基于寿命周期的输电线路设计分析 5页

基于寿命周期的输电线路设计分析（内蒙古乌兰察布电业局乌兰察布电力勘测设计院有限公司乌兰察布012000）摘要：为了提高输电线路系统全寿命设计质量及管理措施，提高各项决策的科学性和合理性，使输电线路运行的可靠性与线路投资的经济性达到最优化，促进环境友好和资源节约，实现输电线路工程的可持续发展，从输电线路规划、设计、施工、运营、废除等全寿命周期的角度出发，通过线路工程实际运行情况的调查，对输电线路系统中导线、地线、绝缘子、金具、防雷和接地、杆塔及基础等主要组成部件，综合分析研究其全寿命周期成木、性能、使用寿命等核心指标的影响因素及相互关系的基础上，以全寿命周期成木、可靠性为目标和约朿，建议了一般地IX输电线路系统及主要部件的设计使用年限、寿命匹配原则。提出了输电线路全寿命周期总成木和各主要部件的成木预测模型，确定了输电线路系统的主要失效模式，并给出了输电线路主要部件的抗力统计特性参考值。关键词：寿命周期；输电线路；设计；分析1导言全寿命周期过程是在设计阶段考虑产品寿命历程的所有环节，将所有相关因素在产品设计阶段得到综合规划和优化的一种设计理论，其最终目标是尽可能在质量、环保等约束条件下缩短设计时间并实现产品寿命周期最优化。2输电线路全寿命周期设计理论输电线路全寿命周期是指输电线路从规划设计到老化废除的全部时间历程，期间还括输电线路的施工运营。输电线路全寿命性能含线路的安全性、适用性、耐久性、经济性能以及生态环境方面的性能。输电线路的全寿命周期的设计不是单纯的分析其成木问题，低成木只是众多因素中的一个。全寿命性能的基木理念是最优化的达到输电线路全寿命性能。在整个输电线路工程设计研宄当 中,线路全寿命周期的研宄分析主要围绕线路系统的组成部件的安全性能以及使用寿命，尤其是因线路的腐蚀造成的线路系统安全性降低、线路部件的使用寿命缩减问题。输电线路的安全程度与输电线路系统全寿命经济指标的影响非常密切。全寿命经济的分析研究需要明确输电线路的使用寿命，以输电线路的可靠安全为前提，因为组成输电线路等的部件的预期寿命有很大的差异，所以在线路部件的使用上要考虑其寿命的匹配性。由此可见，输电线路全寿命的设计是一个需要实现多个目标、多个指标、多个层次相结合的研究方法，同时全寿命理论的设计也是一个复杂的综合理论系统。在输电线路的施工设计上，全寿命周期设计不仅分析全寿命周期经济,还包括输电线路系统和组成部件的使用寿命与寿命匹配性的研究、输电线路全寿命周期的可靠性研究。3输电线路系统及部件使用寿命工程结构的使用寿命可分为自然寿命和无形寿命。自然寿命，或称物理寿命是结构在正常使用及正常维护条件下，仍具冇其预定使用功能的时间。无形寿命是结构在尚未达到其自然寿命之前，由于种种原因终止了苏原有使用功能的吋间。使用寿命是输电线路工程全寿命周期设计中影响最大的时间指标，对输电线路全寿命周期性能和成本分析都将产生较大的影响，因此，使用寿命的确定应综合考虑技术、功能和经济等方面的因素。与输电线路全寿命周期结构性能、成本密切相关的使用寿命主要包括了设计使用寿命、技术性使用寿命、功能性使用寿命、经济性使用寿命和物理寿命。3.1输电线路主要部件使用寿命输电线路跨越的地域非常广阔，不同地区、不同线路或同一线路不同区段都将受到不同环境的影响，同吋，由于输电线路组成部件多，各组成部件的种类也多，因此，线路主要组成部件的使用寿命存在较大的差异。实际工程调查研宄表明，影响线路部件使用寿命的主要因素是腐蚀破坏。导线腐蚀后明显变脆，抗拉强度降低，严重吋造成断股、断线，大大缩短了导线的使用寿命。地线一般 为镀锌钢绞线，当锌层被腐蚀掉仅剩钢丝吋，它的寿命也将意味着终结。样，金具和避雷器等其他线路器材常冇氧化腐蚀的危害，输电铁塔和钢管杆,也往往由于锌层破坏而发生锈蚀，大大降低钢结构构件的承载力，而基础则主要表现为钢筋腐蚀引起的混凝土结构出现破坏。线路部件遭受腐蚀破坏后，K•使用性能降低，寿命缩短。在线路全寿命周期设计中，杆塔的腐蚀破坏一般可采取维护、维修的方式，而导线、地线、金具等部件•一般需进行更换。因此，输电线路各部件因腐蚀引起的物理寿命是线路全寿命设计中极其重要的问题，而确定物理寿命终结的判断准则则是其关键。3.2输电线路部件寿命匹配输电线路导线悬挂在杆塔上，造价高，不易更换，使用寿命具有不可控性;地线悬挂在导线上方，通常为一根或两根，易更换，绝缘子造价低，较易更换，铁塔矗立在地面上，造价高，但是易维护，使用寿命具有可控性;基础造价较高，B前是一个免维修部件，可不和其他部件进行匹配研究。基于地线的易更换、铁塔的易维护及绝缘子、金具的价格相对低廉，输电线路主要部件寿命匹配宜按导线作为主要的匹配对象。4电线路全寿命周期可靠性分析输电线路中任一部件的安全可靠性出现问题都会对电力系统的供电产生相应的影响。导线的失效直接会影响线路中的输电功能，地线和接地系统的失效会增加输电线路被雷击的概率;绝缘子的失效会造成线路的闪络、跳闸等故障或者事故的发生，铁塔和基础的破坏直接会造成输电线路系统的整体倒塌损坏。输电线路的安全可靠性是线路全寿命周期的重要指标。因此，输电线路系统及各部件的安全可靠性研宄是非常必要的。4.1输电线路系统可靠性影响因素及失效模式 输电线路可靠性的影响因素有机械和电气两方面，包括运输制造、材料老化腐蚀和各外荷载影响。输电线路在各种因素的影响下可能造成各组成部件的失效，严重的会造成输电线路系统的局部或完全的失效。输电线路系统的复杂性、运行环境多变和材料多样性导致了其失效模式的多样性。其中，铁塔倒塌的失效有材料腐蚀老化、覆冰过载、不平衡张力和外力破坏造成的铁塔倒塌;导地线的失效有外力因素、导线覆冰舞动、风偏放电等造成的放电跳闸，材料老化腐蚀、覆冰过载、外力破坏造成的断线;绝缘子的失效有雷击、污闪、冰闪、鸟害等造成绝缘子闪络跳闸，外力破坏、覆冰过载、材料老化腐蚀造成绝缘子的掉串，金具一般是由覆冰过载、材料老化腐蚀造成损坏;接地装置的失效冇材料老化腐蚀使接地装置断裂、外力破坏使接地装置性能失效。4.2输电线路各部件抗力统计特性分析输电线路各部件抗力的统计参数和分布类型很难直接的获得,一般采取确定其统计参数通过各因素以抗力之间的函数关系，根据统计数学误差传递公式求算出抗力统计参数。如输电线路中铁塔结构构件的抗力统计参数。这种类似的参数统计在输电线路的各部件的抗力分析中得到了广泛应用。输电线路的安全可靠性是输电线路全寿命周期的设计质量的重要标准。因此，输电线路中各组成部件的效应、抗力的统计参数参考值给输电线路的各部件全寿命周期的可靠性提供了一定的数据依据。5结论0前，输电线路的全寿命周期设计理论还缺少系统的研宄体系,处于研究的初始阶段。输电线路的全寿命周期设计除了相关的设计理论方法，还会涉及到法规政策方面。因此，要实施输电线路的全寿命周期设计,还需要更快的建立一套有关全寿命理论的技术体系和法规政策。参考文献：[1】廖冬初，杨志刚.基于全寿命周期管理理论的llOkV输电线路工程优化设计研究[J].电子世界,2014,03:54-55+61. [2】王子铭.基于全寿命周期理论对输电线路工程的优化设计探析[儿科技与企业,2015,19:58.[3】杨长龙，田超凯,王志伟，邵晓.碳纤维复合芯导线全寿命周期年费用法的选型研究[J】.玻璃钢/复合材料,2015,11:59-63.[4】刘洪刚，赵晓芳.全寿命周期造价管理在四川高海拔地区输电线路工程中的应用[J].低碳世界,2015,31:93-94.