“电力天路”的科技之光——记青藏联网工程科技创新

青藏线与雪山共连绵

　　2016年9月29日，中国能建中电工程西北院参与设计的330千伏果洛与青海主网联网工程顺利竣工；2016年11月9日，西北院牵头设计的750千伏伊犁至库车输变电工程投运；2016年12月2日，西北院参与设计的500千伏川藏联网工程喜获国家优质工程奖金质奖……一连串高原输变电工程的投运、获奖新闻让人不禁又回想起那条开启高原大规模输变电建设新篇章的电力天路——青藏联网工程。
　　青藏联网工程由西北院牵头设计，“青海～西藏±400千伏直流联网工程”与“青海西宁～日月山～乌兰～格尔木750千伏输变电工程”是其两大子工程，线路总长分别为1038公里和1492公里，平均海拔在3500米以上，最高海拔近6000米。该工程是世界上首条在4000米以上海拔建设的输变电工程，也是世界上海拔最高、建设规模最大的高原输变电工程。
　　青藏联网工程自2011年投运，至今已有5年。5年来，它先后获得电力行业优秀工程咨询成果一等奖、电力行业优秀工程勘测一等奖、电力行业优秀工程设计一等奖、中国电力优质工程奖、中国建设工程鲁班奖、国家优质工程奖金质奖、国家优质投资项目特别奖，以及国家科技进步奖二等奖8项国家和行业级大奖，堪称荣誉大满贯工程。它犹如一座高耸入云的丰碑，屹立在世界屋脊的雪域高原上，记载了千万名劳动者的丰功伟绩；它犹如一座光照千秋的灯塔，屹立在世界电力建设史的长河中，闪耀着科技创新的璀璨光华……

青藏线锥柱基础

敢为人先，破解高原绝缘配合的谜题

　　去过高原的人都知道， 4000米以上的高原属于高寒缺氧地带，乔木都难以生存，动物也极为稀疏，这里可以说是生命的禁区。在这里搞工程建设，高原反应是建设者最大的身体考验，而对于线路工程师而言，高海拔输电线路的绝缘配合才是青藏联网工程建设成败的首道难关。
　　对于输电线路来说，电气间隙的大小、绝缘装置的选用是其安全运行的首要条件，它直接决定了输电杆塔塔头的设计控制尺寸，塔身构件的受力情况，进而影响到基础承受的荷载。对于一般低海拔工程，可以通过相似工程参考取值，而对于青藏工程而言，电气绝缘的任何设计参数都无前例可循。高海拔带来了电气条件质的改变，只能通过全新的研究去获取。
　　为此，西北院开展了《青藏直流联网工程线路污秽外绝缘研究》、《高海拔地区直流线路杆塔冲击放电特性试验研究》、《青藏直流联网工程输电线路雷电性能的研究》、《青藏直流联网工程线路绝缘配合研究》、《750千伏高海拔绝缘配合及绝缘子选型》等多个课题的研究工作。经过大量的计算和电气试验，该院终于破解了高海拔过电压与绝缘配合的难题，获得了各项准确的设计参数，为工程的顺利开展扫清了首道障碍。
　　更为重要的是，通过设计青藏联网工程，西北院掌握了高海拔绝缘配合的成套研究和设计方法，为后续的玉树联网、川藏联网、果洛联网、伊犁至库车等高原输变电工程的电气绝缘配合研究和设计奠定了基础。

青藏线热棒

把脉冻土，攻克基础冻胀融沉的难关

　　在青藏高原上建设工程项目，最令人头疼的就是冻土问题，尤其是季节性冻土。夏季时，土内的冰晶融化，地基承载力下降，基础就会发生不均匀沉陷；到了冬季，土内又结冰，产生的冻胀力又会对基础产生不均匀上拔力或横向切应力，造成基础的上拔或破坏。正是由于冻土的原因，举世闻名的青藏铁路也是规划建设了数十年才得以竣工。
　　青藏联网工程沿线湿地广布，高地温、高含冰量冻土地段较长，冻土环境纷繁复杂。作为牵头设计单位，西北院有针对性地开展了《青藏直流联网工程冻土分布及物理力学特性研究》、《高海拔多年冻土区基础选型及设计应用研究》等7项前期专题研究以及《多年冻土地区热棒施工技术研究》等6项施工专题研究，并收集整理了青藏铁路、青藏公路的相关专题报告和后期运行监测报告，为冻土基础设计及线路的安全运行提供了强大的理论支持和技术保障。
　　在工程实践中，西北院研制成锥柱基础、装配式基础等多种基础型式，获得了四项实用新型专利，有效地降低了工人的劳动强度，避免或减小了冻土冻胀力对基础的损害。此外，西北院创造性地通过采用热棒技术对塔基处的多年冻土主动降温、采用玻璃钢模板及润滑剂等多种防冻胀措施，进一步消弱了冻土切向冻胀力，保证了基础的稳定性。5年来的基础位移观测结果显示，基础的各项位移指标均在规范允许范围内，没有出现冻土工程病害现象。
　　冻土问题的解决，不但为青藏联网工程的安全运行奠定了坚实的基础，也使我国跻身于冻土研究国际先进行列。依托于本工程，西北院主编了行业标准《冻土地区架空输电线路基础设计技术规程》和企业标准《高海拔多年冻土地区输电线路杆塔基础施工工艺导则》，为后续高原工程的建设提供了技术标准。另外，根据青藏联网工程积累的成功经验，国内首例冻土区线路长期地温及变形监测系统在后来的玉树联网工程中建成，锥柱基础等基础型式则在伊犁至库车等高原输变电工程中被继续沿用。

青藏线预制装配式基础首基吊装

保护环境，坚持和谐发展的必由之路

　　可持续发展，是时代的主题。工程建设如何与自然和谐共处，已经成为输电工程建设成败的关键性内容之一。
　　青藏联网工程绵延数千公里，海拔跨度从2000米到6000米，穿越了荒漠戈壁、草甸湿地、高山大岭等多种地形地貌，沿途的自然生态环境敏感而脆弱，一旦破坏就需要数十年乃至数百年才可能恢复。
　　为了尽可能的避免和减少对环境的破坏，西北院在选线阶段避让了所有自然保护区，又在施工图设计时在国内输变电工程领域首次开展了成套的环保水保施工图设计，对每一个塔位、每一个基础都制定了详细可行的环保水保方案。例如，采用高低腿设计减少基面土方开挖带来的植被破坏；玻璃钢外表面距离地表400mm高度部分不再涂刷润滑剂，保证地表植被层不受润滑剂的污染；针对沙漠和易沙化地带的塔基采取了方格石的防风固沙措施，既起到了防风固沙效果，又保护了地表植被不被覆压……
　　通过采用一系列环境保护措施，青藏联网工程实现了对周边环境影响最小化，初步实现了工程建设与环境和谐共存的初衷。在后来的玉树联网、伊犁至库车等工程中，这种理念得以发扬，西北院为了避免对云杉等树木的砍伐，采取了高跨个方式，部分区段甚至将塔高增加了二十多米。正是在环保为重的设计理念下，西北院设计的系列高原输变电工程成为当地环境保护的典范工程。
　　除了在电气绝缘、冻土、环境保护三方面，西北院在诸多方面也进行了创新。据统计，依托本工程，该院共申请专利40项，完成专著1部，发表科技论文22篇，科技成果可谓硕果累累。国家科技进步奖二等奖是对该工程科技创新最好的褒奖，也是对西北院人最大的激励。随着青藏地区太阳能资源、水电资源的大规模开发，高原输变电工程迎来了新的建设高潮，待建的500千伏藏中联网工程即是又一个代表性工程。未来，西北院人继续发扬青藏联网精神，紧抓高原输变电工程大规模开发的历史机遇，书写下更辉煌的电力篇章！