输电线路总体设计方案优化探讨

吕建国，白俊平，郭青

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原030001）

输电线路总体设计方案优化探讨

吕建国，白俊平，郭青

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西太原030001）

介绍了以全寿命费用成本最小为优化目标的输电线路总体设计方案，针对工程特点，从路径选择优化、导线增容节能、地线运行方式、铁塔型式优化、基础创新及优化等方面进行论述分析，贯彻全寿命周期管理理念，达到建设安全可靠、先进适用、经济合理、资源节约、环境友好的输电线路。

设计方案；全寿命周期；输电线路

引言

输电线路工程建设，按费用的发生划分为“规划设计、施工安装、运行维护、报废回收”4个阶段。输电线路工程建设不是片面地要求控制单个环节投资最省，而是综合考虑建设成本与运行维护成本，合理确定整个输电工程的可靠度，加强技术集成和统筹优化，进行多方案综合比选和优化。

输电线路总体建设方案采用全寿命周期管理是一种趋势，需在设计规划阶段中优化投资成本、电能损耗、运行维护费等各项因素的影响，减小全寿命周期费用，提高线路稳定运行水平，实现电网安全化的要求，使得投资者获得最大的收益。

本文以南方某地实际工程情况，从路径选择优化、导线增容节能、地线运行方式、铁塔型式优化、基础创新及优化等方面对工程总体建设方案进行论述分析，提出推荐方案。

1 全寿命周期管理内涵

从追求全寿命周期费用最经济的立场出发，是要从寿命周期费用和系统效率的关系进行研究，同时将建设成本和运行成本、报废成本进行权衡，寿命周期费用评价是其实现的研究方法。

对于输电建设项目而言，系统效率=输送能力×可利用率×运行的可靠性。

影响项目投资最大的阶段，是占工程项目建设周期1/4的技术设计前的工作阶段。控制工程造价的关键在于投资决策和设计阶段。一般而言，设计方案的高可靠性、安全性和高标准，必然带来高造价，随之带来的应是运营的低成本；反之，则将会使运营成本提高。由于各项成本费用均需考虑资金的时间价值，因此，适宜的设计方案将会使工程建设费用最省、效益最大。

2 总体设计方案

2.1 工程概况

本工程线路长度为42.5 km，2.0 km利用已建双回线路，40.5 km为单回线路，其中32.0 km利用原有线路走廊，8.5 km为新建线路走廊。

地形比例划分山区20%，丘陵60%，泥沼20%。沿线平丘交通运输便利，山区较差。海拔高度在50～400 m之间。

沿线分布有石膏矿、采石场、居民区密集区，路径走廊紧张。

本工程单位静态投资136.52万元/km，建设期1年，由于建设期时间短，不考虑资金时间价值因素，运行期维护考虑30年，残值率为3%。本次分析不考虑大修成本。本线路最大利用小时数5 000 h，电网电价0.45元/（kW·h）。

2.2 路径选择优化

本工程利用动态卫星地图平台，结合现场勘查，进行局部路径优化调整，在满足地形地貌、走廊宽度基本要求下，使路径走向安全可靠，对原路径下居民生活区进行避让，进一步优化交叉跨越方案和塔位分布，改善交通条件，便于运行维护。原有路径年费用指标见表1。

表1 原有路径年费用指标

优化后，线路缩短0.5 km，减少跨越房屋60栋，可减少跨越费用36万元，减少烟花库搬迁1处，可减少搬迁赔偿费用200万元，优化后线路一次性成本投入减少5.6万元/km。由建设期投资折算到运行维护期后，新建线路年费用减少29万元，电能损耗年费用减少8万元，运行维护费用减少4万元，最终年费用减少41万元。

2.3 合理选择导线，减少能耗

导线年费用见图1。

图1 导线年费用（投资回收率12%）

导线年费用计算条件如下：

1）经济使用年限为20、30、40、50年，施工期按2年计，前一年投资为60%，后一年投资为40%；

2）年最大利用小时数5 000 h（对应损耗小时数3 400 h）；

3）设备运行维护费率为1.4%；

4）电力工程回收率按工程投资的8%计；

5）电价按当地实际上网电价0.45计。

计算结果表明：

1）使用年限增大时，年费用减小；投资回收率增大时，年费用增大；

2）导线截面积增大时，导线年费用减小；

3）铝截面相当时，节能导线较普通钢芯铝绞线年费用减小。以2×630 mm2为例，在τ=3 400 h、输送功率300 MW、电价0.45元/（kW·h）计算条件下，钢芯高导铝绞线2×JL4/G1A-630/55年费用减少0.37%、中强度全铝合金绞线2×JLHA3-675年费用减少0.76%，年费用具有优势。

综合考虑各种导线的电气性能、机械性能、经济性能，采用中强度全铝合金绞线2×JLHA3-675。

2.4 铁塔型式优化

对输电线路而言，目前广泛采用的塔型主要有酒杯塔和猫头塔。1）酒杯塔的三相导线呈水平排列，横担长度比猫头塔要长，所占的走廊较宽。2）而猫头塔三相导线呈三角排列，中相导线要高，导致铁塔的负荷增加，塔重要比酒杯塔重3%～8%。

按照上述原则，本着节约资源、保护环境、缩小输电走廊宽度的目的，并结合本工程走廊拥挤的特殊性，综合分析比较杆塔钢材、导线金具、走廊宽度等各项指标后，采用猫头塔、中相V型串的方案。与酒杯塔相比，采用猫头塔使得输电走廊宽度明显缩小；且采用中相V串的挂线方式，使得猫头塔杆塔重量减小至与酒杯塔相当。

2.5 基础选择

根据不同的地质、地形及周边环境，进行基础方案选择，充分利用每个基础的优点，达到安全、经济和环保的目的，对山区岩石段、丘陵粉土段和软弱地基分别优化。

2.5.1 岩石地基

在山区采用的基础型式主要有：岩石锚杆基础、岩石嵌固基础、掏挖基础、人工挖孔桩基础和板式基础等。

岩石地基各种基础型式工程量指标表见下页表2。

由以上分析可知：

1）开挖基础造价高、土方量大，岩石地基一般不考虑板式基础；

表2 岩石地基各种基础型式工程量指标表

2）微风化和中风化岩石地基推荐采用岩石锚杆基础；

3）中风化和强风化岩石地基推荐采用岩石嵌固基础；

4）风化层较厚或强风化的岩石地基，直线塔推荐采用掏挖基础，作用力较大的转角塔推荐采用人工挖孔桩基础。

2.5.2 丘陵粉土段

在丘陵粉土段采用的基础型式主要有：直柱柔性基础、斜柱柔性基础、掏挖基础、人工挖孔桩基础。粉土地基各种基础型式工程量指标表（单腿量）见表3。

表3 粉土地基各种基础型式工程量指标表（单腿量）

由以上分析可知：

1）从造价、土方量和施工难度看，板式直柱和板式斜柱基础无明显优势；

2）粉土地基条件下，推荐采用掏挖基础、板式基础，在地势陡峭或露头较高塔基可考虑使用人工挖孔桩。

2.5.3 河网、泥沼等软弱地基可采用微型桩板式复合基础、灌注桩基础、台阶式基础。基础材料耗量见表4。

表4 基础材料耗量

通过比较分析，微型桩板式复合基础的混凝土耗量很低、基坑土方量较少、综合造价比较低，作用力大的耐张塔效益越明显。ZM2直线塔混凝土耗量台阶式基础相比能够减少约7%，综合造价为灌注桩基础的76.1%，台阶式基础的79.4%；JC2耐张塔混凝土耗量台阶式基础相比能够减少约19%，综合造价为灌注桩基础的70.8%，台阶式基础的69.4%。从基础耗量、机械化程度及环保角度出发，推荐采用微型桩板式复合基础。

3 结论

经过综合比较，推荐方案如下：

1）线路路径推荐原路径局部优化整体改造；

2）双回路部分导线采用特强钢芯软铝绞线1× AFSZ-400/52，单回路部分导线采用中强度全铝合金绞线2×JLHA3-675；

3）地线运行方式：普通地线、光缆均逐基接地；

4）单回路直线塔选用“I-V-I”挂线型式的猫头型铁塔；

5）微风化和中风化岩石地基推荐采用岩石锚杆基础；中风化和强风化岩石地基推荐采用岩石嵌固基础；风化层较厚或强风化的岩石地基，直线塔、转角塔推荐采用掏挖基础，作用力较大的转角塔推荐采用人工挖孔桩基础；粉质粘土地基条件下，直线塔推荐采用掏挖基础，在地势陡峭或露头较高塔基可考虑使用人工挖孔桩。

4 展望

工程总体建设方案采用全寿命周期管理是一种趋势，在全寿命周期成本管理理论的基础上，在设计阶段总体建设方案规划中优化投资成本、电能损耗、运行维护费等各项因素的影响，可使全寿命周期费用减少。

（编辑：王红霖）

Optimization Design of Transmission Line

Lv Jianguo，Bai Junping，Guo Qing
（Shanxi Power Survey and Design Co.，Ltd.of Energy Construction Group of China，Taiyuan Shanxi 030001）

This paper describes the overall design scheme of transmission lines with the goal of minimizing the full life span cost. Aiming to characteristic of this project，it is analyzed and discussed from optimization of route selection，energy conservation and increasing capacity for wires，operating mode of ground lines，optimization of tower types，fundamental innovation and optimization，and implemented the concept of full life span cycle.In order to construct transmission lines with Therefore，lines can be constructed to safe and reliable，advanced and applicable，economical and reasonable，resource saving，and environment friendly transmission lines.

designing project；full life span cycle；transmission line

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.12

TM751

A

2095-0748（2016）14-0027-03

2016-05-20

吕建国（1972—），男，山西忻州人，本科，毕业于上海同济大学，高级工程师，主要从事电网设计和管理工作；白俊平（1980—），男，山西忻州人，硕士，毕业于太原理工大学，高级工程师，主要从事电网设计和管理工作；郭青（1966—），男，湖北枣阳人，本科，毕业于武汉水利电力学院，高级工程师，主要从事电网设计工作。