李愛晶，王 璽，趙笑笑，朱宗旺
（1.國家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002；
2.國網(wǎng)泰安供電公司，山東 泰安 271000）
全方位全過程推行綠色規(guī)劃、綠色設(shè)計(jì)、綠色投資、綠色建設(shè)、綠色生產(chǎn)、綠色流通、綠色生活、綠色消費(fèi)，使發(fā)展建立在高效利用資源、嚴(yán)格保護(hù)生態(tài)環(huán)境、有效控制溫室氣體排放的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展和高水平保護(hù)，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系，確保實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，推動(dòng)我國綠色發(fā)展邁上新臺階[1]。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的偉大實(shí)踐。在電力工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)遵循國家提倡的生態(tài)文明思想，積極應(yīng)對碳排放帶來的全球氣候變化問題，堅(jiān)定不移推進(jìn)綠色發(fā)展[2]。
綠色設(shè)計(jì)是一種面向環(huán)境的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)過程中充分考慮對環(huán)境的影響，在保證技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性的基礎(chǔ)上，盡量減小對環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境的友好發(fā)展。
在電力工程領(lǐng)域，電網(wǎng)設(shè)計(jì)是電網(wǎng)建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。綠色設(shè)計(jì)不僅要通過先進(jìn)的技術(shù)手段減少能源消耗，降低對環(huán)境的影響，還要采用適宜的材料和工藝，使桿塔、導(dǎo)地線等電力設(shè)施能夠方便回收和循環(huán)再利用，在保證技術(shù)可行的基礎(chǔ)上使經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理化，從環(huán)境保護(hù)、資源利用、電網(wǎng)性能等方面實(shí)現(xiàn)清潔電力設(shè)計(jì)[3]。
本文在保證110 kV輸電線路工程質(zhì)量、安全穩(wěn)定等要求的前提下，采用先進(jìn)的技術(shù)手段和科學(xué)的管理經(jīng)驗(yàn)，在線路規(guī)劃設(shè)計(jì)的各階段貫徹以資源高效利用為核心，以環(huán)境優(yōu)先保護(hù)為原則的指導(dǎo)思想，綜合選擇線路路徑，合理確定桿塔位置，選用適宜的塔型和基礎(chǔ)，最大限度地節(jié)約資源，減小對周圍環(huán)境的破壞和影響，統(tǒng)籌技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)，達(dá)到電網(wǎng)建設(shè)中人與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。
本工程線路為某220 kV變電站110 kV側(cè)間隔的4回出線，新建線路全長共32.82 km，其中雙回架空線路為29 km，雙回電纜線路為0.22 km，單回架空線路為3.6 km。桿塔采用角鋼塔，共計(jì)新建133基。導(dǎo)線采用JL3/G1A?300/40高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線，地線隨新建線路架設(shè)2根OPGW光纜，除線路跨越高速公路和一級公路段采用72芯OPGW?72B1?120光纜外，其余段均采用48芯OPGW?48B1?90光纜，電纜采用ZC?YJLW03?64/110?1×630電力電纜，隨電纜敷設(shè)2根48芯GYFTZY管道光纜。
沿線地形絕大部分為平原，少數(shù)為丘陵，交通情況良好。
輸電線路設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到電網(wǎng)能否安全、可靠、穩(wěn)定、綠色運(yùn)行，電網(wǎng)綠色設(shè)計(jì)要從電網(wǎng)的實(shí)際特點(diǎn)考慮，在線路設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循一定的原則。
1）整體性原則。從全局角度出發(fā)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中始終貫徹整體設(shè)計(jì)理念，統(tǒng)籌考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境影響等多方面因素，從源頭確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色運(yùn)行。
2）經(jīng)濟(jì)技術(shù)最優(yōu)原則。采用優(yōu)良的設(shè)計(jì)和合理的管理措施，優(yōu)化桿塔結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，采用適宜的技術(shù)、材料和產(chǎn)品，在保證技術(shù)可行的條件下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。
3）環(huán)境影響最小原則。合理利用資源并優(yōu)化資源配置，貫徹綠色設(shè)計(jì)理念，減少對資源的占用和消耗，降低對環(huán)境的負(fù)面影響。
4）資源有效利用原則。最大限度地提高資源的利用效率，因地制宜，利用本地材料和資源，積極促進(jìn)資源綜合循環(huán)利用。
3.1 線路路徑選擇
輸電線路的路徑選擇是輸電線路設(shè)計(jì)工作中的首要環(huán)節(jié)，也是重要環(huán)節(jié)之一。輸電線路路徑直接關(guān)系到電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等各項(xiàng)指標(biāo)，與工程質(zhì)量、電網(wǎng)安全等密切相關(guān)。
本工程在設(shè)計(jì)中，將線路路徑選擇放在首要位置，綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等指標(biāo)對路徑進(jìn)行優(yōu)選。輸電線路不經(jīng)過人口稠密區(qū)，避開自然保護(hù)區(qū)、世界文化和自然遺產(chǎn)地、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水水源保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線等生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)，降低工程對環(huán)境的負(fù)面影響。在設(shè)計(jì)階段與自然資源和規(guī)劃單位充分溝通，避讓城鎮(zhèn)規(guī)劃的相關(guān)區(qū)域，不占用基本農(nóng)田。根據(jù)現(xiàn)場勘查情況結(jié)合衛(wèi)星影像圖，本工程初選3個(gè)路徑方案，如圖1所示。
圖1 線路路徑方案
方案一線路路徑較長，轉(zhuǎn)角較多，總體造價(jià)高，優(yōu)點(diǎn)是距離公路近，可有效減少臨時(shí)施工道路的修建，便于施工。
方案二線路路徑較短，轉(zhuǎn)角較少，總造價(jià)較低，但是線路沿線經(jīng)過鎮(zhèn)政府光伏區(qū)域等規(guī)劃用地。
方案三線路路徑長，轉(zhuǎn)角較多，且線路途經(jīng)光伏區(qū)域、山地區(qū)域、村莊，施工困難，線路長度與方案一接近。
3種線路路徑方案所需資金情況如表1所示。
表1 3種線路路徑方案所需資金情況 單位：萬元
綜合3個(gè)方案的線路路徑長度、所經(jīng)區(qū)域情況、所需資金情況及政府規(guī)劃部門的意見等，最終確定采用方案一，在滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)的條件下減少對資源的占用，降低對環(huán)境的影響。
3.2 桿塔位置確定
路徑確定后，進(jìn)行方案的細(xì)化。勘測及設(shè)計(jì)人員的環(huán)保設(shè)計(jì)理念要進(jìn)一步加強(qiáng)，合理確定桿塔位置。根據(jù)對沿線樹種分布的調(diào)查，對不同類型的樹木采用差異化跨越設(shè)計(jì)方案，以減少樹林砍伐。對于線路沿線成片的林木采取高跨的方式，對于零星數(shù)量的樹木，力爭做到不砍伐或少砍伐。同時(shí)，桿塔位置盡量布置在路邊或距離路邊較近處，從而方便進(jìn)場施工，減少臨時(shí)道路的修建，降低對土地的影響。
本工程在線路設(shè)計(jì)時(shí)，提高部分桿塔的高度，對于成片的經(jīng)濟(jì)作物及林區(qū)按規(guī)程要求進(jìn)行高跨，有利于保護(hù)自然環(huán)境，如圖2所示。同時(shí)，線路增加轉(zhuǎn)角塔A37、A39避讓有機(jī)蔬菜基地等經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，如圖3所示，圖中虛線為線路路徑。
圖2 線路高跨成片樹林
圖3 線路增加轉(zhuǎn)角避讓蔬菜基地
3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
嚴(yán)格按照規(guī)范要求開展地質(zhì)勘探，并向市氣象臺（站）搜集相應(yīng)的氣象資料。本線路不涉及大跨越、重冰區(qū)、不良地質(zhì)作用、復(fù)雜地形等地段，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，采取適宜的塔型和基礎(chǔ)以保證結(jié)構(gòu)安全可靠。
3.3.1 塔型規(guī)劃
塔型規(guī)劃是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，根據(jù)實(shí)際工況，優(yōu)化桿塔結(jié)構(gòu)，選擇適宜的構(gòu)件尺寸，合理布局構(gòu)件，充分發(fā)揮構(gòu)件的承載能力，降低鋼材的消耗量[4]。
結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃本工程采用自立式角鋼塔，同塔雙回路架設(shè)，從而節(jié)約線路走廊占地面積，減少房屋拆遷和林木砍伐。線路鉆越其他高壓電力線路時(shí)，在滿足安全要求的情況下，采用較矮的雙回塔鉆越。
3.3.2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
根據(jù)地質(zhì)勘探情況，線路基礎(chǔ)因地制宜采用柔性板式基礎(chǔ)、剛性臺階式基礎(chǔ)，盡可能減少混凝土量，在河邊處的線路桿塔采用灌注樁基礎(chǔ)。柔性板式基礎(chǔ)、剛性臺階式基礎(chǔ)及灌注樁基礎(chǔ)如圖4所示。
圖4 線路基礎(chǔ)
部分桿塔位于山區(qū)，線路施工中多余的土石方均用于山區(qū)基礎(chǔ)回填。山區(qū)的桿塔基礎(chǔ)采用長短腿設(shè)計(jì)，盡可能做到零降基面，可有效減少土石方開挖量，且有助于水土保持。
4.1 資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)
4.1.1 節(jié)約占地
根據(jù)規(guī)劃線路采用電纜出線，充分考慮電纜溝埋深，滿足后期電纜出線及耕地要求。在布置桿塔時(shí)考慮后期出線，提高線路走廊利用率、節(jié)約土地。
4.1.2 節(jié)能
同塔雙回線路與單回線路Π接時(shí)，通過改變導(dǎo)線連接方式，優(yōu)化導(dǎo)線相序排列，提高線路運(yùn)行可靠性，減小地面電場強(qiáng)度，降低回路間不平衡電流引起的電能損失。
電纜溝蓋板采用工廠化制作成品蓋板，提升蓋板質(zhì)量的同時(shí)，提高能源利用率。
工程采用節(jié)能型金具。懸垂線夾、耐張線夾采用鋁合金非導(dǎo)磁材料，避免渦流損耗。絕緣子金具串均配備均壓環(huán)、屏蔽環(huán)，可有效控制金具串的起暈電壓，減少電暈損耗。保護(hù)管采用更適合現(xiàn)代環(huán)保要求的管材。單芯電纜夾具采用復(fù)合材料夾具，降低電能損耗。
4.1.3 環(huán)境保護(hù)和水土保持
高壓輸電線路電磁環(huán)境影響主要是工頻電場、可聽噪聲、無線電干擾和工頻磁場對周圍環(huán)境的影響[5?6]。在線路設(shè)計(jì)中貫徹國家頒布的有關(guān)環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)、消防工作的法令和政策，積極減少噪聲等對環(huán)境的污染和危害，改善生產(chǎn)及生活環(huán)境。設(shè)計(jì)路徑盡量遠(yuǎn)離村莊，避開居民區(qū)，采取一系列措施來減小對沿線居民日常生活的影響并保證安全。離村莊較近的桿塔適當(dāng)加高，盡量采用逆相序排列方式以減少電場強(qiáng)度，桿塔接地裝置盡量向背離居民住房方向敷設(shè)，接地裝置不得接近地下輸水管道。同時(shí)，本工程地線選用的OPGW光纜可對沿線通信線路起到良好的保護(hù)作用。當(dāng)線路發(fā)生單相短路故障時(shí)，各條通信線路上產(chǎn)生的最大電磁感應(yīng)縱電動(dòng)勢均不超過規(guī)程允許值，對該區(qū)域內(nèi)通信設(shè)施的干擾均滿足規(guī)程要求。
電纜溝在滿足電纜敷設(shè)的情況下盡量淺埋，減少土石方開挖量，有利于水土保持。
4.2 效益分析
工程所屬市的原有電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無法滿足該市西南部地區(qū)的負(fù)荷需求，以及未來城區(qū)的負(fù)荷增長，并且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中存在薄弱點(diǎn)。目前該片區(qū)主要靠4座35 kV變電站進(jìn)行供電，供電距離較遠(yuǎn)，線路損耗較大。
該工程采用同塔雙回架設(shè)，充分考慮線路走廊寬度，節(jié)省土地，滿足后續(xù)規(guī)劃要求，能推動(dòng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和共同繁榮。該輸電線路建成后，可以接帶該區(qū)域大部分負(fù)荷，為規(guī)劃的110 kV變電站提供電源，并解決城區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱的問題，從而緩解供電壓力，提高供電可靠性。
在110 kV輸電線路工程設(shè)計(jì)階段，選擇輸電線路路徑時(shí)，進(jìn)行多路徑比選，在滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，采用對環(huán)境影響小、與規(guī)劃不沖突、節(jié)約土地、對居民生活影響小的方案；
確定桿塔位置時(shí)，采用差異化跨越設(shè)計(jì)方案，減小對環(huán)境的破壞；
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能選擇國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)桿塔，并進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)約塔材；
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，選用對環(huán)境影響小的基礎(chǔ)，減小基礎(chǔ)土石方開挖量，優(yōu)先選用原狀土基礎(chǔ)。