水電站工程設(shè)計(jì)管理

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摘要：對紅葉二級水電站220kV送出工程建設(shè)規(guī)模、設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并借鑒其它送電線路設(shè)計(jì)和施工的成功經(jīng)驗(yàn)，對大山區(qū)陡坡地帶的塔基提出了一些處理措施。

關(guān)鍵詞：輸配電系統(tǒng)；分裂導(dǎo)線；塔基穩(wěn)定；紅葉二級水電站

1概述

紅葉二級水電站送出工程電壓等級為220kV，單回路架設(shè)，一根地線采用復(fù)合光纜（OPGW）。送出工程由以下三段構(gòu)成：

（1）紅葉二級水電站～汶川約52km，采用雙分裂導(dǎo)線，標(biāo)稱截面為2×400mm2；

（2）汶川～茂縣約43km，采用單導(dǎo)線，標(biāo)稱截面為400mm2；

（3）茂縣～永興變段約110km，采用雙分裂導(dǎo)線，標(biāo)稱截面為2×400mm2。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)見1。

由于系統(tǒng)規(guī)劃中的汶川變及茂縣開關(guān)站均未建設(shè)，現(xiàn)階段將上述三條線路臨時(shí)搭接成為一條線路，總長度達(dá)205km，共使用鐵塔456基。待汶川變及茂縣開關(guān)站建成后，線路再分別“π”接進(jìn)兩站（圖1中虛線即為“π”接部分）。線路沿線經(jīng)過四川省阿壩州的理縣、汶川縣、茂縣以及綿陽市的北川縣、安縣、涪城區(qū)和高新區(qū)。

對采用2×400mm2導(dǎo)線以及地線采用LPGW的單回路220kV線路，在四川尚屬首條，全國同類型的線路也不多見，加之沿線主要為高山峻嶺，地形起伏較大，海拔高，大深溝隨處可見，沿線地質(zhì)條件非常復(fù)雜，氣象條件多變。對2×400mm2雙分裂導(dǎo)線部分的鐵塔需全部新設(shè)計(jì)，而可作參考的其它同類型的送電線路資料較少，使設(shè)計(jì)具有較大的難度。

2路徑選擇及邊坡穩(wěn)定處理

解決塔位穩(wěn)定成為本工程最為困難的問題，從電站出線至安縣段基本為高山峻嶺地形，尤其是電站～茂縣段約100km，線路沿雜谷腦河右岸和在岷江兩岸交叉走線，地貌形態(tài)以構(gòu)造侵蝕高中的河谷地形為主，兩岸地形呈典型的“V”字形態(tài)，山坡陡峭險(xiǎn)峻，邊坡在20°～45°，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁，地震活動(dòng)強(qiáng)烈，重力卸荷現(xiàn)象普遍，滑坡、巖崩、巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，巖層在構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生擠壓、褶曲并產(chǎn)生倒轉(zhuǎn)，巖體破碎，完整性差，并有無法避讓的大型覆蓋層滑坡體。個(gè)別塔位位于45°斜坡或半坡的“刀背梁”上，路徑的選擇主要集中在選擇安全塔位上，有的地段連選擇塔位的路徑都顯困難。電廠至汶川段緊鄰本線路的甘百110kV線路，就因地質(zhì)原因而進(jìn)行了大量的設(shè)計(jì)變更。為使線路有相對安全的塔位，路徑越走越高，最高的塔位距處于河谷的公路相對高差達(dá)1200m，勘測設(shè)計(jì)人員為此付出了艱巨的勞動(dòng)。

因鐵塔根開不大和土層松散，采用全方位不等高腿也難實(shí)施，設(shè)計(jì)中主要采用高低基礎(chǔ)與保坎護(hù)坡相結(jié)合，盡可能減少對原始地貌的破壞，并嚴(yán)格規(guī)定施工棄土堆放位置，避免因棄土跨塌引起塔基下側(cè)淺層滑坡。護(hù)坡保坎的穩(wěn)定直接決定塔基的安全性，本工程中個(gè)別塔位保坎高達(dá)6m，為此設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格的施工要求和處理措施。線路所經(jīng)地段雨季明顯，雨水集中，雨量大，排水措施是否合理將對塔基穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用。在現(xiàn)場定位過程中，設(shè)計(jì)人員針對塔位地形情況，充分考慮了塔基周邊排水系統(tǒng)的設(shè)置，并對接地溝槽開挖布置方向也作了明確要求，避免接地溝槽形成匯水溝沖刷塔基。對個(gè)別塔位采取在保坎外側(cè)局部（2～4m）用素混凝土封面，以有效保護(hù)塔基下側(cè)坡面不被沖刷而垮塌。對因降基面形成的裸露坡面則補(bǔ)種草籽，形成植被，能起到很好的固土作用。

3覆冰厚度確定

線路設(shè)計(jì)中最大設(shè)計(jì)冰厚的確定是保證線路安全運(yùn)行的關(guān)鍵之一，合理的冰區(qū)劃分對線路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。因線路走廊附近無觀冰站，沒有可靠的覆冰資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)，因此合理確定本線路的設(shè)計(jì)覆冰厚度是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。雖然天氣條件是一種在較大范圍內(nèi)變化的氣候因素，但從沿線各縣市氣象臺(tái)站的記錄資料中，仍能反映該地區(qū)凝凍天氣出現(xiàn)的基本規(guī)律。再通過對沿線已運(yùn)行的其它電力線路和通信線路覆冰情況和風(fēng)害的調(diào)查了解，對線路經(jīng)過點(diǎn)的居民的大量調(diào)查訪

問，根據(jù)他們對歷年下雪、結(jié)冰、刮大風(fēng)等情況的回憶、描述以及植被生長情況，基本可判斷出該地區(qū)覆冰情況、冰凌性質(zhì)、凍結(jié)高度等，經(jīng)綜合論證和計(jì)算，確定出本線路設(shè)計(jì)覆冰厚度。線路所經(jīng)地海拔高程雖較高（最高為2400m），但地處阿壩州境內(nèi)，氣候常年干燥，不易形成覆冰條件，僅在茂縣土地嶺段約4km覆冰相對嚴(yán)重。全線設(shè)計(jì)覆冰取值見表1。

在施工圖設(shè)計(jì)的外業(yè)終勘階段，對沿線作了進(jìn)一步調(diào)查訪問，并注意對個(gè)別易形成嚴(yán)重微氣象條件地形的調(diào)查，在設(shè)計(jì)中采取了加強(qiáng)措施。

4分裂導(dǎo)線排列方式

雙分裂導(dǎo)線排列方式目前有垂直排列、水平排列和斜排列三種形式。垂直排列方式檔內(nèi)子導(dǎo)線間無需加裝間隔棒，金具結(jié)構(gòu)簡單，便于施工。我公司設(shè)計(jì)的寶株寺～龍王變220kV線路Ⅰ回及Ⅱ回、平春變～石羊變220kV線路均為2×300mm2導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線采用垂直排列方式，有成功的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此本工程輕冰區(qū)分裂導(dǎo)線采用垂直排列方式，子導(dǎo)線間距為400mm。對20mm冰區(qū)，如仍采用垂直排列方式，子導(dǎo)線不均勻脫冰時(shí)將互相碰撞，影響線路安全運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)為不加裝間隔棒的斜排列方式。在貴州省境內(nèi)，已有多條2×240mm2導(dǎo)線的220kV線路在重冰區(qū)采用斜排列方式，有成功的經(jīng)驗(yàn)可資借鑒。對出線檔和進(jìn)線檔，為方便引下線，則采用水平排列方式，并加裝間隔棒。

5鐵塔與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

工程中2×400mm2雙分裂導(dǎo)線長度為162km，包含有20mm、10mm、5mm冰區(qū)，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速有30m／s和25m／s，最大使用檔距達(dá)1281m，平均使用檔距約為450m，共計(jì)新設(shè)計(jì)13種塔型。為滿足OPGW熱穩(wěn)定要求，另一根地線截面較普通同類220kV線路有所增加，并考慮OPGW接頭及預(yù)長支架掛點(diǎn)，預(yù)留OPGW接地眼孔，使鐵塔地線支架的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。為了節(jié)約線路走廊，減少通道內(nèi)的林木砍伐和房屋拆遷，經(jīng)比較、論證、優(yōu)化后，采用了導(dǎo)線呈三角形排列（重冰區(qū)段采用水平排列）的鐵塔，直線塔為貓頭型，承力塔為羊角型和干字型。干字型承力塔主要用于水平檔距大于1000m、垂直檔距大于1300m的承力塔位。在設(shè)計(jì)過程中力求使鐵塔的外形美觀、結(jié)構(gòu)布置合理、傳力清晰、材料耗量經(jīng)濟(jì)，呼稱高級差合適。直線塔最大呼稱高42m，承力塔最大呼稱高27m。對全線大量使用的直線塔ZM712在電科院作了真形破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)一次性通過，經(jīng)專家組鑒定認(rèn)為，該塔設(shè)計(jì)安全、合理，可用于本工程。鐵塔與基礎(chǔ)連接采用底腳螺栓。

根據(jù)本線路的地形、地質(zhì)情況，結(jié)合使用鐵塔的基礎(chǔ)外荷載，經(jīng)綜合比較，全線鐵塔基礎(chǔ)以現(xiàn)澆鋼筋混凝土立柱式基礎(chǔ)為主。直線塔因基礎(chǔ)外荷載較小而采用直柱式基礎(chǔ)，承力塔因基礎(chǔ)外荷載較大而采用斜柱式基礎(chǔ)。現(xiàn)澆鋼筋混凝土斜柱式基礎(chǔ)的特點(diǎn)是立柱與鐵塔主材坡度一致，從而減小了基礎(chǔ)水平方向的作用力，使基礎(chǔ)立柱、底板的受力狀況得到較大改善，基礎(chǔ)的材料耗量降低，經(jīng)濟(jì)效益較明顯。另外，少數(shù)塔位還采用了連梁基礎(chǔ)和剛性臺(tái)階基礎(chǔ)。前者用于地形及地質(zhì)都較差的塔位，后者用于地形受限和基坑流砂嚴(yán)重的塔位。

6結(jié)束語

目前工程施工已接近完成，僅有部分架線施工還在進(jìn)行。經(jīng)施工過程檢驗(yàn)，鐵塔設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、塔基處理措施等比較合理，但還需通過運(yùn)行過程來驗(yàn)證。待運(yùn)行后的設(shè)計(jì)回訪，再進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以不斷提高大山區(qū)線路的設(shè)計(jì)水平。