何召蓬
山东意和同悦电力工程设计有限公司 山东 济宁 270000
摘要：近年来，伴随着油田的不断发展和城市功能的不断完善，高压输电线路如何避让油气生产区域已成为输电线路设计专业的重要课题。新建输电线路依据政府、油田规划路由进行合理建设，而改造线路路径选择往往受到油气井生产、现有地面构筑物等多种条件制约。因此，输电线路改造路由选择相对困难。本文结合多年来油田相关输电线路改造的经验，探讨如何在受制约路径条件下选择合理的路由方案，总结相关油气区域改造经验，从而为后续类似设计工作提供相应参考。
关键词：交跨油气生产；输电线路；设计
引言
早期的东北电力系统建设主要参照苏联模式进行规划设计，架空线路导线的选取比较粗放，通常按照设计经验进行选取。今日的东北油田电网建设摆脱了粗放式设计的理念，不断借鉴国内外先进设计模式。油田电网下辖各区域电网在建设时均有统一规划，在考虑一定裕度条件下建设时导线采用统一标准，对电网后期的平稳、有效运行具有积极的意义。下面以大庆油田电网为例，介绍油田输电线路导线选取设计方法。
1设计原则
在大庆油田各采油、采气单位的生产区域内，架设输电线路时往往会遇到输电线路交叉跨越油气生产设施区域的问题。如果按照GB50545—2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》及GB50061—2010《66kV及以下架空电力线路设计规范》要求，没有具体对应的油气井生产设施安全距离要求，均笼统归类为甲类火灾危险性的生产厂房、甲类物品库房、易爆材料堆场，以及可燃或易燃、易爆液(气)体贮罐。GB50545—2010第13．0．8条中规定:输电线路与甲类火灾危险性的生产厂房、甲类物品库房、易爆材料堆场以及可燃或易燃、易爆液(气)体贮罐的防火间距不应小于杆塔高度加3m，还应满足其他相关规定。
2架空输电线路铁塔结构设计的要求
因为架空输电线路往往跨越多个地区，需要考虑到不同的地质条件、水文条件和气候条件，所以需要对这些因素进行准确的分析，并对土体和水样进行现场取样测试，以作为铁塔结构设计的依据，提高设计的准确性。同时，架空输电线路铁塔结构的设计应充分考虑当地的风速、平均最高温度值和最低温度值、日晒指数等因素，并结合周边地区现有架空线路的运行状态和自然危害状况等信息，确定合理的铁塔结构设计方案，使其符合当地的自然环境，确保其在运行过程中的稳定性。
3设计方案
3.1导线材料选取
油田电网110kV及以下输电线路导线仍以技术成熟、价格相对较低的钢芯铝绞线为主。该导线运行时间长且生产工艺简单，在具有诸多优点的同时也有局限性，如长期允许运行温度低、钢芯易被电腐蚀等。近年来，伴随着材料的不断发展和更新，出现了高强度铝合金绞线、耐热铝合金导线、碳纤维复合芯导线等新型导线。新型导线价格相对传统导线贵，在油田电网应用还较少，缺乏运行经验。
3.2布置适合的跨越点
(杆塔定位)杆塔定位对于能否安全、经济地跨越油气生产区十分重要。通过跨越点的调整，可以在紧张的路径内完成路由的设计工作。跨越点的确定同时确定了该跨越档的档距，合理的档距可以保证输电线路通过的安全性，配合合理的呼称高度可以满足对廊道设施内的安全距离要求。杆塔的定位需要综合考虑使用的塔形、线路环境、导线的型号以及防雷方式等多种因素，从而在符合要求的条件下使用最少的杆塔数。合理的杆塔布置可以降低项目整体投资。
3.3塔头铰接点的设置
传输线铁塔的内力分析中，通常采用杆节作为铰接点，铰接点的结构设置可参考二铰拱或三铰拱模型。以往架空线路塔身结构设计中，多采用过渡铰钢结构，既符合受力原理，又能减少钢用量，降低塔身结构的施工成本。近几年来，随着输电线路的发展，三铰拱式塔头广泛应用于输电线路中，部分设计人员通过在杆塔中间增加水平连杆来提高杆塔结构的稳定性。
3.4杆系布置
对于杆塔的选型，应根据架空线路的走向和通路区域的地质、水文条件进行合理选择，并根据节点的结构特点和杆塔自身的作用来确定杆系布置方式。首先，导线的横担下方平面斜材布置。一般采用的是斜交式，且多采用导线横担与主材直接斜交连接，这样在承受外力载荷时也能避免变形。这样，类似的结构都可以在铰接点设置短角钢，以加强其抗纵向荷载的作用。第二部分为水平搭腿连杆布置。采用水平横梁时，需要用力学模型进行系统分析，根据横梁从静态到静态的变化过程，在搭腿结构中设置水平横梁，并通过杆塔试验，计算其误差率，确保达到杆塔结构的荷载要求。
3.5选择合适的杆塔高度
由于GB50183—2004中明确要求输电线路与各类油田设施的安全距离，从而限定路径范围内的杆塔高度。若杆塔选择过高，则不满足1．5倍杆高的安全距离要求。若杆塔选择过低，则有可能造成杆塔对障碍物的跨越高度不满足要求。同时，需注意选择杆塔的呼称高度配合问题，若在较小档距内呼称高度差别较大，则会造成绝缘子向内侧或外侧倾斜，严重的情况下会导致杆塔因长期受力不均衡而倾覆。在投资条件充裕的情况下，市区主要干道两侧推荐使用受力性能好、造型美观的钢管杆。钢管杆由于杆身高度和转角度数设计灵活，所以在特殊设计条件下被越来越广泛采用。
3.6安全系数选取
在输电线路设计中，安全系数为破坏应力除以最大使用应力的计算值。根据GB50545—2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》及《电力工程高压送电线路设计手册》，输电线路计算中的安全系数通常不小于2．5。安全系数K值在油田输电线路中的设计选取是否合理，对工程整体造价起到关键性影响。油田电网中砼杆占比依然较大，但在景观路及重要负荷区域使用钢管杆的比例逐渐增多。钢管杆因其美观、占地面积小，将是电网今后的发展趋势。钢管杆本体质量与安全系数紧密相连，本次依据K值设计为依托，讨论不同K值条件下的钢管杆质量，进而选取合理的设计参数。
3.7塔身斜材的布置
铁塔结构中，塔身斜材的型式和布置条件对其稳定性有较大影响，而抗外力距离的计算和选择则是影响其稳定性的重要因素。同时，斜材布置形式的设计应根据铁塔自身情况和塔身宽度进行合理规划，以保证斜材布置形式的科学性。
结束语
本文根据油田电网实际情况论述导线材料、导线截面及安全系数的选取原则，在设计、建设标准上向电网智能化、统一化方向发展，为油田建设提供稳定、可靠的电力能源。伴随着导线材料日新月异的发展，设计方法的不断推陈出新，更节能、更高效的电力通道将不断呈现在油田电网当中。设计人员应具有更广阔的眼界，在电网规划中进行合理负荷分析，制定出适合油田发展的统一建设模式，为建设油田坚强电网而努力。
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