高壓輸電線路工程綠色設(shè)計(jì)研究

國網(wǎng)江蘇電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司徐州勘測設(shè)計(jì)分公司 李爍然

目前，在經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展的大浪潮下，消費(fèi)升級、產(chǎn)業(yè)迭代、供給側(cè)改革等逐漸增強(qiáng)市場對電力的需求，用電規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、用電結(jié)構(gòu)更加龐大、電力供給與居民日益增長的需求矛盾進(jìn)一步突出。在高壓電力工程領(lǐng)域，全面推行綠色設(shè)計(jì)理念，在保證技術(shù)創(chuàng)新性和經(jīng)濟(jì)節(jié)能性的前提下，盡量降低對環(huán)境的不利影響，使電力發(fā)展朝著合理利用資源、保護(hù)自然環(huán)境的方向發(fā)展?？傊G色設(shè)計(jì)既要采用領(lǐng)先的技術(shù)手段達(dá)到節(jié)能降耗，減少對環(huán)境的負(fù)面影響，也要選擇合適的材料和作業(yè)工藝，使桿塔、導(dǎo)地線等設(shè)施設(shè)備能夠最大限度地循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益合理化[1]。

1 項(xiàng)目簡介

本項(xiàng)目線路為上海某110kV 變電站，線路全長33000m，其中，架空線路長30000m，雙回電纜線路相對較短，長200m，單回架空線路長3500m。桿塔選擇角鋼塔，合計(jì)新建一百三十三基。導(dǎo)線采用OPGW 光纜，沿線地形基本上均為平原，交通狀況較佳。

2 高壓線路綠色設(shè)計(jì)原則

高壓輸電線路作為電力網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分，其設(shè)計(jì)效果直接關(guān)系到整個電力網(wǎng)絡(luò)能否安全可靠工作。因此，對高壓線路綠色設(shè)計(jì)時應(yīng)按照以下相關(guān)的原則。

2.1 整體性設(shè)計(jì)原則

從線路建設(shè)全過程的角度出發(fā)，將綠色設(shè)計(jì)理念滲透到高壓線路設(shè)計(jì)的細(xì)枝末節(jié)，綜合衡量技術(shù)層面、利潤效益及生態(tài)影響等方面，為電網(wǎng)低碳平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。

2.2 性價比最優(yōu)設(shè)計(jì)原則

在充分調(diào)研同行業(yè)的基礎(chǔ)上，引入先進(jìn)技術(shù)，升級管理手段，優(yōu)化鐵塔等電力設(shè)施設(shè)備的設(shè)計(jì)，選取物美價廉的材料，在確保產(chǎn)品性能的前提下力求經(jīng)濟(jì)達(dá)到最優(yōu)。

2.3 資源充分利用及環(huán)境優(yōu)化的設(shè)計(jì)原則

高效利用資源，提高資源的利用率，盡量就地取材，積極推動資源循環(huán)利用[2]。降低對資源的過度依賴，減少對環(huán)境的污染，盡可能做到低碳減排。

3 輸電線路綠色設(shè)計(jì)研究方案

3.1 合理選擇線路路徑

在實(shí)際用電工況中，隨著居民生活水平的提高，電力需求擴(kuò)大，高壓輸電線路電纜已經(jīng)不能滿足日益增長的電力負(fù)載要求。而輸電線路的路徑作為輸電線路設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到電網(wǎng)能否正常供電，與工業(yè)生產(chǎn)和人民生活息息相關(guān)。

所以，合理選擇線路路徑是高壓輸電線路綠色設(shè)計(jì)研究必須面對的問題。在方案設(shè)計(jì)階段，高壓輸電線路充分避開鬧市區(qū)、旅游景點(diǎn)區(qū)以及南水北調(diào)工程附近等，最大限度減少項(xiàng)目對環(huán)境的污染。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段與相關(guān)單位充分協(xié)商溝通，躲避城鎮(zhèn)土地規(guī)劃的有關(guān)范圍[3]。本項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目工程的設(shè)計(jì)簡化圖

方案A：總輸電距離較大，拐角數(shù)目較多，整體花費(fèi)高，優(yōu)勢是緊鄰公路，施工過程中不需要額外搭建交通通道，可借助公路通行，方便工作開展。

方案B：總輸電距離較小，拐角數(shù)目較少，整體花費(fèi)低，但輸電線路沿線經(jīng)過新能源太陽能發(fā)電區(qū)域，會對光伏發(fā)電造成一定影響。

方案C: 總輸電距離與方案A 相同，拐角數(shù)目較多，且線路沿線不僅存在居民區(qū)，還有海拔較低的水渠，施工難度可想而知，各設(shè)計(jì)路徑花費(fèi)情況見表1。

表1 各設(shè)計(jì)路徑花費(fèi)情況（萬元）

綜合以上因素，最終商定選擇方案A，在滿足輸電線路使用要求的條件下，最大程度降低花費(fèi)，盡可能地降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。

3.2 重視桿塔位置選擇

在高壓電網(wǎng)輸電線路走向確定后，就需要對線路的每一步進(jìn)行細(xì)化。設(shè)計(jì)人員要始終秉承綠色低碳、節(jié)能減排的設(shè)計(jì)思想，科學(xué)確定桿塔的建設(shè)位置。在對線網(wǎng)周邊環(huán)境充分調(diào)查基礎(chǔ)上隨機(jī)應(yīng)變、量體裁衣，針對有大區(qū)域森林的情況，選取架空高跨的方式，針對零星的林木，盡力降低砍伐數(shù)量。此外，考慮到交通便利性，桿塔選址優(yōu)先布置在路邊或離公路較近處，以便方便物料進(jìn)場、人員施工，降低臨時道路的搭建，最大限度降低對土地的不利影響[4]。

如圖2所示，本項(xiàng)目在高壓線網(wǎng)設(shè)計(jì)時，遇到大范圍的森林區(qū)域后，應(yīng)適當(dāng)加高角鋼塔的高度，使高壓線網(wǎng)的下導(dǎo)線與樹木之間保持在安全的距離，同時，桿塔接地設(shè)備安裝原則上方向應(yīng)該朝向遠(yuǎn)離自建住房方向，且不得靠近地下輸水系統(tǒng)，防止接地設(shè)備損壞對輸水系統(tǒng)造成影響。此外，為了避開有機(jī)蔬菜基地等種植區(qū)，輸電線路加裝轉(zhuǎn)角塔A37、A39，如圖3所示，其中虛線為方案1確定的輸電線路路徑。節(jié)約了輸電線路走廊的占地空間，一定程度上避免了周圍房屋的搬遷和樹木的砍伐。輸電線路跨越其他高壓輸電線路時，在符合安全要求的前提下，選擇高度較矮的雙回塔鉆越[5]。

圖2 有樹林的高壓線網(wǎng)設(shè)計(jì)

圖3 有種植區(qū)的高壓線網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.3 線纜設(shè)計(jì)

作為高壓輸電的電纜，其導(dǎo)電率以及強(qiáng)度質(zhì)量一定要達(dá)標(biāo)。目前常規(guī)的導(dǎo)線見表2，導(dǎo)線1銅芯鋁絞線較為常用，價格為每噸2.2萬元，導(dǎo)線2鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線價格為每噸2.23萬元，較導(dǎo)線1每噸貴了300元，差額較低可忽略，價格較高的是導(dǎo)線3鋁合金芯鋁絞線，價格為2.46萬元，費(fèi)用約為前面兩者的12%，但根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和歷史電能數(shù)據(jù)，導(dǎo)線1和導(dǎo)線2雖然初期成本花費(fèi)稍微低點(diǎn)，但隨著使用時間的增加，耗電量明顯上升，線損問題非常嚴(yán)重，而導(dǎo)線3雖然前期投資成本偏高，但隨著使用次數(shù)的增加，其線損情況整體偏小，節(jié)能性進(jìn)一步突出，可以考慮采用此導(dǎo)線進(jìn)行高壓輸電。

表2 輸電線纜價格對比（萬元）

3.4 數(shù)字化設(shè)計(jì)

3.4.1 BIM 三維場景構(gòu)建

BIM 技術(shù)的突出特點(diǎn)之一即三維可視化，同時也是其應(yīng)用于高壓線路綠色數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。該優(yōu)勢能夠使設(shè)計(jì)人員對項(xiàng)目設(shè)計(jì)的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行整體管控，實(shí)現(xiàn)高壓輸電線路的可視化及數(shù)字化管理，從源頭上把控高壓輸電線路的建設(shè)周期、成本及建設(shè)質(zhì)量。采用BIM 技術(shù)進(jìn)行高壓輸電線路的三維可視化設(shè)計(jì)，相比之前的設(shè)計(jì)模式，更能直觀明了地表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖，全面展示輸電線路的細(xì)節(jié)信息，同時場景仿真，生成周邊的房屋建筑、交通要道、林木山地等物體，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，如圖4所示，可充分利用三維可視化圖形對進(jìn)行建筑物拆遷、森林砍伐等工程量進(jìn)行提前謀劃，極大地方便了高壓線路后期施工過程的管控，提高了工作效率，縮短建設(shè)周期。

圖4 三維可視化場景

3.4.2 基于BIM 的輸電路徑?jīng)_突檢查

在高壓輸電線路工程設(shè)計(jì)過程中，各模塊間不可避免會出現(xiàn)干涉沖突現(xiàn)象，設(shè)計(jì)階段需要提前做好各模塊間的協(xié)調(diào)發(fā)展，而BIM 技術(shù)具有可協(xié)調(diào)的優(yōu)勢，在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用BIM 技術(shù)可以提供可靠高效的溝通交流平臺，以便工作人員可以更好地發(fā)現(xiàn)沖突問題，及時干預(yù)解決，避開政府規(guī)劃區(qū)、人口密集區(qū)等，一方面，避免后期高壓輸電線路工程建設(shè)時出現(xiàn)問題，返工重建，降低項(xiàng)目潛在風(fēng)險，間接節(jié)省建設(shè)成本；另一方面，合理調(diào)配資源，避免資源浪費(fèi)，進(jìn)一步提高工作效率和工程質(zhì)量。

與傳統(tǒng)的高壓輸電線路設(shè)計(jì)方法相比，采用BIM 進(jìn)行輸電線路沖突檢查優(yōu)勢明顯。第一，在高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)可以多方位、多維度展示高壓輸電線路模型，方便設(shè)計(jì)人員在選擇輸電路徑時進(jìn)行全面的檢查，防止沖突矛盾的情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，方便設(shè)計(jì)人員及時進(jìn)行調(diào)整，不用實(shí)際建設(shè)出來進(jìn)行問題查找，節(jié)省了人力、物力，提高了設(shè)計(jì)效果。第二，可以按照使用需求在任一設(shè)計(jì)位置選擇生成目標(biāo)設(shè)計(jì)樣圖，方便工作人員對輸電線路的整體理解。第三，利用該技術(shù)可以清晰地觀看各輸電塔桿的高度及空間分布情況，輕松挖掘二維平面圖紙中隱藏的空間問題，進(jìn)一步避免沖突干涉現(xiàn)象產(chǎn)生。

總之，基于BIM 技術(shù)對高壓輸電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)時必須精準(zhǔn)、可靠，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響到后續(xù)輸電線路工程施工的各個環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個工程的建設(shè)質(zhì)量，因此，在應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行高壓輸電線路設(shè)計(jì)的過程中，不僅應(yīng)注意輸入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性，還要考慮到各模塊的兼容度和協(xié)調(diào)性，以便取得更好的設(shè)計(jì)效果。

此外，在高壓輸電線路設(shè)計(jì)過程中，也要加大管理上的力度，首先，需加強(qiáng)設(shè)計(jì)研究人員的教育和培訓(xùn)工作，有條件的情況下派出專業(yè)技術(shù)人員去發(fā)達(dá)國家的電力行業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，參考其綠色設(shè)計(jì)工作方式，以“科學(xué)高效、節(jié)能降耗、降低環(huán)境影響”為問題導(dǎo)向，并結(jié)合自身高壓輸電線路建設(shè)的實(shí)際工作情況對其進(jìn)行科學(xué)合理地改進(jìn)設(shè)計(jì)。其次，建立獎懲機(jī)制，提高員工積極性。將員工的獎金與員工日?？己讼鄴煦^，對于主動提出的合理化建議如切實(shí)提高了經(jīng)濟(jì)效益、降低了環(huán)境影響，可以申請加分等，由此可以激勵員工以更加積極的態(tài)度來面對設(shè)計(jì)研究工作，將助力于電網(wǎng)的安全、節(jié)能、綠色可靠運(yùn)行。最后，每個月組織各方就高壓輸電線路設(shè)計(jì)工作進(jìn)行總結(jié)復(fù)盤，對當(dāng)月的工作進(jìn)行分析討論，找出不足，討論棘手難題，給出解決方案，交流心得體會，分享先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并對下一步的研究工作指明發(fā)展方向。

伴隨社會發(fā)展，高壓輸電線路工程結(jié)構(gòu)越來越龐大復(fù)雜，做好其設(shè)計(jì)質(zhì)量十分必要，本文以110kV 高壓輸電線路工程為例，對其輸電線路綠色設(shè)計(jì)研究，包括合理選擇線路路徑、重視桿塔位置選擇、輸電線纜設(shè)計(jì)、BIM 三維場景構(gòu)建以及基于BIM 的輸電路徑?jīng)_突檢查等內(nèi)容，在提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益的同時也保障居民的供電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)供電部門經(jīng)濟(jì)效益與服務(wù)質(zhì)量的雙贏。