输电线路“两大两微”排查及技术方案研究

池金明

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

输电线路工程距离长，沿线地形地貌及气候环境差异大。由于微地形引起的局地小气候对输电线路工程设计风速和覆冰的影响显著，尤其是沿线所经高山大岭段的气象条件极其复杂。为提高线路工程安全性和经济性，针对存在的微地形、微气象区（简称“两微”）进行专门的论证和分析，从而确定合理的设计气象条件。针对存在的大档距、大高差区（简称“两大”）进行专门的论证和分析，从而提出可行的工程措施。

本文依托±800 kV 白浙线（浙江段）工程，从线路覆冰复核、“两大“及“两微”区段排查、地线系统校验4 个方面，结合线路沿线地形地貌、气候特点等综合分析输电线路工程 “两微”排查及加强方案，提出合适的差异化工程措施。

1 工程概况

±800 kV 白浙线（浙江段）起自浙江省宣城市宁国市与湖州市安吉县县界（皖浙省界），止于浙江省临平区浙北换流站，线路长度为113.943 km，其中与接地极共塔架设88.778 km。线路途经浙江省湖州市、杭州市，海拔高程在0～750 m。沿线地形占比为：平地2.2%，河网泥沼24.3%，一般山地60.8%，高山大岭12.7%。设计基本风速为27、30 m/s，设计覆冰厚度为10、15、20 mm（重），最低气温-20 ℃。

2 气象条件

2.1 线路沿线区域电网覆冰灾害故障情况

从年际变化上可知，浙江省内2019 年发生了较为严重的区域性覆冰故障，2020—2022 年覆冰量级相对不大，区域未发生因覆冰而产生的故障。湖州、杭州区域内500 kV 及以上线路覆冰故障点位置分布见图1，500 kV 安仁、安和线某塔受损情况照片见图2。从覆冰故障点的覆冰调查和实测覆冰资料分析：区域海拔高度618～720 m 海拔区间范围内的导线覆冰标准冰厚区间在18.1～23.0 mm 区间，该海拔区段内邻近线路多按照20 mm 重冰设计。

图1 湖州、杭州区域内500 kV 及以上线路覆冰故障点位置分布图

图2 500 kV 安仁、安和线某塔受损情况照片

白浙线设计冰厚确定过程充分吸取了邻近线路设计及运行经验，与邻近线路设计及改造情况相吻合。

2.2 线路设计冰厚取值与冰区图的对比情况

根据 《国网浙江省电力有限公司关于印发浙江电网2019版冰区舞动区分布图及冰区图使用导则的通知》（浙电设备〔2020〕117 号）文件，线路所处的浙江中北部地区冰区划分如表1。

表1 浙江省100 a 一遇设计冰厚划分（中北部）

线路逐杆塔设计冰厚取值与冰区图对比，表2 列举不在冰区图范围内的差异塔位。

表2 差异塔位杆塔设计冰厚取值与冰区图对比情况表

杆塔设计冰厚取值差异原因如下：

（1）在安吉、德清山区段的不在冰区分布图取值范围内的零星杆塔，多为冰区分界塔：如J3+1 为10 mm 与15 mm 的冰区分界塔；J11+2 为20 mm 与15 mm 的冰区分界塔；或为避免冰区过于零碎归并考虑的原因。

（2）本线路平地段设计冰厚取值为10 mm，而冰区图的取值为0～5 mm，设计冰厚成果不在冰区图范围内。设计时主要取值依据有2 个：①参考浙江中北部海拔较低的城区气象站如金华站（观测场海拔高度62.6 m），实测电线积冰折算为标准冰厚值为5.1 mm；②邻近与本拟建工程同处于湖州东部平原的向上、锦苏特高压100 a 一遇设计冰厚取值均为10 mm，投运多年运行良好。

（3）除了上述情况，其他杆塔设计冰厚取值均在冰区图取值范围内，本线路杆塔设计冰厚取值综合了区域覆冰调查计算成果、区域覆冰观测成果、邻近相似海拔相似地形条件的已建线路设计情况、运行情况和改造情况等。

3 “两微”地区调查

覆冰地形分析应将覆冰气候背景与线路通道大地形位置、线路与山脉（岭）走向关系相结合，判断区域覆冰期的主导风向，确定迎风坡和背风坡及其覆冰分布情况。判断风口、连续山岭、独立山体、山麓、山腰、山顶、河谷、山间平坝、山间盆地、大型水体附近等地形的覆冰空间分布差异，结合微地形微气象区的特征，划定可能存在微地形、微气象影响的重点区段（图3）。

图3 线路沿线典型微地形微气象分类示意图

±800 kV 白浙线（浙江段）沿线附近5 km 范围内的微地形微气象点主要有老石坎水库（图4）。库区处于线路北向，线路于冷空气来向水汽充足，冷空气来向河谷盆地及丘陵地带的海拔高度在10～300 m。J9～Z16 段塔位处于山脊线走线，海拔高度在700～730 m，当风开阔，存在易形成严重覆冰的地形条件，涉及塔位已按20 mm 重冰设计，并按照30 mm 覆冰进行了抗冰验算。

图4 线路沿线附近5 km 范围内的大型水体分布图

4 “两大”区段排查

根据脱冰时悬垂塔地线不平衡张力达到规程允许值时的档距，作为“大档距”定义的判据选取5 档的耐张段，按前3 档100%覆冰、后2 档20%或0%覆冰考虑，对不同冰区的地线不平衡张力进行计算，计算结果如表3 所示。

表3 不同冰区脱冰时的不平衡张力计算

由表3 可知：10 mm 冰区在800 m 以上时、15 mm 冰区在600 m 以上超过设计规程限值 ［100%（一侧）/20%（另侧）］，20 mm 冰区档距约500 m 时超过设计规程限值［100%（一侧）/0%（另侧）］。

大高差时，会造成地线悬垂角过大的情况，从而导致导地线损坏。参照本工程采用的导线型号，在最大使用张力安全系数为2.5 时，计算不同档距下导线允许的最大高差与档距比值，见图5。

图5 不同档距下高差与档距比值

通过对不同冰区脱冰时的不平衡张力、高差计算，初步确定大档距按10 mm 冰区≥800 m、15 mm 冰区≥700 m、20 mm冰区≥500 m；大高差按高差与档距比值≥20%考虑。经复核，本线路涉及“两大”共45 档、76 基塔。

5 地线系统抗冰能力复核

在线路覆冰复核和“两微”排查工作基础上，对地线系统进行了校验，主要包括导地线间隙校验、杆塔强度校验、地线双悬垂线夹校验、单预绞式耐张线夹校验共4 方面。其中，导地线间隙和杆塔强度的校验主要针对“两大两微”区段开展，悬垂线夹、耐张线夹等地线金具进行全线校验。

5.1 导地线间隙

针对“两大”“两微”地区进行计算校核，“两大”地区地线在导线基础上+5 mm 校核，两微地区地线在导线基础上+10 mm校核。校验方式为计算静态、动态脱冰跳跃的导地线间隙。动态考虑覆冰风速的影响，按工作电压下的间隙控制。

本线路无两微地区，“两大”涉及45 档，根据地线增加5 mm覆冰情况复核导地线间隙。经校核，本线路光缆加5 mm 覆冰导地线间隙静态接近、脱冰跳跃均满足工作电压下的间隙要求。

5.2 杆塔强度校验

在常规设计中，地线增加覆冰5 mm 或10 mm 主要针对覆冰工况而言，不均匀覆冰工况和断线工况仍采用设计最大使用张力。根据以往发生故障工程的情况，一侧超过设计冰厚、一侧100%脱冰是造成地线架弯折的主要原因。因此，在已发生超过设计冰厚的“两微”“两大”区域增加地线覆冰值，并考虑地线覆冰厚度增加值对不平衡张力和断线张力的影响，可减少因地线冰载不均匀过负荷造成杆塔损坏的情况。

“两微”区段按地线比导线增加10 mm 覆冰校验，“两大”区段按地线比导线增加5 mm 覆冰校验。校验方式：对于不均匀覆冰工况，应同时考虑覆冰厚度对垂直荷载、水平荷载和不平衡张力的影响；对于覆冰断线工况，仅考虑地线冰厚增加对垂直荷载和水平荷载的影响；杆塔地线支架结构强度校验的荷载效应设计值按荷载基本组合，不均匀覆冰和断线工况的可变荷载调整系数均取0.9，结构重要性系数取1.1。

本线路“两大”涉及铁塔76 基，经复核验算，杆件无需加强。

5.3 地线双悬垂线夹校验

“两微”区段地线覆冰比导线增加10 mm 计算地线和光缆的双悬垂线夹出口角及套壳强度安全系数；一般地区及 “两大”区段按地线覆冰比导线增加5 mm 计算地线和光缆的双悬垂线夹出口角及套壳强度安全系数。

对于锻造的光缆套壳，考虑三角联板转动、但不考虑悬垂线夹自适应旋转，当含光缆线夹出口角超过套壳出口角时：①若套壳安全系数＞1.5，则不更换地线金具；②若套壳安全系数＜1.5，当两侧悬垂角都为正值且未超过原设计原则规定的地线开断为耐张的角度时改为悬垂耐张串；当任意一侧悬垂角出现负值或超过原设计原则规定的开断为耐张的角度时改为耐张串，并修改地线支架。对于铸造的光缆套壳，考虑旋转情况下，光缆悬垂角是否超过喇叭口角-2°，对于不满足要求的改为锻造工艺的大喇叭口角悬垂线夹。

本线路光缆悬垂线夹套壳喇叭口角均为19°。一般地区光缆覆冰+5 mm，考虑旋转情况下，光缆悬垂角没有超17°。“两大”地区光缆覆冰+5 mm，考虑旋转情况下，光缆悬垂角有7 基14 串超17°，不涉及“两微”地区。对单侧光缆悬垂角超过17°的塔位，计算套壳强度，考虑旋转情况下，套壳安全系数有3 基6 串＜1.5。

5.4 单预绞式耐张线夹校验

本线路浙江段20 mm 重冰区光缆全部改为双预绞式耐张线夹，20 mm 中及以下冰区校验：按照地线覆冰比导线+5 mm和+10 mm 两种情况进行计算。

“两大” 及一般地区按地线覆冰比导线+5 mm 考虑，“两微”地区按地线覆冰比导线+10 mm 考虑。对于悬点应力与水平应力比值超过1.1 的单预绞式光缆耐张串，建议改为双预绞式光缆耐张串。

本线路20 mm 以下冰区光缆增加5 mm 覆冰时，“两大”区段有3 基塔光缆耐张线夹处悬点应力大于相应过载工况水平应力的1.1 倍。

6 改造措施建议及费用估算

本线路涉及2 项改造：①本线路光缆悬垂角超19°且安全系数＜1.5 涉及Z14、Z15、Z71G 共3 基，建议将光缆悬垂串改为双预绞式耐张串并对地线支架进行改造；②20 mm 重冰区光缆全部改为双预绞式耐张串，本线路涉及重冰区14 基56 串更换双预绞式耐张串；针对20 mm 中及以下冰区以悬点应力与弧垂最低点应力比＞1.1 为判定条件，涉及3 基6 串更换双预绞式耐张串。

这2 项改造涉及工程量见表4，工程静态投资15.78 万元。

表4 “两大两微”改造工程量

7 结语

线路工程沿线地形地貌及气候环境差异大，由于微地形引起的局地小气候对线路工程设计风速和覆冰的影响显著。为提高本线路工程安全性和经济性，针对存在的微地形、微气象区进行专门的论证和分析，从而确定合理的设计气象条件，提出可行的工程措施。本文依托±800 kV 白浙线（浙江段）工程，从线路覆冰复核、“两大”和“两微”区段排查、地线系统校验等4 个方面探讨分析，并提出了差异化的工程措施。