高压输电线路工程绿色设计研究

国网江苏电力设计咨询有限公司徐州勘测设计分公司 李烁然

目前，在经济社会不断发展的大浪潮下，消费升级、产业迭代、供给侧改革等逐渐增强市场对电力的需求，用电规模持续扩大、用电结构更加庞大、电力供给与居民日益增长的需求矛盾进一步突出。在高压电力工程领域，全面推行绿色设计理念，在保证技术创新性和经济节能性的前提下，尽量降低对环境的不利影响，使电力发展朝着合理利用资源、保护自然环境的方向发展。总之，绿色设计既要采用领先的技术手段达到节能降耗，减少对环境的负面影响，也要选择合适的材料和作业工艺，使杆塔、导地线等设施设备能够最大限度地循环利用，实现经济效益合理化[1]。

1 项目简介

本项目线路为上海某110kV 变电站，线路全长33000m，其中，架空线路长30000m，双回电缆线路相对较短，长200m，单回架空线路长3500m。杆塔选择角钢塔，合计新建一百三十三基。导线采用OPGW 光缆，沿线地形基本上均为平原，交通状况较佳。

2 高压线路绿色设计原则

高压输电线路作为电力网络的主要组成部分，其设计效果直接关系到整个电力网络能否安全可靠工作。因此，对高压线路绿色设计时应按照以下相关的原则。

2.1 整体性设计原则

从线路建设全过程的角度出发，将绿色设计理念渗透到高压线路设计的细枝末节，综合衡量技术层面、利润效益及生态影响等方面，为电网低碳平稳运行保驾护航。

2.2 性价比最优设计原则

在充分调研同行业的基础上，引入先进技术，升级管理手段，优化铁塔等电力设施设备的设计，选取物美价廉的材料，在确保产品性能的前提下力求经济达到最优。

2.3 资源充分利用及环境优化的设计原则

高效利用资源，提高资源的利用率，尽量就地取材，积极推动资源循环利用[2]。降低对资源的过度依赖，减少对环境的污染，尽可能做到低碳减排。

3 输电线路绿色设计研究方案

3.1 合理选择线路路径

在实际用电工况中，随着居民生活水平的提高，电力需求扩大，高压输电线路电缆已经不能满足日益增长的电力负载要求。而输电线路的路径作为输电线路设计工作中的关键部分，其设计质量直接影响到电网能否正常供电，与工业生产和人民生活息息相关。

所以，合理选择线路路径是高压输电线路绿色设计研究必须面对的问题。在方案设计阶段，高压输电线路充分避开闹市区、旅游景点区以及南水北调工程附近等，最大限度减少项目对环境的污染。在项目设计阶段与相关单位充分协商沟通，躲避城镇土地规划的有关范围[3]。本项目工程的设计如图1所示。

图1 项目工程的设计简化图

方案A：总输电距离较大，拐角数目较多，整体花费高，优势是紧邻公路，施工过程中不需要额外搭建交通通道，可借助公路通行，方便工作开展。

方案B：总输电距离较小，拐角数目较少，整体花费低，但输电线路沿线经过新能源太阳能发电区域，会对光伏发电造成一定影响。

方案C: 总输电距离与方案A 相同，拐角数目较多，且线路沿线不仅存在居民区，还有海拔较低的水渠，施工难度可想而知，各设计路径花费情况见表1。

表1 各设计路径花费情况（万元）

综合以上因素，最终商定选择方案A，在满足输电线路使用要求的条件下，最大程度降低花费，尽可能地降低对生态环境的破坏。

3.2 重视杆塔位置选择

在高压电网输电线路走向确定后，就需要对线路的每一步进行细化。设计人员要始终秉承绿色低碳、节能减排的设计思想，科学确定杆塔的建设位置。在对线网周边环境充分调查基础上随机应变、量体裁衣，针对有大区域森林的情况，选取架空高跨的方式，针对零星的林木，尽力降低砍伐数量。此外，考虑到交通便利性，杆塔选址优先布置在路边或离公路较近处，以便方便物料进场、人员施工，降低临时道路的搭建，最大限度降低对土地的不利影响[4]。

如图2所示，本项目在高压线网设计时，遇到大范围的森林区域后，应适当加高角钢塔的高度，使高压线网的下导线与树木之间保持在安全的距离，同时，杆塔接地设备安装原则上方向应该朝向远离自建住房方向，且不得靠近地下输水系统，防止接地设备损坏对输水系统造成影响。此外，为了避开有机蔬菜基地等种植区，输电线路加装转角塔A37、A39，如图3所示，其中虚线为方案1确定的输电线路路径。节约了输电线路走廊的占地空间，一定程度上避免了周围房屋的搬迁和树木的砍伐。输电线路跨越其他高压输电线路时，在符合安全要求的前提下，选择高度较矮的双回塔钻越[5]。

图2 有树林的高压线网设计

图3 有种植区的高压线网设计

3.3 线缆设计

作为高压输电的电缆，其导电率以及强度质量一定要达标。目前常规的导线见表2，导线1铜芯铝绞线较为常用，价格为每吨2.2万元，导线2钢芯高导电率铝绞线价格为每吨2.23万元，较导线1每吨贵了300元，差额较低可忽略，价格较高的是导线3铝合金芯铝绞线，价格为2.46万元，费用约为前面两者的12%，但根据使用经验和历史电能数据，导线1和导线2虽然初期成本花费稍微低点，但随着使用时间的增加，耗电量明显上升，线损问题非常严重，而导线3虽然前期投资成本偏高，但随着使用次数的增加，其线损情况整体偏小，节能性进一步突出，可以考虑采用此导线进行高压输电。

表2 输电线缆价格对比（万元）

3.4 数字化设计

3.4.1 BIM 三维场景构建

BIM 技术的突出特点之一即三维可视化，同时也是其应用于高压线路绿色数字化设计的基础。该优势能够使设计人员对项目设计的每个环节进行整体管控，实现高压输电线路的可视化及数字化管理，从源头上把控高压输电线路的建设周期、成本及建设质量。采用BIM 技术进行高压输电线路的三维可视化设计，相比之前的设计模式，更能直观明了地表达设计者的意图，全面展示输电线路的细节信息，同时场景仿真，生成周边的房屋建筑、交通要道、林木山地等物体，提高设计质量，如图4所示，可充分利用三维可视化图形对进行建筑物拆迁、森林砍伐等工程量进行提前谋划，极大地方便了高压线路后期施工过程的管控，提高了工作效率，缩短建设周期。

图4 三维可视化场景

3.4.2 基于BIM 的输电路径冲突检查

在高压输电线路工程设计过程中，各模块间不可避免会出现干涉冲突现象，设计阶段需要提前做好各模块间的协调发展，而BIM 技术具有可协调的优势，在工程设计中，应用BIM 技术可以提供可靠高效的沟通交流平台，以便工作人员可以更好地发现冲突问题，及时干预解决，避开政府规划区、人口密集区等，一方面，避免后期高压输电线路工程建设时出现问题，返工重建，降低项目潜在风险，间接节省建设成本；另一方面，合理调配资源，避免资源浪费，进一步提高工作效率和工程质量。

与传统的高压输电线路设计方法相比，采用BIM 进行输电线路冲突检查优势明显。第一，在高压输电线路设计中，BIM 技术可以多方位、多维度展示高压输电线路模型，方便设计人员在选择输电路径时进行全面的检查，防止冲突矛盾的情况，一旦发现异常，方便设计人员及时进行调整，不用实际建设出来进行问题查找，节省了人力、物力，提高了设计效果。第二，可以按照使用需求在任一设计位置选择生成目标设计样图，方便工作人员对输电线路的整体理解。第三，利用该技术可以清晰地观看各输电塔杆的高度及空间分布情况，轻松挖掘二维平面图纸中隐藏的空间问题，进一步避免冲突干涉现象产生。

总之，基于BIM 技术对高压输电线路进行设计时必须精准、可靠，因为其设计质量直接影响到后续输电线路工程施工的各个环节，关系到整个工程的建设质量，因此，在应用BIM 技术进行高压输电线路设计的过程中，不仅应注意输入参数的准确性，还要考虑到各模块的兼容度和协调性，以便取得更好的设计效果。

此外，在高压输电线路设计过程中，也要加大管理上的力度，首先，需加强设计研究人员的教育和培训工作，有条件的情况下派出专业技术人员去发达国家的电力行业进行学习，参考其绿色设计工作方式，以“科学高效、节能降耗、降低环境影响”为问题导向，并结合自身高压输电线路建设的实际工作情况对其进行科学合理地改进设计。其次，建立奖惩机制，提高员工积极性。将员工的奖金与员工日常考核相挂钩，对于主动提出的合理化建议如切实提高了经济效益、降低了环境影响，可以申请加分等，由此可以激励员工以更加积极的态度来面对设计研究工作，将助力于电网的安全、节能、绿色可靠运行。最后，每个月组织各方就高压输电线路设计工作进行总结复盘，对当月的工作进行分析讨论，找出不足，讨论棘手难题，给出解决方案，交流心得体会，分享先进经验，并对下一步的研究工作指明发展方向。

伴随社会发展，高压输电线路工程结构越来越庞大复杂，做好其设计质量十分必要，本文以110kV 高压输电线路工程为例，对其输电线路绿色设计研究，包括合理选择线路路径、重视杆塔位置选择、输电线缆设计、BIM 三维场景构建以及基于BIM 的输电路径冲突检查等内容，在提高电网的经济效益的同时也保障居民的供电质量，实现供电部门经济效益与服务质量的双赢。