許毅

（蕪湖銀峰電力工程設(shè)計有限公司，安徽 蕪湖 241000）

一、背景和目的

（一）研究背景

10kV 架空線路運行過程中，樹竹傾覆線路是造成線路故障跳閘的一個重要因素。皖北多為平原地區(qū)，樹竹分布較少，樹竹事故發(fā)生率較低。黃山地處皖南山區(qū)，地形以山地為主，山區(qū)樹竹數(shù)目眾多，且生長較快，極易傾覆觸碰電力線路引起線路短路、接地及跳閘，為樹竹事故高發(fā)地帶。據(jù)統(tǒng)計，2019 年黃山市黃山區(qū)全年因樹竹故障造成的10kV 線路跳閘高達41 次，多為是樹竹事故引發(fā)的短路跳閘。不同于平原地區(qū)，山區(qū)線路一旦發(fā)生樹竹事故，由于山區(qū)線路供電半徑多半較長且巡視不便，樹竹故障發(fā)生后不易發(fā)現(xiàn)排除，導(dǎo)致?lián)屝拮鳂I(yè)時間長，極大地影響了地區(qū)用戶的供電可靠性。

為了減少山區(qū)10kV 線路樹竹事故發(fā)生率，通常采用兩種傳統(tǒng)方式。一是在規(guī)劃線路路徑時優(yōu)先規(guī)避樹竹密集地區(qū)，在確實無法規(guī)避的情況下，通過清理線路廊道內(nèi)及兩側(cè)可能引起樹竹故障的樹竹；二是在線路設(shè)計時采用角鋼塔高跨或者電纜敷設(shè)的方式。傳統(tǒng)清理樹障的方式雖然有效，但樹竹的清理勢必對黃山地區(qū)的森林資源造成破壞。為了保護生態(tài)環(huán)境，國家采取了相應(yīng)的經(jīng)濟杠桿措施來限制樹木的砍伐，如提高樹木砍伐賠償費用的標準等，長距離大范圍砍伐將直接導(dǎo)致線路造價升高。由于山區(qū)樹竹生長較快，需要運維人員定期巡視及砍伐廊道內(nèi)及兩側(cè)的樹竹，企業(yè)運維成本費用也會大幅增加。同樣，若采用角鋼塔高跨或者電纜敷設(shè)的方式，單回路每公里造價將增加至普通線路的2-3 倍，雙回路線路造價會增加更多，直接影響黃山地區(qū)線路造價，導(dǎo)致地區(qū)投資費用的增加。

（二）課題研究目的

結(jié)合黃山山區(qū)地形特點以及樹竹密集的情況，研究提出山區(qū)10kV 線路穿越且增加地線的設(shè)計。通過采用山區(qū)10kV 線路上方架設(shè)地線設(shè)計，可以避免線路廊道兩側(cè)樹竹傾覆時直接打在線路上導(dǎo)致線路斷線或觸發(fā)接地，從而提高線路正常運行時抗樹竹傾覆的能力，可以避免線路廊道兩側(cè)樹竹的大量砍伐，同時響應(yīng)國家保護生態(tài)環(huán)境的政策，實現(xiàn)最大限度地保護森林資源。通過采用線路穿越設(shè)計，可以降低山區(qū)線路采用高跨及電纜設(shè)計的投資造價，減少了樹竹大量砍伐的賠償費用以及公司運維成本費用，節(jié)約項目投資。

因此，提出山區(qū)10kV 線路采用穿越且增加地線的設(shè)計研究，可以從前期設(shè)計角度保證后期線路安全穩(wěn)定運行，提高山區(qū)線路的供電可靠性，降低山區(qū)項目投資。在建設(shè)好架空配電線路工程的同時，可以最大限度地保護森林資源，實現(xiàn)國家、企業(yè)雙贏的目標。

二、常見樹竹事故的種類

（一）自然災(zāi)害

超過設(shè)計風(fēng)速的大風(fēng)，橫向線路吹來時，容易發(fā)生導(dǎo)線風(fēng)偏后和樹竹發(fā)生閃絡(luò)的事故，甚至導(dǎo)線掛到樹竹上，形成永久性接地故障。另外，樹竹在大風(fēng)作用下，擺向線路側(cè)，甚至倒向線路側(cè)，打到導(dǎo)線上，引起線路故障。

嚴重的覆冰使導(dǎo)、地線的弛度增大，可能觸及或接近垂直下方的樹竹，而發(fā)生故障。如果此時還有風(fēng)偏，就極易發(fā)生風(fēng)偏后和線路旁邊或山坡上的樹竹間的閃絡(luò)事故另外，線路旁邊的樹竹，由于覆冰過重壓斷，也可能倒向線路，導(dǎo)致線路故障。另外，發(fā)生火災(zāi)，當火苗接近導(dǎo)線或桿塔旁的拉線，就會把導(dǎo)線、拉線燒斷或燒傷，造成故障。還有暴雨成災(zāi)，造成山坡塌方或泥石流，如果此時山坡上正好有樹竹，當樹竹隨著山坡滑動時，也可能觸及導(dǎo)線，而構(gòu)成線路故障。

（二）外力破壞

如有外來人員在線路底下或附近干活或進行樹木砍伐，致使輸配電線路發(fā)生樹竹方面的故障稱為外力破壞。即便導(dǎo)線和樹竹間的風(fēng)偏安全距離已經(jīng)滿足規(guī)程的要求，但受到外力破壞的樹竹倒向線路時，樹竹梢即可能會觸碰導(dǎo)線，而引起線路瞬間接地故障，甚至樹竹頭部打到導(dǎo)、地線上，把導(dǎo)、地線打斷，引起永久性的接地故障。還有在線路底下砍伐樹竹后，搬運時，由于樹竹梢部超高，也可能觸及導(dǎo)線，造成線路故障。

（三）責(zé)任事故

輸配電線路由于設(shè)計、施工和運行檢修人員，對工作不負責(zé)任，因其過失造成的樹竹方面的事故，稱為責(zé)任事故。設(shè)計人員過失，最容易發(fā)生樹竹事故是檔距中對山坡、陡崖、峭壁等的橫斷面施測范圍不足，往往有遺漏情況，因而未進行風(fēng)偏校核。這種事故，有時在線路投運后相當長的一段時間內(nèi)還不會發(fā)生。因為發(fā)生這種故障的風(fēng)，可能是10 年一遇，或者是20 年一遇，甚至更長的時間。

黃山地處山區(qū)，區(qū)域內(nèi)存在多種小氣候，因此造成黃山地區(qū)的樹竹事故的原因主要是自然因素，后兩種因素在實際中發(fā)生較少。

三、黃山山區(qū)線路走廊內(nèi)常見的樹竹種類

黃山生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定平衡，植物垂直分帶明顯，群落完整，森林覆蓋率為73%。黃山地區(qū)山區(qū)線路普遍建設(shè)在海拔600 米以下，而在該海拔范圍內(nèi)，由于人們經(jīng)濟活動頻繁，山坡植被大多辟為油荼林，荼田以及農(nóng)田，山坡上常見的森林群落主要為馬尾松群落和毛竹林群落。據(jù)統(tǒng)計，松樹多分布于祁門、黟縣和黃山區(qū)，毛竹多分布在休寧、黃山區(qū)和祁門，其他雜木主要分布在牯牛降和清涼峰，以及祁門、黟縣、歙縣和黃山區(qū)。

茶田種的茶樹一般不高，通常在1 米以下。油茶樹一般在2～3 米。由于茶樹高度普遍不高，因此即便生長在線路廊道內(nèi)，對線路的正常運行基本沒有影響。

圖1 黃山地區(qū)茶田（左）和油茶樹（右）

黃山地區(qū)毛竹最高可達20 米，一般在15 米左右，胸徑一般在10-22 厘米之間。毛竹分布廣泛，生長較快且樹竹較高，同時毛竹容易爛根倒塌，是造成黃山山區(qū)線路樹竹故障的主要樹種。

四、架空穿越設(shè)計方式進行適應(yīng)性分析研究

（一）適應(yīng)性分析

山區(qū)線路若采用高跨的方式，在線路施工尤其是線路運行過程中可以大大減少樹竹砍伐量，并且顯著降低樹竹事故發(fā)生率，減少運行成本。但高跨方式在10kV山區(qū)線路中也有一定的局限性。一般高跨線路桿位均選擇在山頂，一旦在凍雪等惡劣天氣中出現(xiàn)斷線事故，搶修起來費時費力，山區(qū)農(nóng)村線路一般是單回線路，由于無聯(lián)絡(luò)線路，一旦停電，恢復(fù)供電時間會很長。而且線路桿在山頂還會導(dǎo)致臺區(qū)的T 接線路很長，部分臺區(qū)T 接不得不采用電纜?；谝陨显颍?0kV山區(qū)線路的路徑通常選擇在山腳緩坡和靠近村莊的山腰。由于地勢較為平緩，檔距不宜選擇過大，此時采用電桿架設(shè)的方式較為合理。但在實際過程中，也會有部分區(qū)域存在樹竹高過電桿，不能砍伐、不能繞道的極端狀況，在這種情況下采用架空線穿越的方式較為適宜。在線路設(shè)計上，黃山公司建議山區(qū)10kV 架空線路采用“堅強導(dǎo)線，堅強拉線，堅強避雷線”的方針，盡量做到不砍伐樹竹。因此，導(dǎo)線采用樹竹可頻繁接觸的、帶鋼芯的厚絕緣導(dǎo)線，在穿越的方式下，為防止樹竹倒下時覆壓導(dǎo)線，10kV 線路桿頂架設(shè)鋼絞線，兼做避雷線及保護線。

（二）經(jīng)濟性比較

根據(jù)國家電網(wǎng)辦【2019】826 號文，國家電網(wǎng)公司將進一步嚴格控制電網(wǎng)投資，提升公司經(jīng)營績效，保障公司和電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展，更好地服務(wù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展。另外由于山區(qū)地形系數(shù)較高、地質(zhì)分坑中的巖石比例以及人力運輸影響，10kV 線路單位造價往往較高。因此在10kV 線路設(shè)計時，需考慮不同方式下的單公里造價對比情況從而進行選擇。

五、結(jié)論及成效分析

（一）結(jié)論

由于樹竹覆壓地線力學(xué)計算中存在的動態(tài)變量較多，因此本課題僅在若干限定工況條件下進行研究分析并進行適度擴展分析。綜上分析，在無冰且風(fēng)速為10m/s 的工況條件下發(fā)生樹竹傾覆地線時，梢徑190mm 的15m，M 級鋼筋混凝土電桿的桿根彎矩計算值小于允許彎矩值，會發(fā)生斷桿現(xiàn)象。梢徑230mm 的15m，N 和Q 級鋼筋混凝土電桿均能夠滿足要求。在無冰且風(fēng)速為15m/s 和29m/s 的工況條件下發(fā)生樹竹傾覆地線時，僅有梢徑230mm 的15m，Q 級鋼筋混凝土電桿均能夠滿足要求，實現(xiàn)在不打拉線的情況下，不發(fā)生斷線和斷桿情況。

（二）成效分析

通過提出山區(qū)線路穿越并架設(shè)地線的設(shè)計，一方面能夠兼做避雷線，降低雷擊事故；一方面能夠在減少樹竹砍伐，避免森林資源破壞的前提下，增強山區(qū)線路抗樹竹傾覆能力，減少樹竹直接傾覆在導(dǎo)線線引發(fā)短路跳閘事故，提高山區(qū)線路的供電可靠性。同時相對于采用角鋼塔和電纜的線路設(shè)計，單位公里造價減少30-80 萬，經(jīng)濟性非常顯著。