世界首例!中国在雄安给特高压输电线路“动手术”

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雄安新区1000千伏定河线迁改工程是国际上首次1000千伏等级线路的迁改,过程中采用海拉瓦技术,将影像变为三维数字模型;用GPS+CORS:实现杆塔架设的精准定位;运用不停电跨越技术,既不损失用户又节省成本……甚至,无人机、直升机都派上了用场。

出品| 网易新闻

作者| 一安电流,电力从业人员

2018年6月29日,历时29天,1000千伏定河I、II线特高压输电线路迁改工程顺利竣工送电,这是国内同时也是国际上首次进行的1000千伏等级线路的迁改,无经验,无捷径,只能摸索前进。

(一)1000千伏特高压迁改是个什么工程?

这项工程,听起来就很绕口,不过你肯定能记住几个关键词:特高压、国际首次。

据介绍,这条线路的落地将会直接加速京雄城际铁路、京港台高铁的建设,铁路建成后将促进京津冀协同发展和雄安新区建设,堪称千年大计、国家战略的“最强BUFF”。

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1000千伏定河线作为特高压骨干网架的重要组成部分,是蒙西地区丰富的煤电资源外送通道,又承担着京津冀地区电力负荷供应,是雄安新区的最佳电力“外援”,可以保证雄安源源不断的电力供应。

既要满足今后十到二十年雄安新区用电,又要保证改动后电力骨干网架不出问题,这是前所未有的挑战。

(二)建设1000千伏输电线路是不是“乱砸钱”

我们今天说的这个工程,其中一个关键词是特高压,那到底什么才叫特高压呢?国际公认的特高压是指交流1000千伏及以上或直流±800千伏及以上的电压等级,所以雄安新区这个输电线路迁改工程是名副其实的特高压输电线路工程。

目前中国在建和已建成的特高压线路,有“八交十四直”,即八条交流特高压输电线路和十四条直流特高压输电线路,规模位居世界第一,是毋庸置疑的特高压建设领跑者。

(中国特高压工程建设现状)

相比一般输电线路,特高压有输送容量大、送电距离长、线路损耗低、占用土地少等优点。据了解,1000千伏交流特高压输送电能的能力(专业说法是输送容量)是500千伏输电线路的5倍,更别说是220千伏的多少倍了。毫不夸张地说,如果200千伏是一般水泥路,500千伏就是省级公路,而1000千伏就是高速公路。

通常,建设这么牛的线路,首先会被质疑是不是“乱砸钱”。那么我们就来算一算。

1、更远输送距离,带来更省钱送电方式

在电力行业有个专业术语叫“经济输送距离”,就是经过了一些复杂的计算,得出的最省钱的送电方式。

我们都知道,输电线路在输送电能时会有损耗,500千伏线路的经济输送距离一般为600~800公里,而1000千伏线路,可以输送1000~1500公里甚至更长,所以把西部巨大能源搬到遥远的中东部地区,选择后者会更经济。

2、输电能力更强,占用的土地却更少

建设线路铁塔要占用土地(线路走廊),要耗费资金,一般建一条1000千伏线路走廊所占用的土地相当于2条500千伏线路。

但前文说过,建一条1000千伏特高压输电线路能顶5条500千伏超高压输电线路,所以,特高压更节省用地便不言而喻了。

当然,特高压也不是万能的,电磁干扰的问题无法回避。另外如此高的电压需要一座很大的变电站,全天候轰隆隆的噪声也是随之而来,所以,一般只有在极其偏远的郊区,你才能见到特高压的变电站(直流的叫做换流站)。

(三)特高压线路建设有哪些黑科技

1000千伏定河线是国内乃至世界首例1000千伏特高压线路迁改,无经验,无捷径,那么,特高压线路究竟有何建设难点,又运用了哪些“黑科技”呢?

1、海拉瓦技术:高度智能“复盘”环境

线路的每一基杆塔都是结合地形、气象等专门设计,包括杆塔的转向角度、每根钢材的长度、使用的螺栓型号都是不尽相同的。因此,掌握杆塔的具体位置和建设进度就极为重要,一旦发生偏差,将引起一连串差错,甚至整个工程验收不合格,这就要用到海拉瓦技术。

海拉瓦(Halava)一词来源于美国军方海拉瓦系统,简单来说就是一套高度智能的数字沙盘。它借助卫星、飞机、全球定位系统等技术手段,利用高精度扫描仪与计算机信息处理系统,将获取到的影像资料变成正射影像图,建立三维立体模型。

设计施工人员能够直观了解待建线路杆塔附近的情况、地形地貌,收集整个基础施工的过程数据、进度指标。借助优化规划技术,还能做到路径和塔位的最优选取,使建设方案达到总体最优。

(某发电厂数字沙盘)

2、GPS+CORS实现杆塔架设的精准定位

1000千伏特高压定河线8基钢管塔中,最重N8塔全重242吨,塔高最高的N3塔全高120.4米,最轻的N6塔也要137.6吨,最低的N1塔全高也要95米。而这些塔杆要如何实现精准定位呢?这其中首要用到的叫做CORS测量。

利用多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站(CORS)已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS测量,在校正点上只需测量3分钟,在测区范围内联测足够的已知点,就可以根据需要布设控制点。

不过,CORS也不是万能的,卫星信号受遮挡时,接收机会自动从CORS系统断开,每次重新接入都需要2-3分钟,而且,CORS系统在没有手机信号的地方无法作业,在地物测绘和地形测量中,由于CORS的不稳定性,无法发挥GPS的作用。

所以,在杆塔架设时,综合GPS和CORS系统,才可实现塔位时时精确定位。

3不停电跨越技术:保证电力供应又保证进度

建设线路时,面临的另一大难题是经常需要跨越不停电线路。大部分高压输电线路都是裸导线(10千伏及以下线路带绝缘皮),一旦跨越施工时不慎落到带电导线上引起短路,不仅产生极大电流,而且会引起附近变电站跳闸断电。

而为什么不能停电施工呢?因为停电是一件非常复杂且有计划性的工作,每个停电计划都要提前一月甚至半年上报,然后经过综合考量后才能决定什么时间停电。且每条输电线路都是有输送上限的,一条停电,其他线路就要分担送电任务,可能就会达到它的上限,造成危险。因此,线路建设尽量选择不停电跨越施工,既可以保证电力的正常供应,又能保证工程进度。

为了不引起短路,电力工人的策略是使用迪尼玛高强度绝缘绳作为承力绳索,采用玻璃钢防护杆和绝缘网一起构成安全防护。配合相应作业流程和方法,严格落实安全、技术、组织措施,就能保证安全跨越。

4百米杆塔如何架线?无人机又派上了用场

电力施工得架线,而这个过程可不是用个滑轮就能把导线吊上去的。特高压输电线路的杆塔高达百米,导线很粗,且有6-8根,直接提拉导线非常困难,即使采用机械化程度很高的张力放线,也依然很难。且考虑到树木遮蔽、环境保护、地势陡峭等不利影响,施工就更加困难。

《了不起的中国制造》栏目在此前介绍虎门二桥时,提到过无人机可以牵引缆索帮助架桥,而这无人飞行器同样可以架电力导线。它可在百米以上高空悬停,以展放导引绳进行离地操作,在施工质量和速度上都有具有无可比拟的优势。

先让飞行器将截面小的迪力玛绳展放到指定放线段上,再通过迪力玛绳逐步牵引截面更大的牵引绳。扯啊扯啊把导线扯上去,再通过放线机械拉一拉,导线就这样架设完成了。

5、不止无人机,连直升机都能组塔

搭线之前得先组塔。传统特高压建设采用抱杆或吊车进行分解组塔,最轻的塔也要137.6吨,靠传统方式费时费工。如果有个大件能把这么重的东西“抡起来”就好了——直升机用于户外吊装恰到好处。

直升机悬停稳定性高,抓力强,它采用地面分段组装的方式——把铁塔分成若干塔段,在地面组装好后,再由下至上依次分段吊装、空中对接,这种方式减少了高空作业风险,提高了施工作业安全性。同时,因为无需将组塔设备和塔材运输至塔位现场,避免了运输通道砍伐和植被破坏。

直升机可以连续对3-5公里范围内的几级塔进行连续作业,所需地面配合人员较少,减少了劳动力,工期效率大大提升。

(四)给输电线路做手术可是个精细活儿,如何把线漂亮?

特高压线路迁改可谓是个“大手术”,除了采用创新技术外,还要“做工精细”,保证工程质量。

1、交叉作业,缩短工期

特高压线路迁改不同于一般线路的迁改,正常的流程是撤线、组立新塔、重新放线、校核。本次迁改在各个阶段采用了平行施工样板化作业方式,就好比模块拼插一样的交叉作业流程,又因地制宜采用了新技术与新工艺,因而大大缩短了工期,使得工程迅速投运。

2商品混凝土,降低对环境的影响

以往在特高压线路基础混凝土浇筑时,是将砂石、石灰、水泥等所需要的原材料运输到所在位置,集中在现场进行搅拌,再应用分散作业。这种传统的施工方法会产生施工效率不高,不但混凝土质量无法保证而且会消耗大量的原材料,破坏施工现场的环境。

所以此次采用商品混凝土代替现场混制,商品混凝土施工效率高,节约原材料的同时保证了混凝土的质量。

(浇筑基础的基坑和浇筑完成的基础)

3、改进型承力索护网,提高安全水平

首先,承力索护网的宽度必须达到9米,才能起到有效的防护作用;其次,采用玻璃钢杆以减少对导线以及钢丝绳的磨损,同时也保障了自身的坚固;最后,采取独特设计的网端具备强大的抗冲击特性,可以使护网的有效宽度得到保障。

4全地形线路全过程机械化施工

针对不同地质、地形条件,综合考虑临时道路修建、物料运输、基坑开挖、混凝土浇筑、铁塔组立、架线施工等环节,项目采用全地形全过程全机械化施工。

结语

1000千伏特高压定河线可抵抗烈度为7度的地震、11级狂风、10毫米覆冰,历时29天便顺利竣工送电,这是国内同时也是国际上首次进行的1000千伏等级线路的迁改,无经验,无捷径,这些超强性能的实现都得益于电力施工人员的汗水与智慧的浇灌。

【参考文献】

1、世界首例特高压输电线路切改工程的“雄安质量”

2、探访世界首例雄安特高压输电线路切改工程

3、CORS系统及其质量检测探讨,南方测绘官网

4、特高压线路施工新技术的应用,电子世界

5、解析特高压线路施工新技术的应用,国网临汾供电公司

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编辑| 于冉帝、史文慧

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