为提高电网应对自然灾害的能力，科学指导灾后改造重建和未来电网发展，国家电网公司发布了架空输电线路设计企业标准。对企业标准的重要条款进行了解读，对新旧线路设计规程规定的异同进行梳理，对新企业标准中提高标准、修订完善的具体条款进行了技术经济分析，以期为输变电工程设计和建设单位对新标准的理解和应用提供参考。

　　0 引言

　　2008年初，我国南方地区经历了一场历史罕见的长时间、大范围持续低温雨雪冰冻灾害，造成湖南、贵州、江西、浙江等地区电网发生大范围倒塔、断线和闪络事故，各级电网遭受严重损害，部分地区电力供应中断。

　　为吸取抗灾经验，提高电网应对自然灾害的能力，国家电网公司制定了《110—750kV架空输电线路设计技术规定》等5项电网建设企业标准(以下简称新企标)，科学合理地指导电网灾后重建和电网发展。本文在对2008年冰灾事故及其成因调研和分析基础上，对新旧线路设计规程规定的异同进行梳理，对新企标中提高标准、修订完善的具体条款进行了阐释，对执行新标准后线路造价进行了测算。

　　1 电网受灾情况及受损原因分析

　　1.1 电网受灾情况统计

　　2008年初的雨雪冰冻灾害对经济、社会和居民生活供电造成了严重影响。国家电网公司经营区域内华中、华东及所属10个省级电网遭受了严重灾害，其中湖南、浙江、江西电网设施损毁最为严重。国家电网公司经营区域共计37个地市545个县(区)供电受到影响，低压配电网累计停电台区21.9万个，停电用户2705.8万户。雨雪冰冻灾害累计造成国家电网公司范围内线路停运15284条，倒杆倒塔171767基、杆塔受损12307基。各电压等级884座变电站停运。

　　1.2 冰灾导致电网受损原因分析

　　我国输电线路设计按线路预期服役年限及重要程度有相应的外荷载设计标准，电压等级越高、重要性越强的线路，可靠度标准越高。当实际外荷载超过预期标准值时，将发生杆塔结构破坏，严重时发生断线、倒塔事故。

　　杆塔在不同覆冰厚度下的荷载见表1，从表1中可以看出杆塔荷载随导线和杆塔覆冰厚度的增加而大幅度增大。覆冰厚度由10mm增加至50mm时，杆塔垂直荷载为10mm覆冰厚度时的5.4倍，纵向荷载为13倍。

   经过对冰灾事故的现场调查分析，此次倒塔的大部分输电线路是按覆冰15mm及以下轻冰区标准设计的，而实际覆冰厚度已经超过30mm，部分地区超过60mm，远远大于设计值。历史罕见的极端天气使线路覆冰值大大超过了设计标准值是此次冰灾事故的主要原因。

　　(1)倒塔情况。在线路倒塔事故中，直线塔占倒塔事故的92%，耐张塔占8%；湖南省高、低海拔地区均有倒塔事故发生，其他省份则集中发生在海拔400m以上的丘陵山区。

　　(2)杆塔受损情况分析。杆塔损毁主要因为纵向不平衡张力作用将铁塔拉坏、断线冲击荷载作用将铁塔扭坏和垂直荷载作用将铁塔压坏。其中，前2种类型破坏是主要原因，占倒塔总数的95%；在杆塔局部受损中，大多数是地线支架受到破坏，部分是导线横担受到破坏；设防为轻冰区的铁塔损坏比例较大，15mm及以下轻冰区铁塔损坏比例占总铁塔损坏的94%，20mm及以上重冰区占6%。

　　(3)覆冰闪络情况分析。在湖南、江西、浙江等地区重覆冰情况下，绝缘子串覆冰多呈现冰柱桥接状态，导致覆冰闪络。同时，变电站设备外绝缘覆冰放电严重，冰柱脱落引发相间短路。

　　2 架空输电线路设计企业标准的编制过程及主要内容

　　根据对电网冰灾受损原因分析，我国电网轻冰区线路抗覆冰能力偏低，尤其是直线塔和地线部分更为明显。根据国内外抗冰灾的成功经验，有必要适当提高架空输电线路的设防标准，完善和补充输电线路的设计规定，提高输电线路应对覆冰等自然灾害的能力。

　　2.1 架空输电线路设计企业标准的编制过程及依据

　　2008年冰灾发生前，我国架空输电线路的设计标准主要依据《110-500kV架空送电线路设计技术规程》、《重冰区架空送电线路设计技术规定》等规程规范。多年运行实践表明，我国按现行电网设计规程所设计的各电压等级的输电线路是合理的。2008年的雨雪冰冻灾害，已大大超过原设计标准，导致线路倒塔、断线等严重事故。

　　此次雨雪冰冻灾害后，国家电网公司对原线路设计规程规范进行认真研究，汲取以往运行经验和国际上输电线路抗覆冰相关经验，在现有线路设计规程的基础上，组织完成了《110—750kV架空输电线路设计技术规定》(Q／GDWl79)等5项电网建设的企业标准。

　　新企标Q／GDWl79将750kV输电线路设计标准与110-500kV进行了统一；适度提高了线路设计气象条件的设防水平和各级冰区覆冰不平衡张力的规定值；对输电线路的覆冰厚度进行了合理分级，制订和完善了中冰区输电线路和重要线路的设计原则。作为常规输电线路设计规定的补充，新企标Q／GDWl81在原重冰区线路设计标准的内容深度和技术规定上均进行了修订，提高易覆冰地区输电线路抵御自然灾害的能力。

　　2.2 架空输电线路设计企业标准的编制原则

　　新企标按照安全可靠、技术先进、防抗结合、经济合理的原则，在分析总结覆冰灾害对电网安全造成的危害和影响的基础上，兼顾工程可靠性和经济性，修订了全国统一的电网工程设计标准，适度提高电网设防标准，加强电网抵御自然灾害的能力。

　　2.3 架空输电线路设计企业标准的主要内容

　　(1)路径选择。针对输电线路走廊资源日趋紧张的问题，新企标在原规程有关线路路径选择基础上补充了路径的优选、避让及无法避开时应采取的措施；同时，缩短了轻、中、重冰区的耐张段长度。

　　为提高线路抗灾能力，新企标路径章节还增加了关于限制档距和高差等内容的规定。

　　(2)气象条件。为了适度提高线路设防标准，同时处理好可靠性与经济性的关系，新企标调整了架空输电线路气象条件设防水平；在现行设计规程基础上增加10—20mm中冰区设计规定，对重要线路荷载水平进行了补充完善。

　　新企标还调整细化了安装、雷电过电压、操作过电压、带电作业等工况的气象条件。

　　(3)导线和地线。为了加强导、地线的抗覆冰能力，在稀有风速或稀有覆冰气象条件下，新企标将导线弧垂最低点的最大张力和导线悬挂点的最大张力(小于其拉断力)的限定值增加17%，同时限定了光纤复合架空地线(OPGW)的设计安全系数。

　　为了提高线路抗舞动能力，新企标还规定了导、地线平均运行张力的上限和相应防震措施。

　　(4)绝缘配置、防雷和接地。根据反事故措施，实施办法，新企标调整了各级污区的绝缘配置原则和绝缘子的爬电距离要求。新企标还规定和调整了一般地区工频电压、操作过电压相间最小间隙和空气放电电压海拔修正系数。

　　(5)杆塔型式。为规范杆塔分类，新企标中明确了杆塔划分型式；在Q／GDWl82--2008中补充规定了中、重冰区输电线路的推荐和不宜采用的杆塔型式。

　　(6)杆塔荷载。为改善铁塔抗弯、抗扭性能，提高铁塔承载能力，新企标调整了悬垂型和耐张型杆塔断线时荷载的组合方式和导地线断线张力的取值范围。新企标中还提高了各级冰区导、地线及绝缘子串覆冰后风荷载增大系数和风压高度变化系数。

　　(7)其他。根据国家对环境保护、劳动安全、工业卫生的相关规定和要求，新企标增设了环境保护章节、劳动安全和工业卫生章节。

　　3 架空输电线路新企业标准的技术分析

　　3.1 新企标全面提高了输电线路建设的设防水平

　　新企标参考国家建筑结构设计规定，10kV及以下送电线路设防标准按15年一遇考虑；66-330kV电网设防标准由15年一遇提高到30年一遇；500kV电网设防标准由30年一遇提高到50年一遇；750kY电网设防标准为50年一遇；正在建设的特高压工程设防标准按100年一遇考虑。

　　当重现期由30年提高到50年，线路设计风速提高了5%，风压提高了10%；塔重相应增加5.5%，本体造价增加约4%，杆塔结构构件可靠度提高了1个等级。上述数据表明，当重现期由30年调整到50年时，线路造价增幅不太高，但杆塔抗风灾能力提高很大，新企标对提高线路设计气象条件的设防水平是合适的。

　　3.2 新企标合理划分了输电线路的覆冰厚度

　　根据对冰灾杆塔受损原因的分析，我国电网按覆冰在15mm及以下设计的线路铁塔，在2008年的冰冻灾害中损坏比例高达损坏铁塔总数的94%，有必要适度地提高线路的设计标准；但随着线路设计覆冰厚度的增加，杆塔重量和相应的造价也大幅增加，为提高线路抗灾能力的同时降低工程造价，新企标中增加了对10—20mm中冰区的划分，形成0-10mm轻冰区、10—20mm中冰区和20mm及以上重冰区设计覆冰厚度的合理分级。

　　3.3 新企标制定了中冰区输电线路的设计原则

　　新企标对中冰区线路路径选择、导地线选型和布置方式、杆塔型式等有相关的要求。中冰区耐张段长度一般不宜超过5km；计算导、地线和杆塔自身覆冰风荷载时需考虑导、地线和杆塔构件覆冰后风荷载增大的系数。新企标对中冰区增加了线路纵向不平衡张力的取值范围，从而增强了线路抗覆冰过载的能力。同时，中冰区的划分也将线路造价的增幅控制在一定的范围内，更适于我国电网工程建设的实际。

　　3.4 新企标适度调整了各级冰区不平衡张力的取值

　　输电线路的档距、高差以及不均匀覆冰等情况都会在杆塔两侧产生不平衡张力，当超过铁塔材料的屈服强度时就会发生杆塔损坏事故。表2-3是对7档耐张段模型进行不平衡张力仿真计算的结果。在覆冰率为100%／30%(杆塔两侧的覆冰率)情况下，各电压等级悬垂塔的不平衡张力的计算结果见表2。由于750kV输电线路基本上处于轻冰区，因此本文只对500kV输电线路的耐张塔在不同覆冰率下的不平衡张力进行了仿真计算，结果见表3。

　　对于杆塔结构设计，纵向不平衡张力主要控制塔身侧面斜材和塔身横隔面部分杆件，当设计时规定一个纵向不平衡张力后，人为提高了塔身侧面斜材的受力和材料规格，从而增加了塔身侧面的刚度。通过对冰灾大量倒塔实例的验算，新企标中调整了线路杆塔纵向不平衡张力的取值范围。无冰区和5mm冰区可不考虑不均匀覆冰情况引起的不平衡张力；轻中冰区导线、地线的不平衡张力取值应不低于表4规定；重冰区导线、地线的不平衡张力取值应不低于表5规定。

　　3.5 新企标适度调整了各级冰区断线张力的取值

　　根据对冰灾杆塔受损原因的分析，纵向不平衡张力将铁塔拉坏、断线冲击荷载将铁塔扭坏占受损铁塔的95%。为适度提高轻中冰区安全裕度，并兼顾各电压等级线路的适用性，便于工程实际操作，通过对大量因冰灾倒塔的实例验算，新企标中调整了线路杆塔断线张力的取值规定。轻、中冰区断线张力取值应不低于表6规定；重冰区断线张力取值应不低于表7规定。

　　3.6 新企标补充完善了杆塔设计荷载组合形式

　　杆塔各构件所受内力主要取决于该点上某一个方向上的荷载。断线张力主要控制塔头部分构件的受力；不均匀覆冰荷载主要控制塔身斜材的受力；正常运行情况荷载主要控制塔身主材的受力。为提高线路应对各种灾害的能力，新企标增加了杆塔设计荷载的工况组合。对轻冰区补充了杆塔承受最大弯矩工况，直线塔和耐张塔均考虑每相导线和每根地线同时同向有不均匀冰荷载的情况；对中、重冰区补充了杆塔承受最大弯矩和扭矩2种工况，直线塔和耐张塔均考虑每相导线、每根地线同时同向有不均匀冰荷载和同时不同向有不均匀冰荷载。同时，为提高覆冰时风荷载、地线垂直荷载及不平衡张力荷载水平，新企标提高了各级冰区导、地线及绝缘子串覆冰后风荷载增大系数，如表8所示。

　　3.7 新企标制定了重要线路的设计标准

　　为保证严重自然灾害条件下主网安全稳定运行和对重要用户的持续供电，新企标增加关于重要线路的设计规定。对于重要输电线路的重要性系数取1.1，使其安全等级在原有标准上进一步提高；对易覆冰区段采取覆冰设防加强措施，必要时按稀有覆冰条件进行机械强度验算；对于运行抢修特别困难的局部区段线路，采取适当加强措施，提高安全设防水平；对覆冰地区的重要线路考虑安装线路覆冰在线监测装置，并采取相应防冰、减冰、融冰等措施。

　　4 应用新企标架空输电线路的造价分析

　　4.1 新旧标准设计的输电线路造价对比

　　采用国家电网公司线路工程典型设计5A(500kV单回线路，导线截面4X400mm2，覆冰10mm，风速30m／s)、2D(220kV单回线路，导线截面2X400mm2，覆冰10mm，风速30m／s)、IJ(110kV双回线路，导线截面2X240mm2，覆冰10mm，风速30m／s)模块组合方案和典型造价取费标准规定，编制新旧标准下各电压等级10、15mm覆冰输电线路概算，结果如表9所示。不同电压等级在10mm覆冰条件下，新旧标准输电线路设计造价比在1.05-1.11；15mm覆冰条件下，新旧标准输电线路设计造价比在1.07—1.22。在相同电压等级下，输电线路造价随平地、丘陵和山地等地形复杂程度的增加而增加。

　　新企标在轻冰区和中冰区的线路设计中加大了纵向不平衡张力的取值，加强了线路的抗覆冰能力，同时也较好地控制了造价增量。

　　4.2 新企标下不同覆冰输电线路造价的对比

　　如表10所示，新设计标准下，随覆冰厚度的增加输电线路造价成递增趋势。覆冰厚度由10mm增加至15mm时，线路造价增加12%；覆冰增加到30inlB时，线路造价增加139%。

　　5 结语

　　通过对冰灾事故及其成因调研和分析，对新旧线路设计规程规定的异同进行了梳理，认为新企标的规定更为具体和完善。对执行新标准后线路工程造价进行了测算。结果表明：随着设计覆冰厚度的增加，电网工程的造价也会增加，增加幅度视具体线路设计的覆冰厚度而定。在当前电网快速发展的关键时期，希望通过对新企标的解读为输变电工程设计和建设单位对新标准的理解与应用提供参考。(来源：《电力技术经济》2009年第5期 作者：肖智宏 刘学军 李显鑫 史雪飞 袁兆祥 张子引 葛旭波 张卫东)