整理专题报告5输电线路防灾减灾设计研究文档格式.docx

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对于无法避让的小型崩塌采取清除方法；

对无法避让小型的溶洞、落水洞可采取充填碎石、毛石灌浆等措施；

对于采空区，基础设计时坚持“预防为主、综合防治”的方针，并考虑方案实施的经济性，当采厚比在30-100范围内，一般采用复合防护大板基础，对于基础根开较大的杆塔可采用中空混凝土复合板基础，根据“抗”“调”结合处理采空区地面沉陷问题的思路提出了可调式褥垫基础。

3．线路经过峡谷、垭口等风场时，根据分析计算场地基本风压以及导线风压高度变化系数均有所增加，应对该场地采取提高基本风速的设计方法，并应加强峡谷、垭口铁塔的概念设计，采取降低直线杆塔实际使用水平档距，降低转角塔实际转角度数，并采取增加杆塔塔身隔面的方法增加杆塔的抗风能力。

4．线路应避开了高海拔地段，对相对高耸、突出等重覆冰的微地形区段，以及相对高差较大、连续上下山等局部地段的线路，适当提高杆塔荷载能力，对于重冰区应根据地形特点，采取缩小档距，降低高差，减小转角，缩短耐张段等设计措施，提高杆塔抗冰能力。

本工程重覆冰区线路长，推荐考虑采取融冰措施作为运行备用方案，防止发生大面积覆冰倒塔。

5．通过对山区线路易招雷击的位置进行分析，采取减小杆塔地线保护角，加装可控避雷针，改善杆塔接地装置、增加局部杆塔绝缘子片数的方法降低线路雷击的概率，减少灾害的发生。

6．通过采用防风偏跳线绝缘子、纠正测量高程误差、测量足够的风偏断面、加强对耐张塔跳线间隙的校核等手段来降低线路的风偏效应，保证运行安全。

7．通过加强山火危险点控制和增强运行维护管理工作来降低山火灾害，设计时需详细调查树木的生长高度，线路投运后加强巡视调查，降低树障对线路的影响。

通过比较更换合成绝缘子颜色、安装防鸟刺、安装防鸟挡板、安装驱鸟器等措施，结合本工程情况，推荐采用灰色合成绝缘子串配合超声波驱鸟器的方式防鸟害。

8．通过在线路上安装在线监测装置，对电网运行状况可以监察、分析、评估及预警，能及时解除线路隐患，发生灾害时，能为制定抢修方案提供决策依据。

1概述

1.1研究意义

我国是受灾害影响严重的国家，每年因自然灾害造成的直接经济损失高达上千亿元。

随着我国国民经济持续健康快速发展，电网工程建设正以前所未有的速度向前发展。

在电网工程中，自然灾害是引发输变电和配电系统事故的重要因素。

2008年初的低温雨雪冰冻灾害，给湖南、江西等16省（区、市）的电网造成建国以来罕见的严重损坏。

同年的汶川8.0级地震，造成该地区及周边地区电力设施大面积破坏，仅四川电网就损失资产约67亿元。

2011年3月11日，发生在日本宫城县附近海域的9.0级大地震和海啸重创日本电力系统并引发核泄漏事故，再一次为我们敲响了增强电网抗灾防灾能力的警钟。

国家电网公司作为重要的国有骨干企业，承担着优化能源资源配置、保障国家能源安全和促进国民经济发展的重要责任，肩负着为社会经济发展提供安全、经济、清洁、可持续的电力供应的基本义务。

电网安全直接关系到国家安全、能源安全、公共安全以及人民群众切身利益，增强电网抗灾防灾水平，提高应急事故处理能力与社会的和谐稳定、国民经济发展、人民生活水平的提高息息相关，意义重大。

本工程所经过地方大部分为山地，根据以往工程经验，山区线路部分地段由于气象条件以及地形地质较为特殊，容易产生很多灾害，若处理不当，会造成线路安全隐患。

为保证本线路的安全建设、运行，特对本工程山区线路特殊地段的防灾减灾进行设计研究。

1.2研究内容

本专题在调研和总结我院已设计的输电线路工程基础上，结合本工程路径的实际情况，对山区线路特殊段的各种灾害形成原因进行分析和总结，提出相应的防灾减灾的设计方法。

主要内容包括：

（1）线路途经区域的地形与地质特点分析；

（2）线路途经区域地质灾害（泥石流、滑坡、塌方、采空区、岩溶等）危险性评估、预测及对策；

（3）微地形、微气候形成的峡谷、垭口风场铁塔设计研究；

（4）重覆冰地区防冰灾设计研究；

（5）山区线路特殊段的防雷研究；

（6）山区线路特殊地段防风偏研究；

（7）山区线路山火、树障、鸟害等防治对策；

（8）山区线路特殊地段在线监测装置应用。

2山区线路特殊段自然灾害的种类

山区地形一般相对高差大，部分地段山峦起伏、峰高谷深，地形复杂，地形剧变由此带来气候多变，局部容易形成微地形、微气候区段；

同时山区地层岩性，地质构造多变，遇暴雨、山洪暴发，就会夹带泥砂砾石树木等急速下泄，破坏性极大。

因此线路在山区走线，容易受到很多自然灾害的影响，这些影响主要表现在以下几个方面：

⑴山区地质结构复杂，容易产生滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害，危及线路塔基安全。

部分地段岩溶发育，容易诱发岩溶塌陷。

主要表现为溶沟、溶槽、落水洞、溶蚀洼地、溶洞及地下暗河等，同时部分山区矿区存在采空区，当地下矿层被开采后，其上部岩层失去支撑，发生弯曲、塌落，以致地表下沉变形的现象，若塔基位于上部，则易发生塔基塌陷，危及电网的安全。

⑵山区特殊地段地形复杂，局部可能形成微地形、微气象环境。

部分峡谷、垭口地段容易形成风场，使导线和铁塔风压过大超过设计条件，进而导致铁塔因风载超限发生破坏。

⑶山区部分地段海拔较高，冬季容易产生较大冻雨，雾凇使导线和铁塔产生较大覆冰；

南方地区山地一般湿度较大，冬季在垭口地段不仅容易形成风场，还可能伴有雾凇，使导线、绝缘子和铁塔产生较大覆冰。

当覆冰灾情严重时，会使得线路发生倒塔、断线等灾害，对电网造成巨大的损害。

⑷山区线路部分地段由于高差较大，边坡较大，当出现大风等极端天气时，容易产生风偏闪络，造成线路风偏跳闸。

⑸山区特殊地段输电线路由于档距大，杆塔所处地势高，因而更容易遭受雷击，增加了线路的跳闸率；

⑹在山区地段植被一般比较茂密，杂草丛生。

在秋冬季节气候干燥时，容易产生山火，山火带来的粉尘容易使导线对地空气间隙被击穿，造成导线对地面物体放电，导致线路跳闸；

线路跨越林木时，一般按造树木的可能生长高度进行设计，当线路运行几年后后，树木生长可能超过设计既定高度，导线对树梢的高度过小产生放电，会导致线路跳闸；

山区树林是鸟类的家园，鸟类在飞行中容易碰撞架空输电线路，排泄物污染绝缘子或是在输电线上构筑鸟巢都可能造成输电线路短路故障。

3线路途经区域的地形与地质特点分析

3.1低山、低中山丘陵地貌

该段沿线地形起伏较大，地势陡峭，坡度一般30°

~70°

，局部靠近水库或公路边的坡体甚至为70°

~80°

，山间沟谷发育，沿线主要分布树林、农田，少量房舍。

图3.1－1构造剥蚀中低山地貌

3.2山间凹地、河流阶地地貌地段

该段主要地貌，地形较平坦，地势较宽阔。

沿线主要分布有农田、民房等。

图3.1－2山间凹地、河流阶地地貌

4线路途经区域地质灾害危险性评估、预测及对策

4.1地质灾害发育特征、类型、分布

根据本次踏勘调查，本工程路径所经地貌大部分地段为中低山、低丘，下伏基岩为志留系（S）炭质板岩、泥砂质板岩，中元古界武当群（Pt2）片岩。

由于人为的房屋建筑、交通建设、水利建设、矿山开发、农业活动等方面的原因，对部分地段原始地质环境产生破坏，在拟选路径沿线不同程度存在崩滑流（崩塌、滑坡、泥石流）和采空区等不良地质作用及地质灾害。

（1）崩滑流（崩塌、滑坡、泥石流）（见图3.1-2）

据有关统计，从局部地形看，崩滑流集中发育在地形起伏剧烈，沟谷切割严重的地带。

其中崩塌主要发生在坡度大于55°

、高差大于30米、坡面凹凸不平的陡峭崖坡上；

滑坡多发生在坡度为15°

~40°

斜坡上；

泥石流多发生在坡度8°

，且有较大汇水面积的山坡或沟谷中。

建议在施工图设计勘测过程中对位于崩滑流易发区的各塔基及塔基附近进行详细调查是否存在崩塌、滑坡、泥石流等不良地质作用，若塔基所处位置存在崩塌、滑坡、泥石流等隐患，建议避让或采取大跨等处理措施。

图3.1－2滑坡照片

4.2地质灾害防治对策

4.2.1防治目标和方法

防治目标是确保输变电工程不受地质灾害的威胁而安全运行。

地质灾害的防治原则是：

针对危害工程的地质灾害体，制订重点突出，针对性强、有实效的预防措施，以防为主，防治结合，经济合理。

防治方法则是根据地质灾害的类型、规模、影响因素、危害程度及工程建设的特点，采取避让、跨越、防治治理等措施。

4.2.2防治对策建议

根据本工程的建设特征及前述地质灾害类型特征，针对工程区的工程地质条件、灾害与工程具体特点，提出环境保护和地质灾害防治的原则，具体的防治处理措施建议如下：

⑴绕避或跨越的原则：

对于小型滑坡与崩塌以绕避或跨越，应注意塔位的选择，塔位位置应距离滑坡边缘保留一定的安全距离。

若不能避开时，建议清除塔位附近的松散岩土体或崩滑体，在塔位后坡上适当位置设置挡土墙，必要时需要采取锚固措施。

建议在选择塔位时，尽量避免塔位上部地势陡峭，破碎岩体发育的部位，否则，建议可以考虑采用锚杆等工程措施进行加固。

⑵在泥石流易发区，塔位选择应避开坡度较大的沟床纵坡等易发生泥石流的地方，并与之保持一定的安全距离防止其对塔基的冲刷和破坏，塔位选择还应尽量避开沟谷地段及排洪泄水通道，避开垃圾填埋场、水库及尾矿坝等大量堆积体的下游地段；

塔位施工时不能将弃土大量堆积在泄水通道中，施工时尽量减少塔位附近的植被及原始地貌的破坏。

⑷在采动影响区，基础设计坚持“预防为主、综合防治”的方针，并考虑方案实施的经济性。

根据国内多年的设计运行经验，提出如下基础选型原则：

a）当采厚比在30-100范围内，一般采用复合防护大板基础。

对于基础根开较大的杆塔可采用中空混凝土复合板基础；

b）当采厚比大于100时，基础采用钢筋混凝土板式基础，并加长地脚螺栓；

c）当矿层较薄（2-3m），回采率低于30％，采厚比介于40-100，顶板岩层无地质构造破坏时，基础采用钢筋混凝土板式基础，并加长地脚螺栓；

d）矿层埋深超过1000m时，基础仅加长地脚螺栓；

e）对于矿层顶板岩层松散的特殊地区，应做专门的地质稳定性评价，基础处理措施可参照上述规定做相应的调整。

f）根据“抗”“调”结合处理采空区地面沉陷问题的思路提出了可调式褥垫基础，不仅可以抵抗一定程度的底面沉降，还可以对倾斜后的杆塔进行调正。

⑸人工开挖边坡防治措施：

因塔基场平而形成的人工开挖边坡稳定性较差，对塔位安全构成一定危害，可以采用减少开挖方量或降低开挖边坡坡度等设计措施，同时也可以采用削坡、锚固、挂网喷锚和支挡为主的工程治理措施。

⑹对松动岩体分布密集区应采用挡石墙或网，对零星分布、对线路塔杆有直接威胁的破碎岩体应采用填埋或清除等措施。

⑺对弃碴的防治措施：

对位于斜坡上的杆塔，塔基开挖产生的弃碴，应远离塔位堆放，如果因场地条件限制而堆放形成填筑边坡时，应对弃碴采取护坡、修建挡墙支挡和修建地表排水沟等相应防治措施。

⑻选择铁塔形式时尽量采用长短腿，并结合高低基础，应尽可能使四个塔腿同原地形吻合，减少基面开方量，减少对塔位微地形地貌的破坏，保持自然地形地貌。

同时施工完毕后，应及时做好自然地形、地表植被的恢复工作。

⑼在地形比较陡峻的强风化地带上修建塔基时，建议采取一定的防治措施。

⑽对于施工开挖（爆破）过程中形成的浮石应清除和采取稳固措施，并应控制爆破用药量，采用多次小型爆破。

⑾塔基排水措施：

位于斜坡需开挖小平台的塔位，塔基表面应做成一定坡度的斜面，利于自然排水；

对可能出现较大汇水面、积水面且覆盖层厚度较大的塔位要求塔位上方修浆砌块石排水沟，并接入自然排水系统。

⑿修筑保坎措施：

有保坎的塔位必须先修保坎，再进行基坑开挖，确保塔基稳定。

保坎施工时，保证必须嵌入稳定的地基，保坎尺寸、泄水孔及滤水孔必须严格按照设计要求施工。

⒀工程运行期间应定期巡视检查，加强监测，发现塔基地面有变形迹象及时通报有关部门，做到防患于未然。

5途经区域微地形、微气候形成的峡谷、垭口风场铁塔设计研究

5.1峡谷、垭口线路发生灾害的原因分析

一般情况，山区有着明显区别于盆地、平原、丘陵等其他地形的气候特点，其水平和垂直气候差异明显，当大尺度天气系统主导作用加强时，小尺度局地气候在一定程度上加剧了气象要素如大风、覆冰的恶劣变化。

峡谷是一种狭而深的河谷，两坡陡峭，横剖面呈“V”字形，多发育在新构造运动强烈的山区，由河流强烈下切而成。

垭口是连续山梁的一块平坦上相对较低的位置，或是山的顶峰，或是山峰与山峰相接的地点。

影响气候的主要因素有地形和地貌部位、植被类型、土壤性质、周围的环境。

峡谷、垭口地段产生微气候的原因是由于热源、湿源的输送（湍流）变换不同于一般地区的结果，不同性质的下垫面，具有不同的微气候。

峡谷、垭口产生的微地形使风受到狭束作用的影响，气流在地面流经狭窄地形时类似液体在管中的流动，流速加快，并因气体具有可压缩性，密度也会增大，因此导致风压大幅度增加，形成局部风场，若设计未采取有效措施，会使线路风压超过设计条件，形成风灾。

因此，研究峡谷、垭口的杆塔设计首要内容就是风荷载的计算分析。

5.2峡谷、垭口风场铁塔风荷载计算分析

5.2.1峡谷、垭口风场铁塔导线风荷载计算研究

根据《110kV~750kV架空输电输电线路设计规范》规定，输电线路杆塔两侧导地线水平风荷载标准值

，令

为导地线平均高度下的单位水平风荷载，则

，则

为

与每侧导地线长度

乘积的一半（近似为斜档距或档距之半），即杆塔每侧风荷载标准值为

（5.2-1）

当线路位于峡谷、垭口等微地形区域，地面隆起或凹陷导致导地线的平均高度及沿线风速与平原地区不同，精确计算微地形区域的导地线条风荷载应采用导/地线的几何方程，根据沿线地形计算出每点的对地距离及对应水平风荷载，再沿线积分求得线条风荷载。

当沿线风速变化时，

（5.2-2）

当每段风速为定值时，

（5.2-3）

根据式（5-2）~（5-3），对于峡谷、垭口地形可继续分段采用导地线的对地平均高度处的水平风速作为设计标准值，则风压高度变化系数

也要根据高度的变化作相应调整，其他参数不变。

5.2.2导地线平均高度计算

档距为L的输电线路位于山丘或悬崖，其计算简图如下所示。

图5.2-1导地线平均高度计算简图一

电线的平均高度位于档距中央电线上

处，其对地平均高度为电线最低点对地高度与电线平均高度之和。

如图5.2-2所示微地形区域可以简化为平地段（

）和上山段（

），分别计算每段的电线平均高度。

电线曲线以斜抛物线进行模拟。

当该段仅有部分（

）位于平地、起始点位于

处，输电线路计算简图如图所示。

图5.2-2导地线平均高度计算简图二

对于斜抛物线模拟的电线，不管地面为平面或斜面导地线是全档还是其中的一部分，其最大弧垂均在该段1/2水平长度处。

根据建筑荷载规范相关规定，导线高度越高，则导地线风压高度变化系数

越高，因此线条风荷载

将随导地线平均高度的增加而增大。

5.2.3峡谷、垭口风场线路导地线风载效应变化分析

作用在杆塔结构上的风荷载一般主要由导地线线条风荷载和塔身风荷载组成，对输电线路铁塔，导地线线条风荷载效应占到总体风荷载效应的65%左右。

当线路位于峡谷、垭口风场时，导线的基本风压

以及

都有增加，因此当线路处于峡谷、垭口区域时，会因基本风压

以及导地线风压高度系数

的增加而使导线总风压的增加，导致导地线线条风荷载的增加。

因此峡谷、垭口区域的输电线路杆塔风荷载作用效应同比其他地段都有相应增加，具体增加值同山坡坡度、杆塔位置高度、导地线弧垂有关系，一般来说总体风荷载效应比平坦地形时增大了10%~30%以上。

5.3微地形、微气候区形成的峡谷、垭口风场杆塔设计措施

通过上述分析，可以发现，在峡谷、垭口风场杆塔荷载较其他地方有所增加，因此应仔细研究峡谷、垭口风场风载增加对杆塔的影响。

为保证本工程的安全性，本工程在设计时按下列方式对杆塔进行处理：

⑴加强峡谷、垭口风场处杆塔的概念设计，对线路经过峡谷、垭口时，采取提高局部地段线路的基本设计风速；

设立独立耐张段，缩小直线塔实际水平档距；

排杆时避免出现大高差，降低耐张塔实际使用转角度来对杆塔进行加强；

⑵加强输电线路位于峡谷、垭口风场导地线风荷载的计算研究，对杆塔需要重新计算导地线的平均高度，并且考虑沿线风速的变化；

⑶加强峡谷、垭口风场处线路杆塔的结构设计，增加杆塔塔身隔面个数，增强塔身的抗风能力。

6山区线路特殊地段的防雷研究

6.1山区易遭雷击的位置及原因

⑴峡谷、垭口

山区地形、地貌、地质情况的复杂多样，峡谷、垭口等特定条件下的微气候区雷电环境恶劣，容易形成雷云，雷暴及落雷密度较大，输电线路遭受雷击的概率也大大增加。

⑵倾角较大的陡坡

山区地形复杂，起伏较大，线路从山区经过时，难免会把塔位选在边坡上。

此时，应尽可能选择山势较缓、倾角较小的边坡。

根据电气几何模型，地面倾角较大，地面屏蔽效果减弱，易发生绕击引起的闪络跳闸。

⑶大于700m的大档距

①档距中央导、地线对地高度较塔头处显著增大，导致地面屏蔽作用明显减小，导线绕击闪络风险增大；

②山谷处多为风口，导线风偏易造成保护角较塔头处增大，也会导致绕击风险增加；

③大档距杆塔较一般档距杆塔受雷面积也显著增大，受雷击的风险也随之加大；

④根据故障复现分析结果，大档距杆塔绕击故障雷电流基本都从档距中央入射，已超出避雷线的有效保护范围。

⑷土壤电阻率较大的位置

地质条件差、土壤电阻率较大的位置，采用常规接地装置，杆塔工频接地电阻很难降到10欧以下。

然而，雷击塔顶时，杆塔接地电阻值越大，塔顶电位越高，绝缘子串闪络的可能性越大。

因此，如果条件允许，应尽可能选择土壤电阻率较小的位置立塔，降低反击跳闸率。

6.2防治措施

6.2.1加强山区线路雷电监测

⑴利用雷电定位系统确定线路易击段；

⑵利用雷电辨识系统确定故障多发类型。

6.2.2结合雷电监测成果，差异化防雷

⑴加强易击段线路屏蔽

①进一步减小地线保护角

加强地线对导线的屏蔽，减小暴露弧面，从而减小绕击发生的概率，达到绕击跳闸率的降低。

②安装可控放电避雷针

在塔顶安装可控放电避雷针，将杆塔附近的雷引到避雷针上，通过杆塔入地，减小了线路遭绕击的概率。

⑵提高易击段耐雷水平

①改善易击段杆塔接地状况

在易发生反击跳闸的线路段，增设接地装置，降低杆塔接地电阻值，提高反击耐雷水平。

②增加绝缘子片数

增加绝缘子片数，提高绝缘子串的闪络电压和线路的耐雷水平。

⑶加装线路避雷器

对采用常规防雷措施后，雷击跳闸率仍然满足不了要求的位置，可考虑加装线路避雷器。

7线路特殊地段的防风偏研究

7.1因风偏引起线路跳闸的事故分析

送电线路风偏跳闸有两种情况，一种是导线风偏对周围其它物体电气间隙不够，另一种是风偏对塔身电气间隙不够，对可能产生风偏跳闸的原因分析清楚，采取应对措施，有利于送电线路的安全运行。

7.2线路防风偏设计措施

近几年，在国内常发台风或大风地区发生的220kV线路跳闸中，经运行单位登塔巡查，发现放电跳闸多为耐张塔跳线风偏闪络引起的。

大风引起线路跳闸主要是由于大风吹动耐张塔跳线，使得跳线连同跳线串一起大幅度摆动，引起跳线对塔身的闪络。

防止风偏闪络现象发生，国内大部分厂家采用加重锤的方法，该方法通过在复合绝缘子下端加装重锤，增加复合绝缘子重量防风偏。

该方法在风力不大的情况下能起到明显效果，但在强风区，特别是沿海台风区域，加装重锤后很可能产生“钟摆”效应，其防风偏效果不佳。

通过对跳线设计的数学模型进行剖析：

设计风速在跳线设计中影响最大，按设计规程跳线设计风速与一般线路设计风速取值一样。

这一规定存在一定问题。

线路设计基本风速采用的是离地面10m高处10min平均风速最大值，对于一般线路档距，水平档距多在几百米以上，采用平均最大风速是合适的。

但对于跳线，220kV跳线长度不足10米，其实际所受到的风压应为瞬时风压，瞬时风速约为设计风速的1.3倍。

本工程线路所在地区设计风速为27m/s，要满足跳线在1.3倍设计风速情况下不发生风偏闪络，常规方法只有采取V形跳线串，但V形跳线串存在绝缘子用量大、铁塔横担需加长、增加耗钢量等问题。

针对这一问题，本工程跳线绝缘子拟采用被国家电网公司作为新技术推广的垂直固定式防风偏跳线复合绝缘子串，即将整支跳线固定在铁塔上，可大大减少跳线的摆动量，从而避免由于跳线风偏引起的线路跳闸。

其中试点电力公司从2007年开始在220kV、110kV输电线路中推广使用垂直固定式防风偏跳线复合绝缘子串以来，基本杜绝了跳线风偏闪络。

垂直固定式防风偏跳线复合绝缘子串联结方式见图8.2-1。

图7.2-1　垂直固定式防风偏跳线复合绝缘子串联结方式图

图7.2-2　垂直固定式防风偏跳线复合绝缘子串尺寸示意图

当线路设计风速较大时，如跳线串采用垂直固定式防风偏跳线复合绝缘子与常规复合绝缘子技术性能比较见表7.2-1。

表7.2-1主要技术性能指标

项目

垂直固定式防风偏跳线串

常规跳线串

串型及数量

一般采用单I串，仅大转角考虑双I串，

绝缘子数量较省

设计风速大时可能需采用双I串，绝缘子数量较多

跳串配重

无需配重锤

需配置较多重锤

塔头尺寸

限制了跳串风偏，可有效压缩塔头尺寸，

缩短跳线支架长度

/

防风偏闪络性能

基本杜绝了跳线风偏闪络

一般

适