基于提升电网建设适应性的山区10 千伏线路穿越抗树竹倾覆设计研究

许毅

（芜湖银峰电力工程设计有限公司，安徽 芜湖 241000）

一、背景和目的

（一）研究背景

10kV 架空线路运行过程中，树竹倾覆线路是造成线路故障跳闸的一个重要因素。皖北多为平原地区，树竹分布较少，树竹事故发生率较低。黄山地处皖南山区，地形以山地为主，山区树竹数目众多，且生长较快，极易倾覆触碰电力线路引起线路短路、接地及跳闸，为树竹事故高发地带。据统计，2019 年黄山市黄山区全年因树竹故障造成的10kV 线路跳闸高达41 次，多为是树竹事故引发的短路跳闸。不同于平原地区，山区线路一旦发生树竹事故，由于山区线路供电半径多半较长且巡视不便，树竹故障发生后不易发现排除，导致抢修作业时间长，极大地影响了地区用户的供电可靠性。

为了减少山区10kV 线路树竹事故发生率，通常采用两种传统方式。一是在规划线路路径时优先规避树竹密集地区，在确实无法规避的情况下，通过清理线路廊道内及两侧可能引起树竹故障的树竹；二是在线路设计时采用角钢塔高跨或者电缆敷设的方式。传统清理树障的方式虽然有效，但树竹的清理势必对黄山地区的森林资源造成破坏。为了保护生态环境，国家采取了相应的经济杠杆措施来限制树木的砍伐，如提高树木砍伐赔偿费用的标准等，长距离大范围砍伐将直接导致线路造价升高。由于山区树竹生长较快，需要运维人员定期巡视及砍伐廊道内及两侧的树竹，企业运维成本费用也会大幅增加。同样，若采用角钢塔高跨或者电缆敷设的方式，单回路每公里造价将增加至普通线路的2-3 倍，双回路线路造价会增加更多，直接影响黄山地区线路造价，导致地区投资费用的增加。

（二）课题研究目的

结合黄山山区地形特点以及树竹密集的情况，研究提出山区10kV 线路穿越且增加地线的设计。通过采用山区10kV 线路上方架设地线设计，可以避免线路廊道两侧树竹倾覆时直接打在线路上导致线路断线或触发接地，从而提高线路正常运行时抗树竹倾覆的能力，可以避免线路廊道两侧树竹的大量砍伐，同时响应国家保护生态环境的政策，实现最大限度地保护森林资源。通过采用线路穿越设计，可以降低山区线路采用高跨及电缆设计的投资造价，减少了树竹大量砍伐的赔偿费用以及公司运维成本费用，节约项目投资。

因此，提出山区10kV 线路采用穿越且增加地线的设计研究，可以从前期设计角度保证后期线路安全稳定运行，提高山区线路的供电可靠性，降低山区项目投资。在建设好架空配电线路工程的同时，可以最大限度地保护森林资源，实现国家、企业双赢的目标。

二、常见树竹事故的种类

（一）自然灾害

超过设计风速的大风，横向线路吹来时，容易发生导线风偏后和树竹发生闪络的事故，甚至导线挂到树竹上，形成永久性接地故障。另外，树竹在大风作用下，摆向线路侧，甚至倒向线路侧，打到导线上，引起线路故障。

严重的覆冰使导、地线的弛度增大，可能触及或接近垂直下方的树竹，而发生故障。如果此时还有风偏，就极易发生风偏后和线路旁边或山坡上的树竹间的闪络事故另外，线路旁边的树竹，由于覆冰过重压断，也可能倒向线路，导致线路故障。另外，发生火灾，当火苗接近导线或杆塔旁的拉线，就会把导线、拉线烧断或烧伤，造成故障。还有暴雨成灾，造成山坡塌方或泥石流，如果此时山坡上正好有树竹，当树竹随着山坡滑动时，也可能触及导线，而构成线路故障。

（二）外力破坏

如有外来人员在线路底下或附近干活或进行树木砍伐，致使输配电线路发生树竹方面的故障称为外力破坏。即便导线和树竹间的风偏安全距离已经满足规程的要求，但受到外力破坏的树竹倒向线路时，树竹梢即可能会触碰导线，而引起线路瞬间接地故障，甚至树竹头部打到导、地线上，把导、地线打断，引起永久性的接地故障。还有在线路底下砍伐树竹后，搬运时，由于树竹梢部超高，也可能触及导线，造成线路故障。

（三）责任事故

输配电线路由于设计、施工和运行检修人员，对工作不负责任，因其过失造成的树竹方面的事故，称为责任事故。设计人员过失，最容易发生树竹事故是档距中对山坡、陡崖、峭壁等的横断面施测范围不足，往往有遗漏情况，因而未进行风偏校核。这种事故，有时在线路投运后相当长的一段时间内还不会发生。因为发生这种故障的风，可能是10 年一遇，或者是20 年一遇，甚至更长的时间。

黄山地处山区，区域内存在多种小气候，因此造成黄山地区的树竹事故的原因主要是自然因素，后两种因素在实际中发生较少。

三、黄山山区线路走廊内常见的树竹种类

黄山生态系统稳定平衡，植物垂直分带明显，群落完整，森林覆盖率为73%。黄山地区山区线路普遍建设在海拔600 米以下，而在该海拔范围内，由于人们经济活动频繁，山坡植被大多辟为油荼林，荼田以及农田，山坡上常见的森林群落主要为马尾松群落和毛竹林群落。据统计，松树多分布于祁门、黟县和黄山区，毛竹多分布在休宁、黄山区和祁门，其他杂木主要分布在牯牛降和清凉峰，以及祁门、黟县、歙县和黄山区。

茶田种的茶树一般不高，通常在1 米以下。油茶树一般在2～3 米。由于茶树高度普遍不高，因此即便生长在线路廊道内，对线路的正常运行基本没有影响。

图1 黄山地区茶田（左）和油茶树（右）

黄山地区毛竹最高可达20 米，一般在15 米左右，胸径一般在10-22 厘米之间。毛竹分布广泛，生长较快且树竹较高，同时毛竹容易烂根倒塌，是造成黄山山区线路树竹故障的主要树种。

四、架空穿越设计方式进行适应性分析研究

（一）适应性分析

山区线路若采用高跨的方式，在线路施工尤其是线路运行过程中可以大大减少树竹砍伐量，并且显著降低树竹事故发生率，减少运行成本。但高跨方式在10kV山区线路中也有一定的局限性。一般高跨线路杆位均选择在山顶，一旦在冻雪等恶劣天气中出现断线事故，抢修起来费时费力，山区农村线路一般是单回线路，由于无联络线路，一旦停电，恢复供电时间会很长。而且线路杆在山顶还会导致台区的T 接线路很长，部分台区T 接不得不采用电缆。基于以上原因，10kV山区线路的路径通常选择在山脚缓坡和靠近村庄的山腰。由于地势较为平缓，档距不宜选择过大，此时采用电杆架设的方式较为合理。但在实际过程中，也会有部分区域存在树竹高过电杆，不能砍伐、不能绕道的极端状况，在这种情况下采用架空线穿越的方式较为适宜。在线路设计上，黄山公司建议山区10kV 架空线路采用“坚强导线，坚强拉线，坚强避雷线”的方针，尽量做到不砍伐树竹。因此，导线采用树竹可频繁接触的、带钢芯的厚绝缘导线，在穿越的方式下，为防止树竹倒下时覆压导线，10kV 线路杆顶架设钢绞线，兼做避雷线及保护线。

（二）经济性比较

根据国家电网办【2019】826 号文，国家电网公司将进一步严格控制电网投资，提升公司经营绩效，保障公司和电网可持续发展，更好地服务国民经济和社会发展。另外由于山区地形系数较高、地质分坑中的岩石比例以及人力运输影响，10kV 线路单位造价往往较高。因此在10kV 线路设计时，需考虑不同方式下的单公里造价对比情况从而进行选择。

五、结论及成效分析

（一）结论

由于树竹覆压地线力学计算中存在的动态变量较多，因此本课题仅在若干限定工况条件下进行研究分析并进行适度扩展分析。综上分析，在无冰且风速为10m/s 的工况条件下发生树竹倾覆地线时，梢径190mm 的15m，M 级钢筋混凝土电杆的杆根弯矩计算值小于允许弯矩值，会发生断杆现象。梢径230mm 的15m，N 和Q 级钢筋混凝土电杆均能够满足要求。在无冰且风速为15m/s 和29m/s 的工况条件下发生树竹倾覆地线时，仅有梢径230mm 的15m，Q 级钢筋混凝土电杆均能够满足要求，实现在不打拉线的情况下，不发生断线和断杆情况。

（二）成效分析

通过提出山区线路穿越并架设地线的设计，一方面能够兼做避雷线，降低雷击事故；一方面能够在减少树竹砍伐，避免森林资源破坏的前提下，增强山区线路抗树竹倾覆能力，减少树竹直接倾覆在导线线引发短路跳闸事故，提高山区线路的供电可靠性。同时相对于采用角钢塔和电缆的线路设计，单位公里造价减少30-80 万，经济性非常显著。