基于提升電網(wǎng)建設(shè)適應(yīng)性的山區(qū)10 千伏線路穿越抗樹(shù)竹傾覆設(shè)計(jì)研究

許毅

（蕪湖銀峰電力工程設(shè)計(jì)有限公司，安徽 蕪湖 241000）

一、背景和目的

（一）研究背景

10kV 架空線路運(yùn)行過(guò)程中，樹(shù)竹傾覆線路是造成線路故障跳閘的一個(gè)重要因素。皖北多為平原地區(qū)，樹(shù)竹分布較少，樹(shù)竹事故發(fā)生率較低。黃山地處皖南山區(qū)，地形以山地為主，山區(qū)樹(shù)竹數(shù)目眾多，且生長(zhǎng)較快，極易傾覆觸碰電力線路引起線路短路、接地及跳閘，為樹(shù)竹事故高發(fā)地帶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年黃山市黃山區(qū)全年因樹(shù)竹故障造成的10kV 線路跳閘高達(dá)41 次，多為是樹(shù)竹事故引發(fā)的短路跳閘。不同于平原地區(qū)，山區(qū)線路一旦發(fā)生樹(shù)竹事故，由于山區(qū)線路供電半徑多半較長(zhǎng)且巡視不便，樹(shù)竹故障發(fā)生后不易發(fā)現(xiàn)排除，導(dǎo)致?lián)屝拮鳂I(yè)時(shí)間長(zhǎng)，極大地影響了地區(qū)用戶的供電可靠性。

為了減少山區(qū)10kV 線路樹(shù)竹事故發(fā)生率，通常采用兩種傳統(tǒng)方式。一是在規(guī)劃線路路徑時(shí)優(yōu)先規(guī)避樹(shù)竹密集地區(qū)，在確實(shí)無(wú)法規(guī)避的情況下，通過(guò)清理線路廊道內(nèi)及兩側(cè)可能引起樹(shù)竹故障的樹(shù)竹；二是在線路設(shè)計(jì)時(shí)采用角鋼塔高跨或者電纜敷設(shè)的方式。傳統(tǒng)清理樹(shù)障的方式雖然有效，但樹(shù)竹的清理勢(shì)必對(duì)黃山地區(qū)的森林資源造成破壞。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，國(guó)家采取了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)杠桿措施來(lái)限制樹(shù)木的砍伐，如提高樹(shù)木砍伐賠償費(fèi)用的標(biāo)準(zhǔn)等，長(zhǎng)距離大范圍砍伐將直接導(dǎo)致線路造價(jià)升高。由于山區(qū)樹(shù)竹生長(zhǎng)較快，需要運(yùn)維人員定期巡視及砍伐廊道內(nèi)及兩側(cè)的樹(shù)竹，企業(yè)運(yùn)維成本費(fèi)用也會(huì)大幅增加。同樣，若采用角鋼塔高跨或者電纜敷設(shè)的方式，單回路每公里造價(jià)將增加至普通線路的2-3 倍，雙回路線路造價(jià)會(huì)增加更多，直接影響黃山地區(qū)線路造價(jià)，導(dǎo)致地區(qū)投資費(fèi)用的增加。

（二）課題研究目的

結(jié)合黃山山區(qū)地形特點(diǎn)以及樹(shù)竹密集的情況，研究提出山區(qū)10kV 線路穿越且增加地線的設(shè)計(jì)。通過(guò)采用山區(qū)10kV 線路上方架設(shè)地線設(shè)計(jì)，可以避免線路廊道兩側(cè)樹(shù)竹傾覆時(shí)直接打在線路上導(dǎo)致線路斷線或觸發(fā)接地，從而提高線路正常運(yùn)行時(shí)抗樹(shù)竹傾覆的能力，可以避免線路廊道兩側(cè)樹(shù)竹的大量砍伐，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家保護(hù)生態(tài)環(huán)境的政策，實(shí)現(xiàn)最大限度地保護(hù)森林資源。通過(guò)采用線路穿越設(shè)計(jì)，可以降低山區(qū)線路采用高跨及電纜設(shè)計(jì)的投資造價(jià)，減少了樹(shù)竹大量砍伐的賠償費(fèi)用以及公司運(yùn)維成本費(fèi)用，節(jié)約項(xiàng)目投資。

因此，提出山區(qū)10kV 線路采用穿越且增加地線的設(shè)計(jì)研究，可以從前期設(shè)計(jì)角度保證后期線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高山區(qū)線路的供電可靠性，降低山區(qū)項(xiàng)目投資。在建設(shè)好架空配電線路工程的同時(shí)，可以最大限度地保護(hù)森林資源，實(shí)現(xiàn)國(guó)家、企業(yè)雙贏的目標(biāo)。

二、常見(jiàn)樹(shù)竹事故的種類

（一）自然災(zāi)害

超過(guò)設(shè)計(jì)風(fēng)速的大風(fēng)，橫向線路吹來(lái)時(shí)，容易發(fā)生導(dǎo)線風(fēng)偏后和樹(shù)竹發(fā)生閃絡(luò)的事故，甚至導(dǎo)線掛到樹(shù)竹上，形成永久性接地故障。另外，樹(shù)竹在大風(fēng)作用下，擺向線路側(cè)，甚至倒向線路側(cè)，打到導(dǎo)線上，引起線路故障。

嚴(yán)重的覆冰使導(dǎo)、地線的弛度增大，可能觸及或接近垂直下方的樹(shù)竹，而發(fā)生故障。如果此時(shí)還有風(fēng)偏，就極易發(fā)生風(fēng)偏后和線路旁邊或山坡上的樹(shù)竹間的閃絡(luò)事故另外，線路旁邊的樹(shù)竹，由于覆冰過(guò)重壓斷，也可能倒向線路，導(dǎo)致線路故障。另外，發(fā)生火災(zāi)，當(dāng)火苗接近導(dǎo)線或桿塔旁的拉線，就會(huì)把導(dǎo)線、拉線燒斷或燒傷，造成故障。還有暴雨成災(zāi)，造成山坡塌方或泥石流，如果此時(shí)山坡上正好有樹(shù)竹，當(dāng)樹(shù)竹隨著山坡滑動(dòng)時(shí)，也可能觸及導(dǎo)線，而構(gòu)成線路故障。

（二）外力破壞

如有外來(lái)人員在線路底下或附近干活或進(jìn)行樹(shù)木砍伐，致使輸配電線路發(fā)生樹(shù)竹方面的故障稱為外力破壞。即便導(dǎo)線和樹(shù)竹間的風(fēng)偏安全距離已經(jīng)滿足規(guī)程的要求，但受到外力破壞的樹(shù)竹倒向線路時(shí)，樹(shù)竹梢即可能會(huì)觸碰導(dǎo)線，而引起線路瞬間接地故障，甚至樹(shù)竹頭部打到導(dǎo)、地線上，把導(dǎo)、地線打斷，引起永久性的接地故障。還有在線路底下砍伐樹(shù)竹后，搬運(yùn)時(shí)，由于樹(shù)竹梢部超高，也可能觸及導(dǎo)線，造成線路故障。

（三）責(zé)任事故

輸配電線路由于設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行檢修人員，對(duì)工作不負(fù)責(zé)任，因其過(guò)失造成的樹(shù)竹方面的事故，稱為責(zé)任事故。設(shè)計(jì)人員過(guò)失，最容易發(fā)生樹(shù)竹事故是檔距中對(duì)山坡、陡崖、峭壁等的橫斷面施測(cè)范圍不足，往往有遺漏情況，因而未進(jìn)行風(fēng)偏校核。這種事故，有時(shí)在線路投運(yùn)后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)還不會(huì)發(fā)生。因?yàn)榘l(fā)生這種故障的風(fēng)，可能是10 年一遇，或者是20 年一遇，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。

黃山地處山區(qū)，區(qū)域內(nèi)存在多種小氣候，因此造成黃山地區(qū)的樹(shù)竹事故的原因主要是自然因素，后兩種因素在實(shí)際中發(fā)生較少。

三、黃山山區(qū)線路走廊內(nèi)常見(jiàn)的樹(shù)竹種類

黃山生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡，植物垂直分帶明顯，群落完整，森林覆蓋率為73%。黃山地區(qū)山區(qū)線路普遍建設(shè)在海拔600 米以下，而在該海拔范圍內(nèi)，由于人們經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，山坡植被大多辟為油荼林，荼田以及農(nóng)田，山坡上常見(jiàn)的森林群落主要為馬尾松群落和毛竹林群落。據(jù)統(tǒng)計(jì)，松樹(shù)多分布于祁門、黟縣和黃山區(qū)，毛竹多分布在休寧、黃山區(qū)和祁門，其他雜木主要分布在牯牛降和清涼峰，以及祁門、黟縣、歙縣和黃山區(qū)。

茶田種的茶樹(shù)一般不高，通常在1 米以下。油茶樹(shù)一般在2～3 米。由于茶樹(shù)高度普遍不高，因此即便生長(zhǎng)在線路廊道內(nèi)，對(duì)線路的正常運(yùn)行基本沒(méi)有影響。

圖1 黃山地區(qū)茶田（左）和油茶樹(shù)（右）

黃山地區(qū)毛竹最高可達(dá)20 米，一般在15 米左右，胸徑一般在10-22 厘米之間。毛竹分布廣泛，生長(zhǎng)較快且樹(shù)竹較高，同時(shí)毛竹容易爛根倒塌，是造成黃山山區(qū)線路樹(shù)竹故障的主要樹(shù)種。

四、架空穿越設(shè)計(jì)方式進(jìn)行適應(yīng)性分析研究

（一）適應(yīng)性分析

山區(qū)線路若采用高跨的方式，在線路施工尤其是線路運(yùn)行過(guò)程中可以大大減少樹(shù)竹砍伐量，并且顯著降低樹(shù)竹事故發(fā)生率，減少運(yùn)行成本。但高跨方式在10kV山區(qū)線路中也有一定的局限性。一般高跨線路桿位均選擇在山頂，一旦在凍雪等惡劣天氣中出現(xiàn)斷線事故，搶修起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，山區(qū)農(nóng)村線路一般是單回線路，由于無(wú)聯(lián)絡(luò)線路，一旦停電，恢復(fù)供電時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。而且線路桿在山頂還會(huì)導(dǎo)致臺(tái)區(qū)的T 接線路很長(zhǎng)，部分臺(tái)區(qū)T 接不得不采用電纜?；谝陨显?，10kV山區(qū)線路的路徑通常選擇在山腳緩坡和靠近村莊的山腰。由于地勢(shì)較為平緩，檔距不宜選擇過(guò)大，此時(shí)采用電桿架設(shè)的方式較為合理。但在實(shí)際過(guò)程中，也會(huì)有部分區(qū)域存在樹(shù)竹高過(guò)電桿，不能砍伐、不能繞道的極端狀況，在這種情況下采用架空線穿越的方式較為適宜。在線路設(shè)計(jì)上，黃山公司建議山區(qū)10kV 架空線路采用“堅(jiān)強(qiáng)導(dǎo)線，堅(jiān)強(qiáng)拉線，堅(jiān)強(qiáng)避雷線”的方針，盡量做到不砍伐樹(shù)竹。因此，導(dǎo)線采用樹(shù)竹可頻繁接觸的、帶鋼芯的厚絕緣導(dǎo)線，在穿越的方式下，為防止樹(shù)竹倒下時(shí)覆壓導(dǎo)線，10kV 線路桿頂架設(shè)鋼絞線，兼做避雷線及保護(hù)線。

（二）經(jīng)濟(jì)性比較

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)辦【2019】826 號(hào)文，國(guó)家電網(wǎng)公司將進(jìn)一步嚴(yán)格控制電網(wǎng)投資，提升公司經(jīng)營(yíng)績(jī)效，保障公司和電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展，更好地服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。另外由于山區(qū)地形系數(shù)較高、地質(zhì)分坑中的巖石比例以及人力運(yùn)輸影響，10kV 線路單位造價(jià)往往較高。因此在10kV 線路設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮不同方式下的單公里造價(jià)對(duì)比情況從而進(jìn)行選擇。

五、結(jié)論及成效分析

（一）結(jié)論

由于樹(shù)竹覆壓地線力學(xué)計(jì)算中存在的動(dòng)態(tài)變量較多，因此本課題僅在若干限定工況條件下進(jìn)行研究分析并進(jìn)行適度擴(kuò)展分析。綜上分析，在無(wú)冰且風(fēng)速為10m/s 的工況條件下發(fā)生樹(shù)竹傾覆地線時(shí)，梢徑190mm 的15m，M 級(jí)鋼筋混凝土電桿的桿根彎矩計(jì)算值小于允許彎矩值，會(huì)發(fā)生斷桿現(xiàn)象。梢徑230mm 的15m，N 和Q 級(jí)鋼筋混凝土電桿均能夠滿足要求。在無(wú)冰且風(fēng)速為15m/s 和29m/s 的工況條件下發(fā)生樹(shù)竹傾覆地線時(shí)，僅有梢徑230mm 的15m，Q 級(jí)鋼筋混凝土電桿均能夠滿足要求，實(shí)現(xiàn)在不打拉線的情況下，不發(fā)生斷線和斷桿情況。

（二）成效分析

通過(guò)提出山區(qū)線路穿越并架設(shè)地線的設(shè)計(jì)，一方面能夠兼做避雷線，降低雷擊事故；一方面能夠在減少樹(shù)竹砍伐，避免森林資源破壞的前提下，增強(qiáng)山區(qū)線路抗樹(shù)竹傾覆能力，減少樹(shù)竹直接傾覆在導(dǎo)線線引發(fā)短路跳閘事故，提高山區(qū)線路的供電可靠性。同時(shí)相對(duì)于采用角鋼塔和電纜的線路設(shè)計(jì)，單位公里造價(jià)減少30-80 萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)性非常顯著。