【摘 要】电力工业在促进国民经济发展中发挥着举足轻重的作用，随着我国电网建设速度的不断加快，越来越多的超高压交流输电线路工程开始施工建设。输电线路的建设受到环境、线路等条件的制约，设计单位要在严峻的建设条件下实现工程目标，就需要采用全寿命周期理论来对输电线路工程进行优化设计，以确保输电线路能够安全、可靠地进行供电，同时能够得到更加优化的技术经济指标。本文重点分析某750kV输电线路工程的优化设计问题，通过利用全寿命周期理论从多个方面对该工程进行分析研究，制定出了一套具有很强的可操作性的设计方案，得到了更优的全寿命周期成本。
【关键词】全寿命周期理论；输电线路；优化设计
随着工程项目管理理论的不断深入发展，人们逐渐认识到对工程项目进行全过程管理的重要性，全寿命周期理论由此产生。全寿命周期理论是指工程项目在进行初级阶段的设计时，就必须要充分考虑到全寿命周期成本问题，在保证工程项目目标能够全面实现的基础上，通过综合考量工程项目的各种影响因素，制定出最优的技术方案，保证工程项目的全寿命周期成本最低。从另一个方面来说，工程项目在进行规划和设计阶段，根据全寿命周期成本的技术评价方法，不仅要考虑一次性的投资成本，还必须要考虑未来运行期间的各种成本。某输电线路工程项目总体呈东南-西北走向，采用单回路和双回路混合架设方式，其电压等级为750kV，线路全长约为356公里，航空距离为306公里，路径曲折系数约为1.15，基于全寿命周期理论对该输电线路工程项目进行优化设计，主要从路径的优化、导线的优化选型、铁塔的优化设计、基础的优化配置几个方面进行分析研究。
1.路径的优化
输电线路工程路径的优化主要是根据电力系统总体规划设计的要求，综合考虑影响该工程施工及运营的各种制约因素，包括地方城市规划及建设状况、军事设施状况、通信设施状况、农林矿产状况、水文地质状况、自然环境保护状况、文物保护状况、沿线交通状况等，通过统筹协调，确保工程项目设计方案具有良好的可行性。
1.1路径选择的原则
本输电线路工程项目的电压等级为750kV，属于超高压输电线路，具有投资成本大、地位重要的特点，因此，在选择项目路径时要遵循以下几个方面的原则：首先，该输电线路工程项目必须要避开自然生态环境保护区、文物保护区、军事设施点、通信设施站点、大型厂矿、易燃易爆物品存放库、水分地质条件差区域；其次，工程项目在选择路径时必须要充分征求沿线地方政府的意见，避免与其他公共交通线路或是工程项目线路产生冲突；另外，在选择工程项目路径时，必须要保护好生态环境，尽量少拆迁房屋，少砍伐树木，做到以人为本，尽可能地缩短线路长度，在保证工程项目的安全性和可靠性的同时减少成本投入。
1.2路径优化的方法
本输电线路工程项目在选择路径时首先总览1：20万地形图，根据1：5万地形图及重点地段1：1万地形图进行室内选线。根据室内选线情况，汇集电气、测量、水分、地质、技术经济、结构等各方面专业人才进行下一步的野外现场勘测，以此来进行方案认定。野外勘测工作人员要充分搜集影响路径选择的各个方面的资料，在充分征求路径沿线政府部门意见的基础上，认真研究路径沿线城市规划及发展状况、自然保护区域状况、水分地质情况、军事设施部署情况、矿区分类及区域分布状况、交通状况以及邻近区域的高压输电线路的运行情况，安排好拆迁赔偿、树木砍伐等工作，针对与330kV及220kV线路有交叉跨越的地方，要做好实测工作。路径方案的优化工作，要贯彻以人为本的理念，遵循统筹兼顾的原则，实现最佳的综合效益。
本750kV输电线路工程在选择路径时对其中一回线路的一段路径进行了优化设计，避免了与地埋输油管道及拟建高铁线路的长距离平行，缩短了路径长度，减少了运行线损，保障了输电线路的安全，节约投资共计700余万元，同时也方便了后期施工。
2.导线的优化选型
对输电线路工程进行优化设计必须要考虑导线的选型问题，科学合理地进行导线选型是非常重要的，不仅能够节省导线部分的成本投入，同时也会对输电线路基础及铁塔部分的优化设计产生影响。根据电力系统的规划及要求，首先要选择多种机械强度及截面都符合要求的导线，然后对这些导线的工频电场、工频磁场、无线电干扰及可听噪声等参数进行对比分析，剔除不符合要求的导线型号，再从技术及经济角度对其余导线型号进行综合比较，最终选择出最符合要求的导线型号。
本输电线路工程采用的是常规单、双回路混合架设方式，根据电磁环境特点，工频磁场、工频电场、可听噪声及无线电感染参数宜采用以下几个限值指标：
工频磁场：输电线路走廊边缘，人流量大，交通频繁的场所，地面磁场强度应小于0.1mT；有线路跨越的公路及人员容易接近的区域，地面磁场强度应限制为0.-0.5mT内；农业区域，偶尔有人经过的区域，地面磁场强度应限定在0.5-1.0mT内。
工频电场：人员较少的山区与及非农业平地区域，地面电场强度应小于12kV/m；农业区域，农业区域及偶尔有人经过的区域，地面电场强度应小于10kV/m；输电线路跨越的公路及村庄等人流量较大的区域，地面电场强度应小于7kV/m；民房附近，房屋距离地面1.5m高度处的未畸变的电场强度应小于4kV/m；
无线电干扰及可听噪声：在距边相导线投影外20米、频率为0.5MHz、离地距离为2米处，无线电干扰限值为58dB，湿导线条件下的可听噪声限值为55dB。
3、铁塔的优化设计
输电线路铁塔的设计主要是根据全寿命周期理论，从成本及效益的角度进行分析，在充分考虑铁塔各部件强度的基础上，科学合理地利用材料，通过优化设计来降低建设成本。
3.1铁塔头部的优化
3.1.1双回路铁塔头部的优化
某750kV输电线路双回路鼓型塔头部大于30米，重量较大，铁塔头部的优化要综合考虑铁塔主材料的强度、铁塔总体的变形协调及各层横担布置的方便程度几个方面的因素。
在铁塔头部的优化上，通过比较分析，选定直线塔头部最优坡度为4.1%，转角塔头部最优坡度为4.8%。
另外要考虑双回路塔上下层相邻导线之间的水平偏移值及地线与相邻导线间的水平偏移值问题，如下图图1、图2、图3和图4 所示：
根据图1和图2，计算双回路铁塔的两种位移型式的满应力可以发现直线塔和转角塔在分别采用1.0米位移的鼓型塔和2.0米位移的鼓型塔时，塔的重量分别轻1%及1.5%左右；根据图3和图4，计算双回路铁塔的两种位移型式的满应力可以发现直线塔和转角塔在分别采用0.5米位移的伞型塔和1.0米位移的伞型塔时，塔的重量分别轻1%及1.5%左右，由此可知，采用小鼓型塔能够进一步降低铁塔的耗材，同时也可以减小约2米的线路走廊，不仅能够降低建设成本，同时也可以改善电磁环境。
3.1.2单回路酒杯型直线塔头部的优化
单回路酒杯型直线塔头部的优化主要为塔窗的优化和曲臂的优化两个方面。塔窗的优化主要考虑荷载的影响，塔头风压对荷载的影响很大，随着塔高增加，这种影响就更加明显，因此，塔窗的优化主要是考虑在保持导线对地距离一致的情况下，降低塔的高度，降低风压加荷点的高度，减小塔头的迎风面积，从而减小铁塔的荷载。塔窗如何布置取决于相导线排列方式和悬挂方式，酒杯型塔窗的相导线呈水平排列，而导线的悬挂方式有三种，其中以边相“I“串方式边横担长度最短，中相“V”串方式塔窗的尺寸最小，因此本750kV输电线路单回路段铁塔的塔窗选择酒杯型塔窗，导线悬挂方式采用“I V I”方式。
通过计算满应力，发现方案2铁塔高度相对较小，地线支架降低了2.6米，铁塔材料节省了1%左右，主材应力相对较小，铁塔的可靠度更高。
单回路酒杯型直线塔曲臂通常采用弯曲外曲臂和直外曲臂两种形式，其中直外曲臂时曲臂主材内的应力较小，对“K”节点的处理也相对简单，通过计算可以发现，采用不等距渐变的间接分割和斜材平行轴布置能够最大程度的利用材料强度，可以降低曲臂外主材规格。
3.2铁塔身部的优化
铁塔身部是指从根开至塔身上口的位置，铁塔身部的优化主要是对塔身坡度和塔身上口尺寸进行优化。塔身上口及根开的相对尺寸决定了塔身坡度，塔身上口尺寸过大则铁塔重量会增加，而尺寸过小则变坡点主材斜材受力不均，铁塔变形会比较大。确定塔身上口尺寸后，铁塔坡度增加则主材基础作用力及内应力会减小，斜材的倾角和内应力会发生变化，斜材长度会增加，铁塔整体的刚度会变大，而如果减小铁塔坡度，则主材受力会增大，基础作用力会增大，但斜材的长度会较小，因此，需要通过计算来选定最佳的塔身坡度。
3.3铁塔腿部的优化
某750kV输电线路工程位于我国西北地区，由于当地生态环境比较脆弱，施工过程中需要更加重视环境生态保护，因此，要充分利用自然地形条件，减少土石方开挖工程量。由于各型式铁塔的根开都比较大，因此可以方便地进行高低腿设计。本工程塔腿设计采用K形接腿，最长腿为18米，最短腿为5米，级差为1米，长短腿按不统材设计，配合高低柱基础使用。
4、基础的优化配置
基础的优化配置主要要考虑技术、环保、施工可行性、经济性等因素的影响，通过综合比较分析多种技术方案，选择最佳的施工方案，本工程应选择原状掏挖土基础。
结论
全寿命周期理论已经广泛应用在输电线路工程的设计中，实践表明，通过不断优化设计，能够保证工程项目全寿命周期的整体最优。本750kV输电线路工程在设计阶段全面采用了全寿命周期理论，通过不断优化方案并利用各种技术创新成果，得到了良好的技术经济指标，为其他类似工程项目提供了一套具有良好操作性的优化方法。
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[3]王艳．全寿命周期工程造价管理在电网项目中的应用[J]．武汉电力职业技术学院学报，2009，（9）：17～19
作者简介：杨学军（1983-），男，汉族，湖南邵阳人，大学本科，工程师，主要从事高压输电线路研究设计工作。
论文作者:杨学军
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第19期
论文发表时间:2016/11/18
标签：铁塔论文; 线路论文; 导线论文; 工程项目论文; 寿命论文; 周期论文; 路径论文; 《低碳地产》2016年10月第19期论文;