青藏直流线路冻土地基监测研究

青藏交直流联网工程是继青藏公路、青藏铁路等之后,在青藏高原多年冻土区建设的另一种新结构的冻土工程.系统地分析了青藏直流线冻土工程与其它工程的差异,并就该工程冻土基础温度、水分、应力和应变监测系统的建立和观测要素,以及初步观测结果等问题进行了讨论.通过对2011年全年观测数据分析发现,整个监测系统可以准确、及时反映输电线路冻土基础的不同性状和特征,可以反映影响塔基稳定性的主要因素及其变化趋势.初步观测结果表明,在不同时段,监测塔式基础底部总体处于冻结状态、塔基基本稳定,但个别监测塔基地温增温幅度、上限融化深度较大,沉降变形呈现增加趋势.鉴于工程完工和荷载作用的时效性,塔基稳定性应处于动态变化过程之中.为正确评价塔基稳定性,需要对塔基回填土的冻融、水热变化和塔基变形等重要过程进行长期监测研究.

青藏直流接入西藏电网数模混合仿真

青藏直流接入西藏电网后,西藏电网呈现"大直流小电网"的特点。利用全数字实时仿真装置Hypersim模拟青海电网、西藏电网以及青藏直流的一次系统,采用与实际工程特性一致的Mach2控制保护装置实现直流的控制保护功能,对交直流系统的相互影响进行仿真研究,包括青藏直流的特殊降压起停方式,直流线路故障再起动逻辑,以及交流系统故障对青藏直流的影响。仿真结果充分验证了青藏直流采用特殊的降压起停方式和修改后的直流线路故障再起动逻辑的可行性,为青藏直流工程的顺利投产和安全运行提供了技术支撑。

?400kV青藏联网直流输电线路带电作业安全距离

青藏±400 kV直流联网工程是世界上海拔最高的直流输电工程,其平均海拔为4 400 m,最高海拔达到了5 300 m。目前,对高海拔地区输电线路带电作业的研究很少,尤其是高海拔地区直流输电线路安全距离方面更是缺少相关数据。根据不同海拔地区±400 kV直流输电线路塔头空气间隙放电特性曲线,计算了海拔3 000~5 300 m的放电电压海拔校正系数,并和常用的海拔校正方法的计算结果进行对比分析。结合低海拔地区已有的±500 kV输电线路带电作业的研究成果,计算分析了±400 kV输电线路直线塔带电作业不同作业位置所需的最小安全距离和最小组合间隙。当过电压为1.7 pu时,在海拔3 000、4 000、5 000、5 300 m地区,±400 kV青藏直流输电线路等电位作业人员对横担的最小安全距离分别为3.4、3.9、4.5、4.7 m;等电位作业人员对侧面塔身的最小安全距离分别为2.9、3.4、4.0、4.2 m;最小组合间隙距离分别为3.0、3.4、4.0、4.2 m。研究结果可供±400 kV青藏联网直流输电线路带电作业参考。

青藏联网工程冻土地基装配式基础载荷试验研究

为评价青藏交直流联网工程冻土地基杆塔基础稳定性,进行了粗粒冻土地基装配式真型基础在竖向上拔与水平荷载或下压与水平荷载共同作用下的载荷试验,试验基础施工采取与工程基础尺寸、施工工艺和时期一致的原则,根据试验结果,分析了基础极限及破坏状态,研究了荷载与位移关系曲线特征及承载特性,求得试验基础的承载能力及"土重法"上拔角等设计参数的取值。试验研究结果表明,试验荷载作用下粗粒冻土装配式基础因水平位移过大而失稳,荷载与位移关系曲线表现为非陡降型,活动层冻结状态时地基强度及基础承载性能优于融化状态,粗粒冻土地基上拔角大于13°,装配式基础承载力满足设计要求。

青藏直流联网工程空气间隙的海拔校正

青海-西藏直流联网工程海拔超过2880m，最高达到5300m。为保证工程的安全可靠运行，线路杆塔和换流站设备的空气间隙放电电压需要进行海拔修正。通过分析比较已有的海拔修正方法，并结合在不同海拔地区包括北京、昆明、西宁、青海大武以及西藏羊八井等地获得的部分试验数据，提出空气间隙放电电压的海拔校正因数；在此基础上，计算并推荐了当额定电压分别为±400kV和±500kV，操作过电压倍数为1．7，青藏直流线路在海拔3000～5300m的范围内时，该工程线路杆塔及换流站的最小空气间隙距离。

青藏直流联网工程冻土基础传热特性分析

基于现场实测资料对冻土工程基础传热过程、温度变化结果的分析,对冻土基础稳定性变化趋势的认识至关重要。通过青藏直流线路冻土基础长期监测系统最新资料的分析研究发现,输电线路冻土基础在塔基施工完成,并经历第一次冻结期后,监测塔基周围土体总体处于冻结状态。受施工、冻土条件等因素影响,原多年冻土上限以下范围,塔基温度与天然场地存在不同程度差异;在经历融化期后,基础底部冻土依然总体处于冻结状态;在暖季升温过程中,塔基升温速率和融化深度等关键指标主要受塔基基础形式、冻土条件等因素的控制和影响;桩基础温度状况好于锥柱基础和装配式这种大开挖基础;所采用热管保护冻土的工程措施已在工程实际中发挥积极作用,但其总体效能也受到施工过程、冻土温度、塔基传热过程等因素控制和影响,地温场仍处于动态变化过程中。

青海—西藏交直流联网工程输电线路在线监测通信网络设计与应用

为确保青藏交直流联网工程输电线路稳定高效运行,为该输电线路的在线监测通信网络设计了一种"光纤通信为主,无线保真(WiFi)接入为辅"的基于专网的后端汇集方案。考虑到青藏线的实际情况,青藏线在线监测系统的数据传输可采用3种通信方式:对于杆塔上有光纤复合架空地线的光纤接线盒(OFSC)的情况,采用直接光纤通信方式;对于杆塔上没有光纤接线盒但在视距范围内的情况,采用WiFi+光纤通信方式;对于杆塔上没有光缆接续盒且在非视距的情况,采用WiFi中继接力+光纤通信方式,无线传输到光纤接线盒之间需要加装无线中继设备进行接力传送数据。目前,青藏交直流联网工程通信状况良好。

青藏交直流联网工程预制混凝土装配式杆塔基础上拔与水平力组合荷载试验

通过监测上拔水平力组合作用下基础构件位移及连接件应力变化,研究了青藏交直流联网工程混凝土预制装配式基础的基础承载变形特性、基础构件协同工作性能以及构件连接件承载应力水平。结果表明:上拔和水平组合荷载作用下,混凝土预制装配式基础具有协同工作性能,混凝土预制装配式基础拼装间隙、拼装过程中螺帽拧紧程度不同以及基础预制加工误差是预制装配式基础共同工作性能的主要影响因素。水平荷载和基础拼装缝隙对基础上拔和水平位移有影响,基础荷载-位移曲线为缓变型。基础底板连接件整体上承受拉应力作用,在极限荷载范围内,均呈弹性应力状态。

青藏直流输电线路冻土长期抗剪强度预测及影响因素分析

冻土是指0℃以下,含有冰的各种岩石和土壤,由于其复杂的物理力学特性,给青藏直流联网工程的施工和设计带来了很多难题。工程沿线冻土的长期抗剪强度,更是由于土质、含冰量以及密实度分布的复杂特性,影响了其在使用寿命内的安全运营和稳定性。为解决这一工程难题,室内制备重塑试样并在-2℃的温度下对3种土质类型(粉质黏土、粉砂和细砂)、3种含冰量(饱冰、富冰和多冰)的密实和松散冻土进行直剪快剪的蠕变试验,得到了不同土质、含冰量以及密实度类型的冻土剪切蠕变特性,并分析和预测了长期抗剪强度的变化规律和影响因素,结果表明:(1)短时间内冻土承受荷载的能力随含冰量的增加而增大;随着加载时间的延长,冰的流变特性表现出来,使冻土的蠕变变形加大,冻土的强度降低;(2)密实度越大、含冰量越大的冻土,初期强度越高;随着时间的增加,强度开始衰减,且含冰量越大,密实度越小的冻土衰减速度越快;(3)长期强度的变化规律不受土质的影响,说明在工程施工阶段,若单纯考虑长期强度时,只要不同土质冻土保持冻结状态,可同一对待和处理。以上结论为输电线路冻土基础设计、施工和安全运营提供了一定的理论基础,也为在青藏地区开展的其他工程活动提供了可借鉴的试验数据和资料。

青藏直流联网工程多年冻土地区杆塔基础的地温与变形监测分析

由于青藏高原多年冻土恶劣的工程地质条件,给青藏直流联网工程建设和运营带来了巨大的技术和经济难题。对工程沿线不同冻土类型、不同杆塔基础型式以及有无热棒处理措施的8个地段、10个基塔进行了地温和变形监测,并基于监测结果,分析了冻土地区杆塔基础地温和变形的变化规律和影响因素,预测了其在全球气候变暖条件下的长期稳定性,为冻土区杆塔基础的设计和稳定性研究提供基础数据。

青藏直流输电工程系统试验研究

对世界上海拔最高的青藏直流输电工程系统试验内容进行了研究分析,包括系统试验方案编制,直流系统解锁/闭锁方式,以及安全稳定措施等。提出了青藏直流系统试验期间的开机方式;对直流单极和双极降压起停方式进行了分析,通过研究提出了本阶段系统试验直流输送功率水平,并进行了试验验证。针对藏中电网"大直流、小电网和弱受端"电网系统的频率和电压稳定问题进行了分析,编制了系统试验方案和现场试验实施计划,对每项试验都落实了安全措施。对现场系统试验进行了分析,结果满足工程技术规范要求。对无站间通信极间功率转带控制策略进行了分析,提出了在站间通信故障后,立即将直流功率降至受端(拉萨侧)用电负荷的百分之八以下。系统试验期间发现的问题解决保证了青藏直流输电工程系统调试的顺利进行和按期投入试运行。

热管及保温材料在青藏直流联网工程中的应用研究

针对青藏直流联网工程塔基热管措施应用效果,通过现场实测资料确定了热管年内工作周期及混凝土桩基表面热效应,考虑无绝热段热管传热过程组成,建立空气–热管–土体耦合传热数学模型,利用有限元方法系统模拟不同年平均地温分区锥柱式塔基传热过程及气候变暖背景下基础周围多年冻土热状况发展变化趋势。结果表明:冷季热管工作期间,其对周围土体冷却降温效果显著,同时由于混凝土塔基为热的良导体,热管产生的"冷量"通过基础及其底座快速向基础周围传递,使得基础下形成大范围低温冻土。暖季,热管停止工作期间,由于基础埋设较浅,混凝土塔基良好的导热性能使得其周围浅层土体温度升温较快,量值基本与天然地表下同一深度接近,而基础下部深层地温则主要受热管作用控制,温度较低。在单一塔腿4根热管及50 a气温升高2.6℃背景下,-1.0℃、-1.5℃两种年平均地温条件下,桩基础下部多年冻土仍保持冻结状态,满足工程对于冻土地基热状况的要求。-0.5℃年平均地温条件下,运营后期桩基础周围土体季节融化深度已大于桩基埋深。在该地温条件下,通过热管–保温板复合措施的采用,可有效发挥热管的"冷却降温"及保温板的"隔热保冷"效能,在大幅减小基础周围土体的最大季节融化深度的同时降低锥柱式基础底部深层地温,进而满足工程需求。

三维数字化移交在青藏直流工程中的应用研究

青藏直流工程所经区域平均海拔4500m,最高海拔达5300m,还要穿越长约500km多年冻土区,是世界上在这种海拔高度上运行线路最长、施工难度最大的输电线路工程。作为国家重点工程,国家电网公司以打造精品工程为目标,积极推动三维数字化移交应用。通过该项应用研究,提供了一个统一规范的三维数字化平台,节省了软件开发及海量数据建设费用。该项应用研究是基建标准化的集中体现,是智能电网统一标准、统一建设的具体应用,是提高跨区电网建设精益化管理水平的集中体现。

青藏直流联网工程通信保障系统的建设

介绍了首次应用于长距离跨区电网建设时期的青藏直流联网工程通信保障系统,包括青藏工程全线的电视电话会议指挥系统、青藏工程总指挥部的信息通信系统、应急卫星电话系统等。该系统的建成最大限度地减少了青藏工程参建人员高原高海拔地区的流动,提高了工作效率,保障了人身安全。通信保障系统在青藏直流联网工程中的成功应用,为今后通信技术在特高压电网工程建设中的应用打下了良好基础。

青藏直流联网工程多年冻土区砼灌注桩基础长期热稳定性预测研究

对于冻土工程而言, 基础热稳定性是决定工程稳定性及服役性能的关键. 为预测±400 kV青藏直流联网工程多年冻土区砼灌注桩基础的长期热稳定性, 建立了考虑相变问题的二维数值传热分析模型, 应用有限元方法研究了气候变暖背景下, 不同年平均地温、不同含冰量条件下灌注桩基础传热特性和长期热稳定性. 结果表明： 单桩对周围土体的热影响范围是桩径的4~5倍, 桩基周围融化深度随时间推移而增大, 在低含冰量的高温和低温冻土区桩基50 a后最大融化深度分别为6.65 m和3.05 m, 所对应的冻土上限平均融化速率分别为9.5 cm·a-1和3.6 cm·a-1;在高含冰量的高温和低温冻土区50 a后最大融化深度分别为5.25 m和2.77 m, 其冻土上限平均融化速率分别为6.7 cm·a-1和2.0 cm·a-1. 在气候变暖背景下, 桩基上部周围冻土逐渐升温、融化, 50 a后, 在低含冰量的高温冻土区桩基由于融化深度增大导致有效冻结长度减少28%, 在高含冰量的高温冻土区桩基的有效冻结长度减少15%, 桩侧冻结力随之相应减小. 该研究对于冻土区桩基长度设计、桩基工程的维护和冻土稳定性评价提供了重要的科学依据.

不同升温模式下冻土地区装配式基础热稳定性研究

以IPCC SRES A2、A1B、B1三种气候变化模式为基础,利用数值方法研究了青藏直流联网工程冻土区装配式基础的冻融过程以及活动层、融化深度、地温的变化规律。结果表明:工程扰动和气候变暖改变了冻土的热状态,促进了冻土退化,均为影响基础长期稳定性的重要因素,其中混凝土桩基的强化导热作用加剧了冻融过程,气候升温导致活动层厚度增加,土层温度升高;随着深度的增加,冻土响应减弱,冻土温度变化幅度越小;在三种升温模式下50年后融化深度分别达到3.12 m、5.07 m和6.02 m,而同期天然场地活动层厚度为2.07 m、4.37m、5.62m,说明冻土对不同升温模式的响应程度不同,且中心冻土在气候变暖和工程扰动双重影响下退化更快;从第10年到第50年,这三种模式下桩基中心融化速率分别为1.5 cm·α^(-1),6.2 cm·α^(-1),8.6 cm·α^(-1),即随着升温速率的增加,土层融化深度增加,冻土退化速度加快;低升温率时冻土变化主要受工程作用,而在较高升温模式下冻土退化则主要受气候变暖的影响。

青藏直流联网后藏中电网安全稳定控制系统的重构

青藏直流联网初期,作为青藏直流受端的藏中电网短路容量较小,电网网架较薄弱,导致交直流系统安全稳定问题较为突出,给青藏直流以及藏中电网的安全稳定运行带来诸多挑战。针对青藏直流联网后电网存在的各种稳定问题进行了深入分析,提出了相应的控制对策;提出建设分层分区的藏中电网安全稳定控制系统来保障青藏直流工程和藏中电网安全稳定运行。

不同类型山丘区架空输电线路工程土壤侵蚀特征差异研究

山丘区架空输电线路工程建设过程会对地表产生较大强度的扰动,导致严重的土壤侵蚀,亟待对不同区域内工程产生土壤侵蚀特征差异进行研究,并建立区域差异化的土壤侵蚀防治措施体系。分别对西北黄土丘陵区典型架空输电线路工程14项、南方红壤丘陵区典型架空输电线路工程10项及青藏高原山地丘陵区典型架空输电线路工程10项,总计34项线路工程于研究区域内标段产生的土壤侵蚀进行资料分析与实地监测相结合的研究,阐明架空输电线路工程区土壤侵蚀类型、侵蚀强度以及防治措施等差异。结果表明:(1)无论是工程整体产生的平均土壤侵蚀模数还是工程各侵蚀单元分别产生的土壤侵蚀模数,施工期内平均土壤侵蚀模数大小均依次为西北黄土丘陵区>南方红壤丘陵区>青藏高原山丘区,自然恢复期内则依次为西北黄土丘陵区>青藏高原山丘区>南方红壤丘陵区;(2)同类型山丘区内输电线路工程中,不同土壤侵蚀单元内产生的土壤侵蚀模数在施工期及自然恢复期大小均依次为塔基区>施工道路>牵张场>跨越场;(3)施工期内各类山丘区中年均土壤侵蚀量大小均依次为西北黄土丘陵区(52.88 t·km^(-1)·a^(-1))>南方红壤丘陵区(33.31 t·km^(-1)·a^(-1))>青藏高原山丘区(22.58 t·km^(-1)·a^(-1)),自然恢复期内则依次为西北黄土丘陵区(31.14 t·km^(-1)·a^(-1))>青藏高原山丘区(11.81 t·km^(-1)·a^(-1))>南方红壤丘陵区(6.39 t·km^(-1)·a^(-1)),其大小排序与输电线路工程整体于各时期产生土壤侵蚀模数大小排序一致;(4)依据不同侵蚀单元内施工环节特点、土壤侵蚀特点以及措施综合布设、分区防治管理要求,总结形成山丘区架空输电线路工程典型土壤侵蚀防治措施体系。研究成果可为建立全国范围内山丘区架空输电线路工程土壤侵蚀防治措施及施工技术体系提供一定的理论依据。

用于-55℃超低温的超低损耗OPGW的研究

青藏±400 kV直流联网工程OPGW光缆线路是中国第1条高海拔、超低温地区长距离架空通信线路。根据青藏工程的技术和应用难点,必须研制具有超低光衰减、超低温度附加衰减性能的OPGW光缆。通过试验选择超低损耗光纤和耐受超低温度的光纤油膏等新材料,通过新工艺设计光纤余长和应力应变特性,研制成功满足青藏工程要求的OPGW光缆,其光纤衰减≤0.18 dB/km,平均衰减≤0.172 dB/km,最低工作温度可达–60℃,在–60^+80℃温度范围内,光纤附加衰减≤0.01 dB/km。并研制成功满足低温要求的配套金具附件。该产品经青藏工程使用1年多,运行良好,避免了在海拔5 000 m高原上设置通信中继站,降低了运行、维护的困难和费用,提高了通信系统的可靠性,取得了中国高海拔、高寒环境下最长的无中继光纤通信系统应用的成功经验。

青藏铁路多年冻土地区110kV输变电工程地基基础设计有关问题的探讨

介绍了青藏铁路沿线多年冻土的分布类型和特性,阐述了多年冻土对输变电工程地基与基础的危害及破坏机理,并对多年冻土地区输变电工程建(构)筑物的地基处理方法和基础设计原则等问题进行了探讨,提出了若干设计建议,可供多年冻土地区输变电工程和建筑工程地基基础设计参考.