山区配电线路大跨越设计思考
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摘要： 本文就舟山至大陆220kV大跨越输电线路的诞生引发笔者设计思绪的变迁进行论述。
0 引言
当舟山至大陆220kV大跨越输电线路诞生，随之引发笔者设计思绪的变迁。该项工程设计参数显示：塔高370m（相当于普通楼房125层高，世界第一），塔重5999吨（世界第一重），最大档距2756m（仅次于挪威海峡大跨越4570m，世界第二长，亚洲第一长），导线最低点弧垂70.5m（海洋水面距空中悬浮物的最小安全静距要求是65m，就是说在65m的高度能够满足世界各类船只的通行。超高5.5m），该线路耐张段长6215m（世界第一长）。这些惊人奇迹般的创举，充分显示出我国在送电线路架设方面的重大突破，让世界震惊。据此山区输配电线路的设计思维应该比照舟山至大陆220kV大跨越档距和挪威海峡大跨越档距做与之对应的仿效与借鉴。挪威海峡大跨越档距是无杆无塔，依山峰高度为屏障，凭借峰高替代杆塔高度，通过山体预埋杆件直接连接导线。目前，在我国山区配电线路的大跨越，大档距均以电杆或铁塔作支撑和受力杆件。迄今为止，还没有一家设计单位大胆尝识：通过山体预埋杆件直接连接导线的大跨越档（1000m以上）的做法。在山区100m以上的山峰（梁）随处可见，如若仿效与借鉴舟山至大陆220kV大跨越档距和挪威海峡大跨越档距的成功经验，那么山区输配电线路的设计与施工就会发生量的变化，质的飞跃。达到：工程堪设时间短、施工速度快、工程造价低、防雷效果好、青赔占地少、运行维护方便等效果。为此，就山区配电线路的常规（传统）设计，探讨性地提出点个人设想和改进思路。
山区配电线路的大跨越，大档距（800-1000m以上的档距）随处可见。均以电杆或铁塔作支撑和受力杆件，抬运电杆的费用往往是电杆本体费用的几倍，且抬运过程中人伤事故屡见不鲜。铁塔的基础开挖、塔腿隐蔽性工程（混凝土浇筑）、铁附件的搬运等都是以人力、马运输。组立一基塔的工序比组立一基电杆的时间要“漫长”的多。山区受地形地貌的限制较为突出，95%的杆塔，机械整体吊装组立的条件不具备。只能依靠传统的工艺流程：铁塔分解组立或采用内摇臂抱杆组立，电杆只能是人力组立。较平原、丘陵地区施工具有速度慢，工期长等弊端。为此，就山区配电线路在施工过程中反映和存在的问题，比照舟山至大陆220kV大跨越档距和挪威海峡大跨越档距的成功经验和特点，谈点山区配电线路设计的新思路。
1 山区大跨越档距的成果列举与经验
①10kV蔺（河35kV变电站）齐（园子水电站）馈路中最大档距1380m。导线采用LGJ-70mm2，电杆采用Ф150*10000m，水平排列，根开（线间距）3.5m，瓷件选用X-4.5型，拉线选用GJ-50mm2，预制地锚一坑双制。三连杆软连接（三杆顶端用钢绞线连接，一杆一线制，与转角拉线、防风拉线平行，该杆型共配置10套上下楔形，8根拉线）。采用FG-5型防震锤，每相耐张线夹出口至第一个防震锤的间距为0.57m，等距连续安装4个。跨越形式：耐-耐。
②10kV铁（佛35kV变电站）大（道镇）馈路中最大档距980m。导线采用LGJ-70mm2，电杆采用Ф150*10000m，水平排列，根开（线间距）3m，瓷件选用X-4.5型，拉线选用GJ-50mm2，预制地锚一坑双制。三连杆软连接（同上）。采用FG-5型防震锤，每相耐张线夹出口至第一个防震锤的间距为0.57m，等距连续安装3个。跨越形式：耐-耐。
③10kV城（关35kV变电站）佐（龙镇）馈路中最大档距1280m。导线采用LGJ-50mm2，电杆采用Ф150*10000m，三角排列，根开（线间距）3.5m，瓷件选用X-4.5型，拉线选用GJ-35mm2，预制地锚一坑双制。三连杆硬连接（三杆顶端用角钢连接，一杆一线制，与转角拉线、防风拉线平行，该杆型共配置8套上下楔形，8根拉线）。采用FG-6型防震锤，每相耐张线夹出口至第一个防震锤的间距为0.48m，等距连续安装3个。跨越形式：耐-耐。
④35kV城（关35kV变电站）花（里35kV变电站）馈路中最大档距986m。导线采用LGJ-150mm2，铁塔结构，三角排列，根开（线间距）4.5m，选用玻璃绝缘子，架空地线选用GJ-35mm2。采用FG-3型防震锤，每相耐张线夹出口至第一个防震锤的间距为1.18m，等距连续安装3个。跨越形式：耐-直-直-耐。
⑤110kV城（关35kV变电站）八（仙35kV变电站）馈路（目前降压运行）中最大档距997m。导线采用LGJ-185mm2，铁塔结构，三角排列，根开（线间距）4.5m，选用玻璃绝缘子，架空地线选用GJ-35mm2。采用FG-2型防震锤，每相耐张线夹出口至第一个防震锤的间距为1.35m，等距连续安装3个。跨越形式：耐-直-直-耐。
具体做法：f=g*L2/8*δ（架空线路弧垂的近似计算式）
f―导线的最大弧垂，m；
g―导线的比载，N/m.mm2；
L―档距，m；
δ-水平导线最低点的应力，kg/mm2。
上式说明：弧垂与档距大小的平方成正比，与其强度成反比，也就是说：当架空线路档距一定时，放大导线的弧垂，能减小导线的强度。即减小导线的顺线张力。由此，在山区输配电线路大跨越档距紧线过程中，人为放大观测弧垂的方法就是运用了这一原理，与架空线路悬链线的基本原理完全偶合。一般的做法是：依据计算的理论弧垂下调1.5-2.5%的弧垂数值。但必须满足七个前提条件：①大跨越档距杆塔所在位置的山体高差必须满足导线最低点弧垂的对地距离。②导线舞动时三相或两项导线不发生互相碰幢，即线间距必须满足。③大跨越档距导线不许有接头（原因是接头处会导致导线震动或舞动时改变单根导线方向与其它相邻导线发生碰幢）。④三相导线水平排列或三角排列的下层两相的最低点的弧垂必须对地高度一致。⑤防震锤的安装位置必须接近震动波复的位置，且防震锤的安装个数、距离、导线型号与之对应配置。⑥海拔高程在1000m以下，即只考虑风荷载，不考虑覆冰等情况的出现。⑦观测弧垂时的气温与代表档距理论弧垂计算时气温基本接近，且观测弧垂等于理论弧垂乘以1.5-2.5%的数值。以上列举的岚皋辖区五条配电架空线路已安全运行13年，至今所在馈路的大跨越档距运行状态良好。
2 山区大跨越档距理论计算（校核）中发现的问题
2.1 当依据架空线路状态方程式计算大跨越档导线应力时，有两种情况：①架空线路受大风气象条件控制时，当代表档距大于200m以上的，导线应力接近最大设计应力；但代表档距的弧垂数值随代表档距的增大而增大。②架空线路受覆冰气象条件控制时，导线应力与最大设计应力的变化很小；但代表档距的弧垂数值随代表档距的增大而增大。
除此之外，其它八种气象情况下的应力变化比较明显。说明：架空线路大跨越档距导线的应力在大风、覆冰两种情况下与最大设计应力的变化不大，而导线的弧垂随代表档距的增大而增大。这是传统的计算（校核）方法。换言之：大跨越档距的设计应力在大风、覆冰两种情况下，导线的应力（强度）完全由设计应力决定。这就要求导线、杆塔、导地线、拉线等的材质强度必须足够，计算（校核）完全由架空线路的最大设计应力决定。按正常的非大跨越档距的方法计算或校核受到一定的局限性。
2.2 按延续至今的传统设计思路考虑：导线的安全系数为2.5，拉线及架空地线的安全系数为3。一般山区配电线路主要受两种气象条件控制，即：海拔高程1000m以下主要受大风、无冰气象条件控制；海拔高程1000m以上主要受覆冰、无风气象条件控制。这两种情况同时并存的气象条件极少。由此山区配电架空线路大跨越档距安全系数取值2.5-3的范围显小，同样受到一定的局限性。
3 山区大跨越档距应具备的基本条件和形式特点
3.1 山区配电架空线路大跨越档距必须具备的基本条件：①尽量利用山体的自然地形条件。1）山体坡度必须大于65°以上的山体，坡长不宜大于档距长度的1/3。2）远离滑坡地带。3）远离坟地、寺庙、古树地带。4）避让或减小架空线路顺风口处的空间角度。5）避让稀有贵重林带。②山体与山体或山体与凹地的垂直高度必须满足最低点的导线弧垂的高度。③在线路走径、通视良好的情况下，尽量选择跨距较小的点。④远离易燃易爆和气态污染严重的场所。⑤导线跨越江河、库区水面的高度必须满足相关部门的规定要求。⑥与所在辖区的整体规划协调一致。⑦了解所在辖区的气象特征和杆塔点的海拔高程情况。⑧每相导地线不许有接头。⑨覆冰特别严重地区，不宜采用大跨越档距。⑩导线的线间距离必须满足。{11}导线的弧垂特性好。{12}导线的防震性能好。{13}导线的塑愈形变特性好。
3.2 山区配电架空线路大跨越档距的几种跨越形式、特点。①塔-塔结构。这种大跨越形式主要用于山区的110kV架空线路中。跨越形式主要有：a、耐-直-直-耐；b、耐-直-耐；c、耐-耐三种形式。a种跨越形式的优点是不受地形条件的限制，相对山体高差要求较小。缺点是直线塔的高度提升，耗材量大（材料量与高度的立方 成正比），由此导致工程规模投资加大，防风防冰防雷性能差。b种跨越形式的优点是不受地形条件的限制，使用于山-凹的场所，相对山体高差要求较小。缺点是受力相对a差，山体端的耐张塔受力较凹地端的耐张塔的受力大，即导线的上拔力明显上升，防风防冰防雷性能差。c种跨越形式的优点是塔高要求相对较低，耗材量相对较小，工程造价低，适用于山-山的区段，上拔力大减，防风防冰防雷性能好。缺点是受地形条件的限制突出，相对两山体高差要求严格。②塔-杆混合结构。这种大跨越形式主要用于山区35kV线路中。跨越形式主要有：a、耐-直-直-耐，b、耐-直-耐，c、耐-耐三种形式。其优缺点基本与①大体相同，工程造价较①低。③杆-杆结构。这种大跨越形式主要用于山区10kV架空线路的设计中。95%的线路均采用的是三连杆，一杆一线制，孤立档距。优点是耗材量小，结构稳定性好，防风防冰性能好。缺点是山体高差要求严格，电杆抬运困难，放紧线施工难度加大。
4 山区大跨越档距的设想与思考
4.1 设想1：塔-山-山-塔的跨越形式
此种跨越形式的优点是：①防雷效果好。②工程造价低。③运行维护直观。缺点是：①放紧线施工难度加大。②导线强度要求高。③土建工程量增加。④地形条件要求严格。其具体设想是：当连续跨越四座山峰，其中间的两座山峰较两端山峰位置高，山体坡度大于75°以上的，坡长不大于档距长度1/3的，两端塔以后区段较平坦的地形。当大跨越档距大于1000m以上的时候，人的视力和测设设备相对近距离要模糊的多，考虑线路施工过程中的放紧线问题，此种形式的跨越均采用孤立档距，连续档距在此种情况不存在。中间的两座山峰的两端均以铁质杆件预埋，其整体预埋杆件的安全系数大于导线安全系数的2倍（大跨越档距导线的安全系数取3，导地线的安全系数取5），预埋杆件的材质选定完全依据大跨越档距的大小、导线型号确定。山峰顶端两端的预埋件或1#瓷件-2#瓷件之间均用电缆地埋敷设连接导线。依据电压等级配置相应的电缆，电缆埋深大于0.7m以下。同时在两塔增设与之配套电压等级的线路避雷器装置。大跨越档距的铁塔必须是加强型铁塔，按最大设计应力考虑、校验。如若增加避雷线，有两种做法：①是在山头选用一基呼高8m的加强型自制铁塔专供避雷线的T接塔。②是降低导线接续预埋件的山置，使导线与避雷线的山体垂直高度保持在3-5m。山体接续件处必须做好防鼠、防蛇等的保护措施。同时设防护墙或防护遮拦，高度3m，以防行人介入。特别还要说明的是：如若大跨越档距大于1500m以上，导线型号宜采用钢芯高强铝合金绞线（AACSRS/EST型）系列产品。原日本尽先生产，目前国家已研制生产，该导线性能特性较普通型钢芯铝绞线（LGJ-）的强度大，导电性能、耐热性能、塑愈形变性能好，使用年限较普通型钢芯铝绞线长，应该推广应用于山区输配电大跨越架空线路中。
4.2 设想2：杆-山-山-杆的跨越形式
此种跨越形式的优缺点及山体条件基本同1的条件，不能采用钢管杆或水泥电杆，宜采用三连杆的杆型，稍径宜采用Ф190以上的电杆，应该根据大跨越档距大小、导线型号大小确定。应该考虑的是：根据电压等级的不同配置与之对应等级的线路避雷器。如若大跨越档距大于1500m以上时，导线型号宜采用钢芯高强铝合金绞线（AACSRS/EST型）系列产品。稍径宜采用Ф300以上的电杆或钢管杆。拉线按最大设计应力的二倍考虑，预制地锚一坑二制。预埋深度按3m以上考虑。其防护措施同1。
4.3 设想3：山①-山②-山③的跨越形式
此种跨越形式的优缺点及山体条件基本同1的条件。叫无杆塔架空线路，这种跨越形式与1、2的地形有所不同：三山为三角排列的方式出现。②号山的预埋件可以靠的很近，换言之，②号山的预埋件可以同山体上下层预埋，无须用电缆连接，可以直接用导线跳线连接。其防护措施同1。
4.4 设想4：山①-山②-山③-山④的跨越形式
这种跨越形式一般是顺江、河通道左右斜跨。山体条件满足的前提下，可以连续跨越若杆基，山体②③预埋件可以同山体上下层预埋，无须用电缆连接，可以直接用导线跳线连接。其防护措施同1。
以上四种设想一直在笔者心中隐藏多年，原因是设计的参考书籍没有概述这些方面的内容。通过对舟山至大陆220kV大跨越档距和挪威海峡275kV大跨越档距的成功经验和特点以及多年从事设计、施工的经验，简略的思考了这些，至此也是一种设想和思考，但凭借这种设想和思考在山区输配电线路的设计施工中是完全可行的。有待于输配电线路的研究工作者和部门深思和参考。
参考文献：
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