输变电工程土建工程结构的安全性与耐久性评价分析

刘 旋 徐荣健

（南瑞电力设计有限公司）

0 引言

随着现代社会对电力需求的不断增长，输变电土建工程的安全性与耐久性成为了工程领域中一个至关重要的话题。输变电土建工程是指为了满足电力传输和配电需求，在一定的地点将不同电压等级的电缆或电线通过建筑物的墙壁或屋顶等结构进行布设。这些工程结构不仅要承受外部环境因素的影响，还要保证电力传输的安全性和稳定性。

1 输变电工程概述

1.1 概念

输变电工程属于电网主网架建设中的重要工程项目，包括输电线路工程与变电所工程，所需费用较高，工程施工极为复杂，施工技术要求高。输变电工程一般包括电气安装、通信及自动化、土建、电气设备调试、系统启动调试等。其一，电气安装包括高压设备等一次设备的安装，也包括保护与控制系统等二次设备的接线与安装；其二，通信及自动化指的是通信工程与变电所自动化；其三，土建涵盖设备基础、建筑物工程、四通一平、构架基础等；其四，电气设备调试就是对安装的一次设备与二次设备进行试验与调整；其五，系统启动调试指的是在输变电工程建设施工结束后，对输电线路与变电所的运行情况进行启动调试。

1.2 输电线路长度及建筑预算参考增长情况

（1）输电线路回路长度稳定增长：据中国能源大数据报告，截止2021年底，全国220kV及以上输电线路回路长度共8.4×105km，较2021年同比增长5.79%，总体呈稳定增长。2017～2021年220kV及以上输电线路回路长度增长情况如图1所示。

图1 2017～2021年220kV及以上输电线路回路长度增长情况

（2）建筑工程费用预算增长情况：据国家电网有限公司公布，2019～2023年建筑工程预算费用整体呈稳定增长趋势。其中，2022年因受疫情、经济等因素的影响，增速下降了2.6个百分点。2019～2023年220kV建筑工程预算费用增长情况，如图2所示。

图2 2019～2023年220kV建筑工程预算费用增长情况

1.3 输变电土建工程结构的组成部分

（1）基础：基础是输变电土建工程结构的重要组成部分，主要承受建筑物的重量和外部压力。基础的选取应考虑土壤的承载能力、建筑物的高度和位置、地基沉降等因素。

（2）地基：地基是建筑物与土壤之间的连接部分，主要承受建筑物的荷载和变形。地基的选择应根据土壤的性质、建筑物的高度和位置等因素进行。

（3）承台：承台是建筑物底部的一个结构部分，主要承受建筑物的荷载和传递给地基的荷载。承台的选取应考虑建筑物的结构和功能要求，以及地基的承载能力。

（4）结构柱：结构柱是输变电土建工程结构中的主要支撑部分，负责承受建筑物的荷载和提供结构稳定性。结构柱的选取应根据建筑物的结构和功能要求进行。

（5）梁：梁是建筑物中的水平支撑部分，负责承受楼板的荷载和提供结构稳定性。梁的选取应根据建筑物的结构和功能要求进行。

（6）屋顶：屋顶是输变电土建工程结构中的顶部部分，主要承受自然界的荷载和提供建筑物的防水功能。屋顶的选取应考虑建筑物的功能要求、防水等级和自然环境等因素。

2 输变电土建工程结构的安全性与耐久性评价

2.1 输变电土建工程结构的安全性评价内容

如图3所示，输变电土建工程结构的安全性评价内容包含抗倾覆能力、承载能力、防火性能、逃生能力和抗震性能。

图3 输变电土建工程结构的安全性评价内容

（1）抗倾覆能力：抗倾覆能力是指结构在遭受外部荷载作用下，保持稳定性的能力。输变电土建工程结构在遭受地震、台风等自然灾害作用时，抗倾覆能力尤为重要。因此，在结构设计中，需要进行抗倾覆能力的分析和评估。抗倾覆能力的设计应考虑土壤的稳定性、结构的高度、地基的承载能力等因素。

（2）承载能力：输变电土建工程结构的承载能力是评价其安全性的重要指标。承载能力指的是结构能够承受的最大荷载。在设计输变电土建工程结构时，需要根据工程的规模、负荷和使用条件等因素，进行合理的承载能力设计。承载能力的设计应考虑土壤的性质、工程的高度、地基的承载能力等因素。

（3）防火性能：输变电土建工程结构在遭受火灾等外部事件作用时的防火性能是评价其安全性的重要指标［1］。在设计输变电土建工程结构时，需要进行防火性能的分析和评估。防火性能的设计应考虑土壤的性质、结构的高度、地基的承载能力等因素。

（4）逃生能力：输变电土建工程结构在发生紧急情况时的逃生能力是评价其安全性的重要指标。在设计输变电土建工程结构时，需要考虑逃生通道的设计和设置。逃生通道的设计应考虑结构的形状、高度、面积等因素，以确保人员在紧急情况下能够及时、安全地撤离。

（5）抗震性能：输变电土建工程结构在地震等自然灾害作用下的抗震性能是评价其安全性的重要指标。在设计输变电土建工程结构时，需要进行抗震性能的分析和评估。抗震性能的设计应考虑土壤的性质、结构的高度、地基的承载能力等因素。

综上所述，在设计输变电土建工程结构时，需要对这些方面进行详细的分析和评估，以确保结构的安全性和稳定性。

2.2 输变电土建工程结构的耐久性评价内容

如图4所示，输变电土建工程结构的耐久性评价内容包括抗腐蚀能力、氧化还原能力、适应性能力和耐候性能力。

图4 输变电土建工程结构的耐久性评价内容

（1）抗腐蚀能力：输变电土建工程结构经常暴露在外部环境中，如大气、水、土壤等，因此其抗腐蚀能力是非常重要的。对于输变电土建工程结构，需要考虑其使用的材料、结构形式以及所处的环境等因素，来评估其抗腐蚀能力。

（2）氧化还原能力：氧化还原能力是指材料在氧化还原反应中抵抗氧化的能力。在输变电土建工程结构中，由于材料的不同，其氧化还原能力也会有所不同。对于某些材料，可以通过对其进行氧化还原试验来评估其氧化还原能力。

（3）适应性能力：输变电土建工程结构的适应性能力是指其能够适应不同环境条件的能力。对于输变电土建工程结构，需要考虑其在不同环境条件下的变形、挠性、稳定性等性能，来评估其适应性能力。

（4）耐候性能力：耐候性能力是指材料在长期暴露于不同环境条件下，其性能保持不变或变化不明显的能力。对于输变电土建工程结构，需要考虑其使用的材料、所处的环境等因素，来评估其耐候性能力。

3 输变电土建工程结构的安全性与耐久性评价中的挑战

3.1 工程环境的复杂性

输变电土建工程结构的安全性与耐久性评价需要考虑到其所处的环境条件［2］。这些环境条件包括工程地点的地形、地貌、气候、土壤、水文、电气等因素。这些环境因素的复杂性会对工程结构的安全性和耐久性产生影响。例如，在地震、台风、洪水等自然灾害发生时，输变电工程结构需要能够承受这些自然灾害的影响。

3.2 材料的变质和老化

输变电工程结构所使用的材料包括金属、非金属、高分子材料等。这些材料的变质和老化会对工程结构的安全性和耐久性产生不利影响。例如，金属材料的腐蚀和疲劳损伤，非金属材料的蠕变和断裂，高分子材料的老化等。因此，在输变电土建工程结构的安全性与耐久性评价中，需要考虑到材料的变质和老化问题，并采取相应的措施来延长材料的寿命。

3.3 设计施工及维护中的问题

输变电土建工程结构的安全性与耐久性评价还需要考虑到设计施工及维护过程中可能出现的问题。例如，在施工过程中，由于工艺、材料等因素的影响，可能会导致工程结构的变形、开裂等问题。在维护过程中，由于工程结构的复杂性，可能会出现零部件的损伤、失效等问题。因此，在输变电土建工程结构的安全性与耐久性评价中，需要考虑到设计施工及维护过程中可能出现的问题，并提出相应的解决方案。

4 应对输变电土建工程结构的安全性与耐久性挑战的措施

4.1 强化设计审查和评估

首先，严格审查设计文件。在设计审查过程中，应仔细检查设计文件中的每个细节，包括土建工程结构的安全性和耐久性。设计文件中的错误和疏漏应该及时发现并指出，以确保工程的安全性和耐久性。其次，进行结构安全性评估。在设计审查和评估的过程中，应该对土建工程结构进行安全性评估。安全性评估可以检查结构的承载能力、稳定性和抗震性能等方面，以确保结构的安全性。再次，进行耐久性评估。耐久性评估可以检查结构的耐久性，包括抗腐蚀、防水、抗氧化等方面。对于易腐蚀和易氧化的构件，应该采取相应的措施，以确保结构的耐久性。最后，建立设计评估机制。为了确保设计审查和评估的质量和有效性，应该建立设计评估机制。设计评估机制可以对设计文件进行定期评估，以确保工程的安全性和耐久性。

4.2 严格材料和设备选择

输变电工程所使用的材料和设备必须具备足够的强度、耐久性和稳定性，以保证工程的质量和安全性［3］。在进行材料和设备选择时，需要考虑以下几个方面：

（1）强度和稳定性：输变电工程结构的强度和稳定性必须能够承受预期的负荷和压力，同时保持稳定和安全。因此，必须选择具有足够强度和稳定性的材料和设备。

（2）耐久性：输变电工程材料和设备必须能够保持长期的美观和使用寿命，同时减少维护成本。因此，必须选择具有足够耐久性的材料和设备。

（3）温度和湿度：输变电工程结构的工作环境可能会受到温度和湿度的影响，因此必须选择能够适应这种环境的材料和设备。

（4）腐蚀和氧化：输变电工程结构可能会受到腐蚀和氧化的影响，因此必须选择能够抵抗这种影响的材料和设备。

4.3 加强监测和维护

（1）定期检查：建立一个定期检查系统，对土建工程结构进行定期的监测。这将有助于发现潜在的安全问题，并及时采取措施进行修复，防止问题的进一步恶化。

（2）损伤检测：利用传感器和实时监测技术对土建工程结构的损伤进行检测。这些损伤数据将有助于评估结构的耐久性，以及确定何时进行维修或更换。

（3）数据记录：建立一个数据记录系统，对监测数据进行记录。这将成为评估结构安全性和耐久性的重要依据，并为未来的维护和修复提供参考数据。

（4）预防性维护：根据监测数据和专家意见，制定一个预防性维护计划。这将确保在结构出现问题时，能够及时采取措施，保证工程的安全性和耐久性。

（5）定期评估：对土建工程结构进行定期的评估，以确保其始终满足安全性和耐久性的要求。这将有助于发现潜在问题，并采取适当的措施进行修复。

5 结束语

在输变电土建工程中，结构的安全性与耐久性是至关重要的因素。这些工程的设计和建设必须考虑到自然环境和工程荷载等因素，以确保结构的稳定性和可靠性。通过全面的安全性与耐久性评价分析，可以优化工程设计，提高结构的安全性和耐久性，确保工程的安全运行。因此，对于输变电土建工程的安全性与耐久性评价分析，应该充分考虑自然环境和工程荷载等因素，并采取相应的措施以确保结构的稳定性和可靠性。