高海拔陡边坡地区架空电力线路环境保护和水土保持措施研究

董松昭门东浩

(中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司,河北 石家庄 050031)

1 概述

近年来,随着青海、西藏等地水电、光伏等自然资源的大力开发,大量电能需要通过超、特高压线路通道向外输送,由于超、特高压线路输送容量大、传输距离远,不可避免经过高海拔、陡边坡、草地林地等生态敏感区域,因此工程在建设、运行等阶段环境保护和水土保持问题引起社会相关部门的广泛关注[1-4]。为了规范电力工程环境保护、水土保持(简称“环水保”)过程管理,实现环水保措施与主体工程同步设计、同时施工、同时投产使用的“三同时”制度,统一环保设施的技术标准,提高其设计水平和施工质量,促进环保措施切实落地,实现“环境友好”的建设目标,使工程顺利通过环保和水保验收,并取得良好的环境效益和社会效益,对于架空输电线路的环水保措施研究是很有必要的[3-4]。

2 架空线路环水保措施分析

2.1 架空线路环保措施

架空输电线路环境保护的主要对象有电磁环境、生态环境和水、大气等环境保护。电磁环境保护措施可通过合理选择导地线及对地距离,在采购和安装导线、均压环和金具时要求减小尖端放电和起电晕现象发生,有效降低电磁环境影响及电晕噪声。生态保护措施主要包括植物、动物、景观、自然保护区保护措施等。在交通较便利的施工段,施工人员可就近租用民房或工屋,生活污水可利用当地的污水处理设施进行处理。交通不便、人烟稀少等区域修建简易旱厕处理施工人员产生的生活污水,防止污水漫排污染周围水体环境。同时,合理确定基础型式,减少土石方开挖量小,减少扬尘,采用洒水器进行洒水降尘。

2.2 架空线路水保措施

架空线路基础型式优先选用掏挖基础、岩石嵌固基础等原状土基础,避免基坑大开挖,充分利用原状土力学性能,提高基础抗拔能力,同时减少地表植被破坏,节省开挖及回填工作量,保护生态环境。铁塔全方位长短腿与不等高基础的配合使用,有效地解决了山地工程常出现的小“簸箕”问题,做到少开或不开基面。在高寒草原区、高寒草甸(或湿地)区,新布设的施工道路应避免车辆与原地面直接接触,在原地面可铺设棕垫,然后在棕垫上铺盖钢板。对施工过程中占用的各类临时用地,在施工结束后,应及时对高寒草甸、山地丛林等植被类型进行恢复,达到接近于周边原生植被的植被盖度,以降低工程对植被造成的不利影响。施工结束后,及时清理施工现场,对施工过程中产生的生活垃圾和废弃物,应集中收集装袋,并在结束施工时带出施工区域,不随意丢弃于施工区域的天然植被中,既造成环境污染,又对植被的正常生长发育产生不良影响。

3 高海拔陡边坡环水保措施研究

3.1 高海拔电磁环境控制新措施

3.1.1 电磁环境限值要求

参考GB 50790—2013《±800 k V 直流架空输电线路设计规范》,结合酒泉-湖南等±800 k V直流架空线路工程的相关研究成果,直流特高压输电线路电磁环境限值标准控制值取值见表1。

表1 电磁环境限值标准

3.1.2 电磁环境限值计算方法

3.1.2.1 合成电场计算方法

合成电场与标称电场的方向相同,幅值不同,即Deutsch假设[1];

首先采用模拟电荷法计算无空间电荷时的标称场强E;然后进行A的求解。

A的求解为

式中:φ1为空间任一点的电位;dφ为沿电力线的积分变量;E为电力线上点的场强值;ρe为导线表面电荷密度。其中电荷密度ρ的求解过程如下

为了求解导线表面电荷密度,首先定义了平均电荷密度

为了计算导线表面电荷密度,采用如下平均电荷密度计算公式

这样对于不同的表面电荷密度,有不同的空间电荷分布,从而有不同的平均电荷密度。这样采用弦截法迭代可计算出满足要求的表面电荷密度,迭代过程如下

式中:第1次迭代时ρe1和ρe2可由下式给出

其中,f1取1.5;f2取3。

利用式(11)、式(12)计算得出ρmi与ρm:ρei是否是ρe的真实值可由下式判断。

若上式成立,可利用本次迭代的ρei计算A值,若不成立,则进一步进行迭代。

3.1.2.2 无线电干扰计算方法

无线电干扰是由电晕放电引起的,直流线路电晕形成的电流脉冲注入导线,并沿导线向注入点两边流动,从而在导线周围产生电磁场。

图1 电晕产生的无线电干扰

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)提出的适用于双极直流线路晴天无线电干扰(平均值)计算如下所示。

式中:gmax为导线表面最大场强,k V/cm;r为分裂导线半径,cm;n为导线分裂数;D为正极性导线与计算点之间的距离;ΔE W为气象修正项;ΔE f干扰频率修正项。

3.1.2.3 可听噪声计算方法

文中采用美国电力科学研究院(EPRI)推荐公式来计算直流线路可听噪声

式中:gmax为导线表面最大场强,k V/cm;d为子导线直径,cm;D为正极性导线与计算点间距离,m;n为导线分裂数;K n与分裂根数有关,当n≥3时,K n=0。

3.1.3 适当选择导线分裂数与对地距离措施

以±800 k V 直流线路工程为例,导线采用8×1 250 mm2截面导线,通过调整对地距离和极间距离,分析对地距离和极间距离对电磁环境的影响。

固定极间距为22 m,对地高度从18 m 调整至22 m 时,电磁环境计算如表2所示。

表2 对地距离对电磁环境的影响

由此可得,随着对地高度的增加,合成场强衰减很快,对地距离从18 m 升高到22 m,合成场强可衰减25%。但是随着对地距离增加,可听噪声和无线电干扰衰减较小。

固定对地距离为20 m,极间距从16 m 调整至24 m 时,电磁环境计算如表3所示。

表3 极间距对电磁环境的影响

由此可知,随着极间距的增加,合成电场略有增加,但是可听噪声和无线电干扰,衰减较快,极间距从16 m 增加至24 m,无线电干扰衰减约7%,可听噪声衰减约16.5%。

因此,在高海拔地区,为了减少电磁环境的影响,综合考虑经济技术指标,选择适当的对地距离和极间距组合,宜可改善电磁环境,满足限值要求。在高海拔地区,还可通过适当的选取导线型号、分裂数以及相应的对地高度综合确定电力线路设计方案,以平衡投资和环保之间的关系,做到工程与自然环境的和谐统一。

3.2 陡边坡地区水土保持措施

陡边坡的铁塔基础可采用集边坡加固和植被防护和环境美化与一体的复合防护技术。该技术主要包括浆砌骨架植草和三维土工网植被护坡,该项技术不仅可以起到稳固坡体上的土体,还可以通过植被的恢复,美化环境,真正做到环境和工程的和谐统一。

3.2.1 浆砌骨架植草技术

浆砌骨架植草护坡是指用浆砌片石在坡面形成框架,在框架里铺填种植土,然后铺草皮、喷播草种的一种边坡防护措施。这一方法实际上是一种纯结构护坡和植被护坡的结合方法。常用骨架形状有方格、拱形、人字形等。适用于各种地区和土质边坡强风化的岩石边坡也可采用。常用坡率为1∶1.0～1∶1.2。块石骨架断面一般为400～500 mm,埋入土中300 mm。

3.2.2 三维土工网植被护坡技术

三维植被网是以活性植物并结合土工合成材料等工程材料,在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统。三维植被网的底层为一个高模量基础层,采用双向拉伸技术,强度高,可以防止植被网变形,并能有效防止水土流失。三维植被网的初始功能是有利于植被生长。随着植被的形成,其主要功能是帮助草根系统增强其抵抗自然水土流失的能力。通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的,经过生态护坡技术处理,可在坡面形成茂密的植被覆盖,在表土层形成盘根错节的根系,有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀,增加土体的抗剪强度,减小孔隙水压力和土体自重力,从而提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

综上所述,山区陡边坡铁塔基础边坡治理可采用生态植被护坡技术,该项技术不仅显著提高了边坡的整体和局部稳定性,而且还有利于边坡植被的生长,同时工程造价也较低,符合边坡工程的发展方向,对电力架空线路工程水土保持中具有重要指导意义。

4 结束语

分析了架空电力线路的环境保护、水土保持的常规措施和方法,重点提出了高海拔地区可通过适当的选取导线对地距离和极间距适当组合进而控制架空输电线路的电磁环境指标,在陡边坡地区可采用生态植被护坡技术保证塔基稳定、防止水土流失。