根OPGW-100光纤复合架空地线，最大设计风速27m/s，最大设计冰厚导线10mm，地线设计比导线增加5mm，按双回路设计，单侧挂线，电站出线构架到N2#塔按单回设计。

2、存在的问题
本工程位于四川省境内，属于典型的高山、河谷地形，出线场位置与N1#塔之间水平距离约300m，高差约203m，N1#塔与N2#塔之间水平距离约532m，高差约99m，塔位之间高差较大，因地形限制，出线场地狭窄，不具备位置实施终端杆塔且N1#塔位轉角度数达到约147度，如下图所示：
3、优化设计方案
3.1场地狭窄终端杆塔优化设计方案
本工程出线洞洞口紧邻河谷，出线场地已占用部分河道，终端杆塔无位置可用，如果在河道中采用钢管杆，必须修筑钢筋混凝土防洪墙，出线场地标高与河面标高相差约10m左右，基础需要采用灌注桩基础，且深度较大，施工难度较大，混凝土消耗量及耗钢量较大，造价较高，钢筋混凝土防洪墙混凝土方量及耗钢量较大，且防洪效果有限，如遇罕见洪水，很可能造成防洪墙底部被洪水冲刷、剥蚀，造成防洪墙垮塌，危及线路安全。

经过分析岩土资料，出线洞口上方岩石较好，承载力较高，采用在出线洞口上方岩石上钻孔，然后采用水泥净浆将锚筋束固定在锚孔内，在锚筋束外端悬挂绝缘子串的出线方式可解决终端杆塔无杆塔位置的情况，并可在很大程度上降低
工程造价，线路安全也能得到保障。

该方案线路从出线场构架出线至锚筋束，再从锚筋束反向至N1#塔，出线构架、锚筋束及N1#塔在同一个垂直平面内，线路在锚筋束处存在一个垂直面夹角，岩石锚筋束如下图所示：
锚孔直径采用150mm，深度根据受力要求可取6～10m，倾斜角20度左右;锚筋束通常用三根直径25mm的钢筋合并制成，锚筋束端部弯头制成同一类型并根据机电要求施工，锚筋束通过定位支架固定在锚孔中心;锚孔内采用M30水泥净浆灌实，锚固长度根据受力要求确定并预留一定长度的自由段;锚孔内设置两根Ф25的注浆管，锚筋束外端采用锚墩固定。

岩石与锚固体的粘结强度特征值frb应根据试验确定是否满足设计要求;锚筋束钢筋采用HPB400级，定位支架钢筋采用HPB300级;锚筋束自由端伸出坡面不小于1.0m，且不大于1.5m，且自由端制成套环状方便吊挂绝缘子串;注浆采用42.5普遍硅酸盐水泥净浆，水灰比宜为0.5～0.55之间，注浆压力不小于0.48MPa;锚孔钻孔尺寸偏差不大于20mm，钻孔深度超过设计长度不小于500mm，锚固段应该锚入新鲜基岩内不小于2m;钻孔完成后灌浆前应清孔，排放孔内积水;锚筋束应作防腐、防锈处理;锚筋束粘结水泥浆体强度达到80%设计强度前，不得敲击、碰撞或牵拉;出线锚筋束位于岩石强卸荷区，施工中应采取相应措施防止岩体崩塌，并及时做好防护措施。

3.2塔位转角超使用条件优化设计方案
在输电线路设计中，耐张杆塔采用以转角度数分级设计，一般分级范围为0°～20°、20°～40°、40°～60°、60°～90°四个角度系列、终端杆塔适用于0°～90°，一般情况，以上角度分级范围已能覆盖绝大部分情况，在本工程中，因地势陡峭，不良地质（塌方、滑坡、冲沟等）段发育，塔位选择困难，经各专业人员多次反复勘测后，确定了N1#塔位位置，但是转角度数达到147度，一般单回路铁塔无法满足要求。

针对此种情况，决定采用一种特殊的双回路铁塔解决此问题，塔型如下图：
该铁塔除常规两侧横担外，在铁塔正面增加一组正面横担，正面横担安装高度与两侧横担一致，长度根据电气要求确定，送出线路从岩锚出线后挂N1#铁塔右侧横担，N1#铁塔左侧横担导、地线直接与N2#铁塔挂接，中间通过引流线将N1#铁塔左、右侧导、地线连通，因左、右侧横担较长，最长达到16.4m，加上绝缘子串长度及角度影响，引流线长度较长，在大风气象条件下，容易产生风摆，出现引流线对塔身距离不满足电气距离的情况，鉴于上述情况，增加设计了正面横担，在正面横担上采用悬挂固定式悬垂绝缘子串，约束引流线，防止引流线摆动，绝缘子串长度应能保证相间电气距离。

光缆可不通过正面地线支架，直接在塔身连接。

此方案充分利用了双回路的铁塔的优点，可在90度至180度范围内使用，对于单回路输电线路角度超过90度时，是一种快捷高效的处理方法。

挂线方式如下图：
输电线路铁塔属于空间桁架结构，目前均采用有限元法通过计算机对铁塔内力进行分析计算，按照《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）及《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2012）对铁塔构件及连接进行验算。

本铁塔只使用了单侧挂线，而且左右两侧的水平档距及垂直档距差异较大，受力较复杂，在设计过程中采用了增大导、地线安全系数，减小导、地线使用张力、减小铁塔荷载等措施，经过计算，满足结构受力要求。

结语：
在输电线路设计中，常会遇到场地狭窄、立塔位置有限、超条件等各种各样的情况，尤其山区线路更加明显，针对以上情况，输电线路设计要结合实际、因地制宜、优化方案、技术攻关、探索创新、控制成本，要落实科学发展观，推行全寿命周期最优化设计，提高输电线路建设的效率和效益，才能满足建设坚强智能电网的发展要求。

参考文献
[1] 《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154-2012中国计划出版社2012 北京
[2] 《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 50545-2010中国计划出版社2010北京。