發(fā)布時(shí)間：2023-03-15 15:03:35
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的線路設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
工程概況
本工程自220kV某變電站110kV側(cè)門(mén)架起，至110kV某變電站止，全線單回路架設(shè)，電壓等級(jí)110kV，線路全長(zhǎng)約15.5km。本工程計(jì)算用氣象條件可組合如下：最高氣溫+40℃，最低氣溫-40℃，平均氣溫15℃，最大風(fēng)速29m/s，最大凍土深度:91cm；年平均雷暴日數(shù):30.5d；全年主導(dǎo)風(fēng)向:ENE，驗(yàn)算地線支架強(qiáng)度時(shí)覆冰取15mm。導(dǎo)線采用LGJ-185/30型鋼芯鋁絞線，經(jīng)濟(jì)電流密度J=1.15A/mm2（負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)3000-5000）時(shí)，其經(jīng)濟(jì)輸送容量為41MVA，最大輸送容量為98MVA。全線架設(shè)雙地線，地線一根采用GJ-55鋼絞線（220kV某變出線1.5km處采用GJ-80鋼絞線），另一根采用OPGW復(fù)合光纜。工程性質(zhì)屬新建。
1設(shè)計(jì)范圍：新建220kV某變電站-110kV某變電站線路；對(duì)鄰近通信線路及無(wú)線電設(shè)施的影響及防護(hù)設(shè)計(jì)；編制本期工程投資概算。
2線路走廊清理設(shè)計(jì)：線路所經(jīng)過(guò)地區(qū)為市規(guī)劃區(qū)內(nèi)，線路廊道規(guī)劃充分考慮市規(guī)劃區(qū)道路，合理利用市規(guī)劃區(qū)道路行進(jìn)。
3主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性
3.1線路路徑長(zhǎng)度約15.5km，曲折系數(shù)1.46，桿塔數(shù)量60基。其中直線塔為30基，轉(zhuǎn)角塔為27基，鋼管桿為3基。
3.2沿線地形、地貌、地質(zhì)條件和交通概況：根據(jù)對(duì)線路沿線踏勘和調(diào)查資料，線路全段途徑的主要地貌單元為沖洪積平原，地層為第四系沖洪積物，微地貌主要為農(nóng)田地。全線自然海拔高程在690～784m之間，地勢(shì)開(kāi)闊，地表植被發(fā)育情況良好。全線有簡(jiǎn)易路相連，交通條件良好。
兩型三新”應(yīng)用情況
全壽命周期建設(shè)管理目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)輸變電工程全壽命周期內(nèi)功能匹配、壽命協(xié)調(diào)和費(fèi)用平衡。在深化理解其理念的前提下，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司和新疆自治區(qū)電力公司的文件要求，結(jié)合線路工程的特點(diǎn)，提出了本線路設(shè)計(jì)安全可靠、可維護(hù)、可擴(kuò)展、節(jié)約環(huán)保、可實(shí)施、可回收、全壽命周期成本最優(yōu)的建設(shè)目標(biāo)。
1建設(shè)“兩型三新”輸電線路的目的：貫徹項(xiàng)目全壽命周期管理的理念和差異化設(shè)計(jì)的要求，集成應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝，實(shí)現(xiàn)輸電線路功能可靠，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)行總體成本，推進(jìn)基建標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，又好又快建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”輸電線路，實(shí)現(xiàn)公司電網(wǎng)建設(shè)方式的轉(zhuǎn)變。
2建設(shè)“兩型三新”輸電線路的總體要求是：技術(shù)創(chuàng)新、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約資源、環(huán)境友好。本工程在新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用上，吸取近年來(lái)成熟適用的成果，防污閃、防覆冰、防雷擊跳閘等提高運(yùn)行可靠性，落地抱桿、塔式起重機(jī)、索道運(yùn)輸?shù)劝踩咝У臉?biāo)準(zhǔn)化工器具和施工工藝。
3“兩型三新”的應(yīng)用“：兩型三新”的核心指導(dǎo)理念是全壽命周期管理，在全壽命周期管理的理論基礎(chǔ)上提出了更加適合輸電線路全壽命周期管理的意見(jiàn)。在設(shè)計(jì)理念上，推行全壽命周期最優(yōu)化設(shè)計(jì)，貫徹標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和差異化設(shè)計(jì)，確保安全可靠，提高輸電線路建設(shè)的效率和效益。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上，應(yīng)用近年相關(guān)理論研究、科學(xué)試驗(yàn)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的成果，使新一級(jí)的電網(wǎng)建設(shè)更好更快更可靠。在設(shè)計(jì)壽命上，綜合論證導(dǎo)地線、絕緣子、金具、桿塔、基礎(chǔ)等各部分的壽命配合，研究線路各組成部分和整體的壽命指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)全壽命周期內(nèi)的協(xié)調(diào)。在新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用上，桿塔設(shè)計(jì)采用高低基礎(chǔ)、原狀土基礎(chǔ)等保護(hù)環(huán)境技術(shù)。
工程設(shè)計(jì)
1線路規(guī)劃：擬建某變電站110kV進(jìn)出線共規(guī)劃兩回，根據(jù)本工程可研報(bào)告中的進(jìn)出線規(guī)劃，本線路在變電站出線段均采用雙回路終端塔出線，這樣減少了變電站出線段占地，減少施工造成的停電時(shí)間。
2線路選擇：線路應(yīng)盡可能避讓自然保護(hù)區(qū)、森林、果園、經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，本工程在灌木林保護(hù)區(qū)內(nèi)避讓困難，考慮樹(shù)木自然生長(zhǎng)高度，按跨越設(shè)計(jì)，對(duì)塔位附近的灌木減少樹(shù)木砍伐，施工完畢需對(duì)植被進(jìn)行恢復(fù)，本工程全線定線定位測(cè)量將采用RTK設(shè)備GPS技術(shù)。
3電氣部分：工程全線采用預(yù)絞式防滑型防振錘。由于工程位于29m/s風(fēng)速區(qū)，工程中使用的耐張、轉(zhuǎn)角塔型跳線串采用加重錘的防風(fēng)措施。
4桿塔：本工程全線采用1A3及1D5系列鐵塔。
5基礎(chǔ)：根據(jù)本工程地質(zhì)、水文報(bào)告并結(jié)合各種塔型基礎(chǔ)作用力的特點(diǎn)確定本工程鐵塔基礎(chǔ)型式只選用現(xiàn)澆鋼筋混凝土柔性直柱基礎(chǔ)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土臺(tái)階式剛性基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)及卡盤(pán)式基礎(chǔ)。
6走廊清理：線路所經(jīng)過(guò)地區(qū)大部分為農(nóng)田，在規(guī)劃區(qū)局部由于廊道問(wèn)題存在跨越房屋等情況，跨越房屋處需滿(mǎn)足規(guī)范要求，需砍伐楊樹(shù)，考慮樹(shù)木自然生長(zhǎng)高度，按跨越設(shè)計(jì)，對(duì)塔位附近的楊樹(shù)減少樹(shù)木砍伐，施工完畢需對(duì)植被進(jìn)行恢復(fù)。
7導(dǎo)、地線選型：本工程導(dǎo)線截面積在選用185mm2的基礎(chǔ)上，全線架設(shè)雙地線，將以GJ-55型鍍鋅鋼絞線為基準(zhǔn)選用地線。根據(jù)系統(tǒng)通訊要求，本工程還需架設(shè)一根16芯OPGW光纜。地線一根為GJ-55型鍍鋅鋼絞線（220kV某變出線1.5km處采用GJ-80鋼絞線），另一根為OPGW光纜。
8導(dǎo)、地線防振：導(dǎo)線年平均張力的上限值為16080N，導(dǎo)線上安裝2個(gè)防振錘，導(dǎo)線防振錘采用預(yù)絞絲式防滑型防振錘；地線的平均運(yùn)行張力為破斷拉力的25%，地線防振錘采用預(yù)絞絲式防滑型防振錘。
9防雷設(shè)計(jì)：沿線雷電日數(shù)為30.5天，工程全線架設(shè)雙地線作為線路的防雷保護(hù)措施，地線一根采用OPGW復(fù)合光纜，另一根采用GJ-55鍍鋅鋼絞線（220kV某變出線1.5km處采用GJ-80鋼絞線）。
10接地設(shè)計(jì)：接地裝置材料除同鐵塔接觸處采用50×185熱鍍鋅扁鐵外，接地引下線與接地體采用Φ12圓鋼。所有桿塔均逐基逐腿接地，埋設(shè)接地裝置。
11導(dǎo)線對(duì)地和交叉跨越距離：本工程居民區(qū)導(dǎo)線對(duì)地最小距離為7m。非居民區(qū)導(dǎo)線對(duì)地最小距離為6m。線路跨越公路及河流兩側(cè)樹(shù)林時(shí)，應(yīng)砍伐通道。
關(guān)鍵詞：輸電線路；路徑；桿塔
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，各地電網(wǎng)建設(shè)迅猛發(fā)展，從過(guò)去的“幾年建一條線路”到現(xiàn)在的“一年建幾條線路”實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，供電可靠性進(jìn)一步提高，電網(wǎng)輸送能力大大增強(qiáng)，但輸電線路建設(shè)的內(nèi)部環(huán)境和外部空間卻越來(lái)越小。各地進(jìn)行土地開(kāi)發(fā)線路路徑選擇困難，施工占地的民事工作難以協(xié)調(diào)，線路改造停電時(shí)間短，工程建設(shè)資金短缺等是電網(wǎng)建設(shè)中遇到的新問(wèn)題。如何應(yīng)對(duì)新形勢(shì)，最大限度地滿(mǎn)足電網(wǎng)建設(shè)需要已成為技術(shù)部門(mén)不斷研究的課題。本文從設(shè)計(jì)角度圍繞方便施工、降低造價(jià)、利于運(yùn)行等方面，對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題進(jìn)行了探討。
1設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
1.1路徑選擇
路徑選擇和勘測(cè)是整個(gè)線路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，方案的合理性對(duì)線路的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)和施工、運(yùn)行條件起著重要作用。為了做到既合理的縮短路徑長(zhǎng)度、降低線路投資又保證線路安全可靠、運(yùn)行方便，一條線路有時(shí)需要徒步往返3～5趟才能確定出最佳方案，所以線路勘測(cè)工作是對(duì)設(shè)計(jì)人員業(yè)務(wù)水平、耐心和責(zé)任心的綜合考驗(yàn)。
在工程選線階段，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)每項(xiàng)工程的實(shí)際情況，對(duì)線路沿線地上、地下、在建、擬建的工程設(shè)施進(jìn)行充分搜資和調(diào)研，進(jìn)行多路徑方案比選，盡可能選擇長(zhǎng)度短、轉(zhuǎn)角少、交叉跨越少，地形條件較好的方案。綜合考慮清賠費(fèi)用和民事工作，盡可能避開(kāi)樹(shù)木、房屋和經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)。
在勘測(cè)工作中做到兼顧桿位的經(jīng)濟(jì)合理性和關(guān)鍵桿位設(shè)立的可能性（如轉(zhuǎn)角點(diǎn)、交跨點(diǎn)和必須設(shè)立桿塔的特殊地點(diǎn)等），個(gè)別特殊地段更要反復(fù)測(cè)量比較，使桿塔位置盡量避開(kāi)交通困難地區(qū)，為組立桿塔和緊線創(chuàng)造較好的施工條件。
1.2桿塔選型
不同的桿塔型式在造價(jià)、占地、施工、運(yùn)輸和運(yùn)行安全等方面均不相同，桿塔工程的費(fèi)用約占整個(gè)工程的30%～40%，合理選擇桿塔型式是關(guān)鍵。
對(duì)于新建工程若投資允許一般只選用1～2種直線水泥桿，跨越、耐張和轉(zhuǎn)角盡量選用角鋼塔，材料準(zhǔn)備簡(jiǎn)單明了、施工作業(yè)方便且提高了線路的安全水平。對(duì)于同塔多回且沿規(guī)劃路建設(shè)的線路，桿塔一般采用占地少的鋼管塔，但大的轉(zhuǎn)角塔若采用鋼管塔由于結(jié)構(gòu)上的原因極易造成桿頂撓度變形，基礎(chǔ)施工費(fèi)用也會(huì)比角鋼塔增加一倍，直線塔采用鋼管塔，轉(zhuǎn)角塔采用角鋼塔的方案比較合理，能夠滿(mǎn)足環(huán)境、投資和安全要求。
針對(duì)多條老線路運(yùn)行十幾年后出現(xiàn)對(duì)地距離不夠造成隱患的情況，在新建線路設(shè)計(jì)中適當(dāng)選用較高的桿塔并縮小水平檔距可提高導(dǎo)線對(duì)地距離。在線路加高工程中設(shè)計(jì)采用占地小、安裝方便的酒杯型（Y型）鋼管塔，施工工期可由傳統(tǒng)桿塔的3～5天縮短為1天，能夠減少施工停電時(shí)間。
1.3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
桿塔基礎(chǔ)作為輸電線路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的造價(jià)、工期和勞動(dòng)消耗量在整個(gè)線路工程中占很大比重。其施工工期約占整個(gè)工期一半時(shí)間，運(yùn)輸量約占整個(gè)工程的60%，費(fèi)用約占整個(gè)工程的20%～35%，基礎(chǔ)選型、設(shè)計(jì)及施工的優(yōu)劣直接影響著線路工程的建設(shè)。
濱州市位于山東省北部，屬于黃河沖積平原，土質(zhì)大部分為粉質(zhì)粘土，而且地下水位高，一般為±0.0～1.0m，地基承載力又低，一般為70～90kN/m2。通俗講基礎(chǔ)越深受力越好、體積越小，但由于受地下水的影響，基礎(chǔ)深埋后泥水、流砂現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率就會(huì)加大，給施工帶來(lái)極大困難，既影響工期又增加投資。
由于地質(zhì)的特殊性和埋深的局限性，當(dāng)前的基礎(chǔ)型式只有采取淺埋式，通過(guò)適當(dāng)加大基礎(chǔ)地板尺寸，增加基礎(chǔ)自重來(lái)滿(mǎn)足上拔穩(wěn)定才是比較安全經(jīng)濟(jì)的。直線塔埋深控制在2m左右，承力塔埋深控制在3～4m左右可減少地下水對(duì)施工的影響。
根據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況每基塔的受力情況逐地段逐基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)比較重要，特別對(duì)于影響造價(jià)較大的承力塔，由四腿等大細(xì)化為兩拉兩壓或三拉一壓才是經(jīng)濟(jì)合理的。
2結(jié)束語(yǔ)
縱觀近年來(lái)的輸電建設(shè)工程，每項(xiàng)工程都有各自特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中脫離工程實(shí)際，一味生搬硬套是無(wú)法保證設(shè)計(jì)質(zhì)量與滿(mǎn)足電網(wǎng)發(fā)展需要的。只有結(jié)合實(shí)際，因地制宜，通過(guò)優(yōu)化方案，科技攻關(guān)，不斷探索與創(chuàng)新，才能滿(mǎn)足建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的要求，才能開(kāi)創(chuàng)工程設(shè)計(jì)“技術(shù)先進(jìn)、安全合理”的全新局面。
參考文獻(xiàn)
[1]110～500kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定.國(guó)家經(jīng)貿(mào)委,1999,10.
為減化計(jì)算起見(jiàn)，一般可以直接利用鐵塔計(jì)算程序算得的基礎(chǔ)作用力（直角坐標(biāo)系）進(jìn)行基礎(chǔ)受力分析，其結(jié)果是等效的：此時(shí)基礎(chǔ)呈偏心受壓或偏心受拉工作狀態(tài)，對(duì)基礎(chǔ)的作用這種偏心力是有利的（產(chǎn)生負(fù)彎矩），可以等效的反映出整個(gè)基礎(chǔ)受力的合理性和優(yōu)越性，其與直柱式基礎(chǔ)受力機(jī)理的對(duì)比分析如圖1所示直柱式基礎(chǔ)受力機(jī)理：地基下壓穩(wěn)定計(jì)算：地基最大壓應(yīng)力。從直柱式基礎(chǔ)與斜柱式基礎(chǔ)的受力原理來(lái)看，斜柱式基礎(chǔ)更趨近于實(shí)際受力情況，更加合理化，更加適應(yīng)中山地區(qū)的淤泥地質(zhì)。
二、實(shí)際工程中的應(yīng)用
1工程名稱(chēng)：110kV柴朗線10#-15#改造工程；
2工程位置：本工程位于中山市火炬開(kāi)發(fā)區(qū)；
3工程簡(jiǎn)介：本工程是為了新建廣州至珠海城際輕軌的建設(shè)而進(jìn)行的升高改造，本工程新建鐵塔兩基：N11A、N12A；基礎(chǔ)全部采用灌注樁基礎(chǔ)。但是由于現(xiàn)場(chǎng)青苗賠償?shù)葐?wèn)題無(wú)法施工，使得N12A鐵塔需要沿大號(hào)方向移位102m，移位后基礎(chǔ)位于山腳下方。
4基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)位于山腳下，現(xiàn)場(chǎng)初步勘測(cè)，由于樁機(jī)等大型施工機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工，暫定基礎(chǔ)采用大板基礎(chǔ)或人工掏挖基礎(chǔ)（需根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告確定）。
5地質(zhì)勘測(cè)：Ⅰ腿淤泥：4.3m、強(qiáng)風(fēng)化2.0m、中風(fēng)化5.0m；Ⅱ腿淤泥：5.0m、強(qiáng)風(fēng)化1.4m、中風(fēng)化5.0m；Ⅲ腿淤泥：5.1m、強(qiáng)風(fēng)化1.2m、中風(fēng)化5.0m；Ⅳ腿淤泥：4.2m、強(qiáng)風(fēng)化2.3m、中風(fēng)化5.0m；
6基礎(chǔ)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題：N21A鐵塔基礎(chǔ)作用力為T(mén)=90t、N=120t、HX=25t、HY=10t。根據(jù)原設(shè)計(jì)的初步假想，采用大板基礎(chǔ)或人工掏挖基礎(chǔ)；但根據(jù)地質(zhì)報(bào)告情況，此處鐵塔基礎(chǔ)位于山腳下，地質(zhì)按一定坡度進(jìn)行分布，如果采用大板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板需置于持力層，此處選擇在強(qiáng)風(fēng)化層，但是考慮到地質(zhì)按照一定坡度分布，如果僅置于強(qiáng)風(fēng)化層的表面，則基礎(chǔ)抗側(cè)滑強(qiáng)度不足，但如果基礎(chǔ)底板置于強(qiáng)風(fēng)化層下方，則基礎(chǔ)埋深在5m以上，由于無(wú)法進(jìn)大型施工機(jī)械，且需進(jìn)行鋼板樁護(hù)基，無(wú)形中增加了施工危險(xiǎn)及施工成本；即便是修通道路進(jìn)入大型施工機(jī)械，則成本比原設(shè)計(jì)所用灌注樁基礎(chǔ)要大很多。根據(jù)地質(zhì)情況也無(wú)法采用采用人工掏挖基礎(chǔ)，因?yàn)樯习氩糠譃橛俜e地質(zhì)。采用人工掏挖基礎(chǔ)危險(xiǎn)系數(shù)相應(yīng)增大很多，淤泥下方為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化采用人工掏挖基礎(chǔ)也不現(xiàn)實(shí)。
7基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處理方法：由于電力工程《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》仍然采用安全系數(shù)法，故此處設(shè)計(jì)僅需滿(mǎn)足設(shè)計(jì)中所要求的下壓、上拔、傾覆演算的要求即可，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次勘查，結(jié)合地質(zhì)報(bào)告，最后征得施工部門(mén)意見(jiàn)確定此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的條件如下：基礎(chǔ)埋深要小大于2.5m（基礎(chǔ)維護(hù)可以采用松樁處理）；如果需采用灌注樁基礎(chǔ)，則灌注樁基礎(chǔ)深度不能深于中風(fēng)化（不能采用沖鉆，因?yàn)榇撕贤瑸榭偘贤?，如果超出原合同部分則由施工部門(mén)自行承擔(dān)）?；A(chǔ)材料用量、地基處理措施等費(fèi)用不能超出原設(shè)計(jì)范圍。根據(jù)以上條件，結(jié)合本基礎(chǔ)所處地基情況，以及原設(shè)計(jì)所用費(fèi)用經(jīng)綜合考慮，采用斜柱基礎(chǔ)與灌注樁基礎(chǔ)相結(jié)合的方式，基礎(chǔ)側(cè)向位移采用松樁擋土墻處理方法。根據(jù)斜柱基礎(chǔ)與大板基礎(chǔ)的對(duì)比知道，基礎(chǔ)作用力相同的情況下斜柱基礎(chǔ)受力形式更加好，且節(jié)約材料用量。數(shù)學(xué)模型的建立，本工程所用基礎(chǔ)由于沒(méi)有具體的數(shù)學(xué)模型，所以參考承臺(tái)灌注樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)下壓由斜柱基礎(chǔ)底板承擔(dān)，基礎(chǔ)上拔由斜柱基礎(chǔ)和基礎(chǔ)下灌注樁部分（僅考慮自重部分）承擔(dān)，基礎(chǔ)水平作用力由斜柱基礎(chǔ)和基礎(chǔ)下灌注樁部分共同承擔(dān)；考慮到基礎(chǔ)所處地質(zhì)情況結(jié)合鉆探資料，基礎(chǔ)側(cè)位移需做擋土墻，而此條線路改造根據(jù)火炬開(kāi)發(fā)區(qū)的規(guī)劃及供電局的規(guī)劃，此段線路需要近期改造拆除（施工圖已出），所以此次改造為臨時(shí)改造方案，故擋土墻處理采用松樁擋土墻。斜柱基礎(chǔ)下方仍采用松樁地基處理。最終設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)形式如圖2所示。上部斜柱基礎(chǔ)埋深1.5m，下部灌注樁基礎(chǔ)在基礎(chǔ)底部以下4.7m，入中風(fēng)化巖層0.5m以上。
8設(shè)計(jì)中需思考的問(wèn)題：本工程是為了解決復(fù)雜地質(zhì)情況下施工工藝問(wèn)題而進(jìn)行的基礎(chǔ)變更，基礎(chǔ)采用的是斜柱基礎(chǔ)與灌注樁基礎(chǔ)相結(jié)合的處理方式，在上拔演算中由于數(shù)學(xué)模型建立方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，此次上拔演算中未考慮到灌注樁基礎(chǔ)摩擦力。雖然本工程已經(jīng)竣工運(yùn)行將近兩年多時(shí)間，但是卻給我們?cè)O(shè)計(jì)人員一個(gè)提示，就是我們?cè)谛滦驮O(shè)計(jì)方面還存在一定的不足，還需要繼續(xù)學(xué)習(xí)實(shí)踐，搜集更多的同行所做的優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品，為我們以后的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。
1.首先根據(jù)所設(shè)計(jì)控制線路的要求，對(duì)所需要用到的電氣元器件寫(xiě)出材料清單（元器件的名稱(chēng)、數(shù)量、型號(hào)）。
2.根據(jù)所設(shè)計(jì)線路的要求，通過(guò)自己在理論學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)中掌握的知識(shí)，考慮如何設(shè)計(jì)。
3.通過(guò)分組完成或自己完成，畫(huà)出能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求的電氣原理圖，分析工作原理，請(qǐng)帶實(shí)習(xí)的教師審核圖紙，提出建議，方可照?qǐng)D安裝接線。
4.在我們?cè)O(shè)計(jì)線路時(shí)，還要考慮一個(gè)重要的因素，就是要根據(jù)現(xiàn)有的元器件條件，完成我們的設(shè)計(jì)課題。因?yàn)椋總€(gè)設(shè)計(jì)線路的功能，可以通過(guò)很多種控制方式來(lái)完成。
二、設(shè)計(jì)實(shí)例（三相異步電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行控制，擴(kuò)展為兩地控制的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)手動(dòng)順起，手動(dòng)逆停控制線路，具有短路、過(guò)載、欠壓及失壓保護(hù)）
1.元件清單三相空氣開(kāi)關(guān)1個(gè)、主熔斷器3個(gè)、控熔斷器2個(gè)、交流接觸器2個(gè)、熱繼電器2個(gè)、三聯(lián)按鈕2個(gè)。
2.設(shè)計(jì)思路（1）由于要完成兩地控制，必須考慮甲、乙兩地均有起動(dòng)按鈕和停止按鈕；根據(jù)現(xiàn)有的條件，我們只能提供兩組三聯(lián)按鈕，所以，在設(shè)計(jì)線路時(shí)，學(xué)生必須考慮其中兩個(gè)按鈕，即要做起動(dòng)按鈕使用，又要做停止按鈕使用。學(xué)生還需要掌握一個(gè)要點(diǎn)，就是只要是多地控制，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制電路，起動(dòng)按鈕要并聯(lián)、停止按鈕要串聯(lián)。（2）兩臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)要求順序起動(dòng)時(shí)，控制第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的交流接觸器常開(kāi)輔助觸頭，必須串聯(lián)在第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制電路里，以此類(lèi)推。（3）兩臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的逆序停止時(shí)，控制第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的交流接觸器常開(kāi)輔助觸頭，必須并聯(lián)在第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的停止按鈕上。
3.畫(huà)出設(shè)計(jì)電路根據(jù)設(shè)計(jì)思路，畫(huà)出能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求的電路圖，如圖一所示（主電路省略）?？刂齐娐分蠸B11、SB12是第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的停止按鈕，SB21、SB22的常開(kāi)觸頭是第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)按鈕，SB21、SB22的常閉觸頭是第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的停止按鈕，SB31、SB32是第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)按鈕。通過(guò)這六個(gè)按鈕，我們就能夠?qū)崿F(xiàn)在甲乙兩地控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。KM1控制第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，KM2控制第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
三、我們?cè)谠O(shè)計(jì)了手動(dòng)控制基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)（兩地控制的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)順起，自動(dòng)逆停控制電路）
1.元件清單三相空氣開(kāi)關(guān)1個(gè)、主熔斷器3個(gè)、控熔斷器2個(gè)、交流接觸器2個(gè)、熱繼電器2個(gè)、三聯(lián)按鈕2個(gè)、增加一個(gè)時(shí)間繼電器、一個(gè)中間繼電器，減少兩個(gè)按鈕。
2.設(shè)計(jì)思路（1）起動(dòng)時(shí)，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)一定時(shí)間后，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)。根據(jù)要求，我們可以采用通電延時(shí)型時(shí)間繼電器或斷電延時(shí)型繼電器完成順序控制的要求；通常情況下，首選通電延時(shí)型時(shí)間繼電器，利用它的延時(shí)閉合常開(kāi)觸頭串接在第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的控制電路中，實(shí)現(xiàn)按時(shí)間順序起動(dòng)的控制要求；相當(dāng)于利用時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合常開(kāi)觸頭，代替第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)按鈕，當(dāng)延時(shí)觸頭自動(dòng)閉合時(shí)，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)就自行起動(dòng)。由于是兩地控制，所以，兩個(gè)起動(dòng)按鈕需要并聯(lián)完成兩地控制要求，如圖二所示。同學(xué)們也可以在此電路的設(shè)計(jì)思路上，考慮如何采用斷電延時(shí)型時(shí)間繼電器完成順起逆停的控制電路的設(shè)計(jì)。（2）停止時(shí)，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)停止一定時(shí)間后，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)才能自行停止。根據(jù)要求，我們?cè)谠O(shè)計(jì)上可以采用兩個(gè)時(shí)間繼電器完成順起逆?？刂?，但是，由于實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況，只有一個(gè)時(shí)間繼電器可用，在設(shè)計(jì)上，就必須考慮同一個(gè)時(shí)間繼電器需要完成兩個(gè)功能，起動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)延時(shí)，使第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)自行起動(dòng)。當(dāng)?shù)诙妱?dòng)機(jī)起動(dòng)后，KM2的常閉觸頭分?jǐn)?，時(shí)間繼電器線圈斷電，時(shí)間繼電器暫時(shí)停止工作。當(dāng)需要停止時(shí)，按下停止按鈕，第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)停止的同時(shí)，時(shí)間繼電器重新工作，通過(guò)延時(shí)分?jǐn)嗟某ｉ]觸頭延時(shí)分?jǐn)?，切斷第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制電路，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)就可以自行停止了。（3）為了能夠正常順序起動(dòng)逆序停止，電路中需要采用一個(gè)中間繼電器，通過(guò)中間繼電器的常閉觸頭可以保證起動(dòng)正常完成，在時(shí)間繼電器暫時(shí)斷電時(shí)，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)不會(huì)停止工作；在完成自動(dòng)逆停時(shí)，由于中間繼電器工作，常閉觸頭分?jǐn)啵沟诙_(tái)電動(dòng)機(jī)不會(huì)重新起動(dòng)。
3.畫(huà)出設(shè)計(jì)電路根據(jù)設(shè)計(jì)思路，畫(huà)出能夠?qū)崿F(xiàn)控制要求的電路圖，如圖二所示（主電路省略）?？刂齐娐分蠸B11、SB12是第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)按鈕，SB21、SB22是第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)的停止按鈕，通過(guò)這四個(gè)按鈕，我們就能夠?qū)崿F(xiàn)在甲乙兩地控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。KM1控制第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，KM2控制第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)。KT、KA、KM1、KM2、共同完成自動(dòng)順起、自動(dòng)逆停的控制。通過(guò)設(shè)計(jì)手動(dòng)控制的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順起逆停，到自動(dòng)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)順起逆停的設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)線路有了一定的認(rèn)識(shí)；感興趣的學(xué)生對(duì)以上兩個(gè)線路還可以設(shè)計(jì)出不同的電路來(lái)。
作者：董鐵柱 譚青海 羅金忠 王紅宣 童武 單位：青海省電力設(shè)計(jì)院
由于擴(kuò)徑導(dǎo)線是在常規(guī)鋼芯鋁絞線中抽取鋁芯的方式來(lái)生產(chǎn)的，其內(nèi)層鋁線和鄰?fù)鈱愉X線不是緊密排列的，股層之間的縫隙較大，導(dǎo)線受壓后容易產(chǎn)生變形和壓痕，故須在張力放線中制定專(zhuān)用技術(shù)措施。如放線張力一般控制在1～1.5t。放線速度一般控制在1m/s左右。壓接斷線時(shí)應(yīng)使用專(zhuān)用割線器割斷，防止斷線時(shí)造成導(dǎo)線端頭變形。導(dǎo)線壓接時(shí)，導(dǎo)線端頭用不少于7根鋁線均勻插入導(dǎo)線內(nèi)層及鄰?fù)鈱拥拈g隙，插接長(zhǎng)度不少于壓接長(zhǎng)度，插入的鋁線從同層鋁線中截取。
目前常用的跳線有普通軟跳線、鋁管式硬跳線及籠式硬跳線3種形式。普通軟跳線具有形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，但由于跳線搖擺嚴(yán)重，跳線弧垂大，造成了塔頭尺寸的浪費(fèi)。而鋁管式硬跳線由于在鋁管式跳線中的設(shè)備線夾與導(dǎo)線連接處有電暈現(xiàn)象且可聽(tīng)噪音較大，引起當(dāng)?shù)鼐用裢对V。故最終采用籠式硬跳線，空氣間隙風(fēng)偏后導(dǎo)線對(duì)桿塔的最小空氣間隙，應(yīng)滿(mǎn)足工頻電壓、操作過(guò)電壓及雷電過(guò)電壓的要求。按《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，各間隙值應(yīng)按下式進(jìn)行高海拔修正:式中，H為海拔高度，m;m為海拔修正因子。絕緣子串750kV輸電線路的絕緣配合，應(yīng)使線路在工頻電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓等各種條件下安全可靠地運(yùn)行。絕緣子片數(shù)主要由工頻電壓決定，按工頻電壓確定絕緣子串片數(shù)有2種方法，即污耐壓法和泄漏比距法。工程實(shí)際中一般采用泄漏比距法。高海拔地區(qū)，絕緣子片數(shù)按下式進(jìn)行修正:nH=ne0．1215m1(H－1)(4)式中，nH為高海拔地區(qū)每串絕緣子所需片數(shù);H為海拔高度，km;m1為特征指數(shù)，它反映氣壓對(duì)于污閃電壓的影響程度。750kV線路懸垂串采用“IVI”型式，按照上述方法進(jìn)行海拔修正后的絕緣子片數(shù)本線路按27m/s和30m/s風(fēng)速設(shè)計(jì)了2種拉“V”塔。拉“V”塔的呼高為36m、39m、42m。拉“V”塔在高海拔地區(qū)首次大規(guī)模使用，在實(shí)際應(yīng)用中以42m呼高為主使用。
采用拉V塔有效降低工程造價(jià)，以本工程為例，實(shí)際共使用拉V塔627基，占全部直線鐵塔的44.4%，節(jié)約塔材約2652t，節(jié)約資金2100萬(wàn)元。2.7Q420高強(qiáng)鋼應(yīng)用目前線路所采用的鋼材主要是Q235和Q345兩種，其中Q235為碳素結(jié)構(gòu)鋼，Q345為低合金鋼。Q235和Q345鋼材具有強(qiáng)度穩(wěn)定性好、離散度低的優(yōu)點(diǎn)，冶煉、軋制、設(shè)計(jì)、加工經(jīng)驗(yàn)均非常成熟，但缺點(diǎn)是屈服點(diǎn)低。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家輸電線路應(yīng)用的鋼材，屈服強(qiáng)度可達(dá)450MPa。750kV線路中鐵塔荷載較大，主材采用Q345對(duì)塔重影響較大，如果主材采用Q420，一方面，在一定程度上減小了基礎(chǔ)作用力，另一方面可以減少主材雙肢，從而也減少雙肢所需的構(gòu)造單元，使得塔重進(jìn)一步減輕。Q420鋼單價(jià)比Q345鋼單價(jià)高不到10%，因此只要使用Q420能使塔重降低2%就是經(jīng)濟(jì)的。經(jīng)過(guò)計(jì)算，JG1可降低塔重3%～4%，JG2和JG3可降低塔重7%～9%，DG可降低塔重10%以上，減少塔身雙肢主材的出現(xiàn)。電力天路工程已投運(yùn)，通過(guò)該工程的設(shè)計(jì)，為青藏高原高海拔750kV線路的設(shè)計(jì)積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但該地區(qū)750kV線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還需在運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)、優(yōu)化。
對(duì)于輸電線路的架設(shè)工作我們?cè)谶M(jìn)行具體的操作過(guò)程中一定要進(jìn)行比較科學(xué)的線路設(shè)計(jì)工作，考慮線路設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的種種因素保證架設(shè)的輸電線路能夠科學(xué)順利運(yùn)行，將自然因素和人為因素可能對(duì)輸電線路造成的危害降到最低。通常線路在設(shè)計(jì)階段都要利用科學(xué)技術(shù)例如衛(wèi)星或是航拍獲得線路架設(shè)設(shè)計(jì)線路的圖片資料，利用遙感技術(shù)將該區(qū)域內(nèi)具體地理數(shù)據(jù)進(jìn)行整合將具體的地形地貌環(huán)境狀況，交通狀況進(jìn)行匯總比較設(shè)計(jì)的方案后選擇最科學(xué)最合理的方案進(jìn)行施工。輸電線路的設(shè)計(jì)工作具體要考慮一下情況：一是輸電線路在架設(shè)線路要避開(kāi)軍事工程，或是大型的機(jī)場(chǎng)，礦場(chǎng)，避免對(duì)架設(shè)區(qū)域造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于地質(zhì)條件不好的地區(qū)也要進(jìn)行躲避。二是輸電線路在設(shè)計(jì)的階段對(duì)于輸電線路的長(zhǎng)度也要進(jìn)行一定的規(guī)劃線路的長(zhǎng)短要符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。三是輸電線路在架設(shè)過(guò)程中保證線桿之間的距離，和高差避免由于高差或是距離的原因?qū)е螺旊娋€路出現(xiàn)線錘，下沉的現(xiàn)象。
二、基礎(chǔ)工程的具體設(shè)計(jì)與施工
對(duì)于220kV輸電工程的線路施工中架設(shè)的線桿是整個(gè)施工工作的基礎(chǔ)也是重點(diǎn)工程，只有保證輸電線路線桿架設(shè)的順利才能進(jìn)行其他的施工作業(yè)。線桿的架設(shè)工作需要我們給與足夠的重視，線桿通常我們會(huì)利用混凝土將將其底部埋設(shè)到基坑中，使線桿在遇到外力的作用后不會(huì)出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。通常線桿在埋設(shè)的過(guò)中一般會(huì)出現(xiàn)以下情況，例如混凝土出現(xiàn)裂縫，下沉，或是滑坡，或是由于積水的沖刷導(dǎo)致出現(xiàn)地盤(pán)不穩(wěn)的現(xiàn)像出現(xiàn)。
1.巖石基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)
輸電線路的架設(shè)過(guò)程中由于多數(shù)是經(jīng)過(guò)的山地地區(qū)因此對(duì)于地表的巖石或是土質(zhì)的勘察就比較重要，一般在線路的架設(shè)前就要對(duì)整個(gè)線路的地表巖石情況進(jìn)行詳細(xì)的勘察，提取相應(yīng)的的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確定最終的設(shè)計(jì)方案。一般情況下地表巖石的情況可以分成三種類(lèi)型微風(fēng)化、半風(fēng)化、重度風(fēng)化三種。其中的微風(fēng)化是架設(shè)線路的最佳選擇但是由于，微風(fēng)化地區(qū)的地表巖石還保留者著巖石的本質(zhì)特性，通常情況是比較堅(jiān)硬的不容易進(jìn)行開(kāi)挖的。對(duì)于重度風(fēng)化的通常采用鋼筋混凝土的澆筑的方式進(jìn)行既可以節(jié)約成本又可以自由的控制基坑的質(zhì)量。
2.巖石基礎(chǔ)部分的開(kāi)挖施工
輸電線路的基礎(chǔ)部分需要進(jìn)行開(kāi)挖，但是開(kāi)挖的過(guò)程中和施工工藝需要按照一定的施工原則和施工順序進(jìn)行。在基礎(chǔ)開(kāi)挖的過(guò)程中決不能破壞巖石的整體性結(jié)構(gòu)，以免出現(xiàn)施工后的內(nèi)部開(kāi)裂影響基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。
（1）開(kāi)挖過(guò)程。
對(duì)于基坑的開(kāi)挖一般要注意開(kāi)挖過(guò)程中保證嵌入基坑內(nèi)部的角鋼在插入的過(guò)程中要充分利用原土層的力學(xué)效果，這樣就可以充分保證基坑的穩(wěn)定性。通常情況下巖石式基坑的挖掘都是將基坑挖成一個(gè)倒立的錐形，里面嵌入角鋼，或是澆灌混凝土。
（2）排水部分。
在水資源很豐富的地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)施工時(shí)要注意基礎(chǔ)的地面水與地下水的高度差，因?yàn)槿绻陀诘叵滤乃痪蜁?huì)導(dǎo)致水不斷地涌入坑內(nèi)，不能及時(shí)排走就可能會(huì)造成基礎(chǔ)部分坍塌，無(wú)法正常施工，因此要注意坑內(nèi)的排水工作。一般可以分為明、暗兩種排水的方案，前者是在坑的底部建立一個(gè)可以集水的類(lèi)似水井的設(shè)備，利用水泵的動(dòng)力把水排水；暗排水指的是在坑壁上設(shè)置一些過(guò)濾管道，用總管道把它們連接在一起之后再抽水，這種方法一般比較常見(jiàn)。
三、桿塔及其架線工程
桿塔部分是輸電工程的支點(diǎn)，選擇好的桿塔型式和正確的施工方案可以確保輸電線路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。桿塔工程包括以下幾方面：
（1）選擇合適的型式。
這是桿塔設(shè)計(jì)工程的主要內(nèi)容，一般的塔形按照受力情況分為耐張型以及懸垂型兩種。前者又可以分為直線、轉(zhuǎn)角和終端三個(gè)部分。懸垂型的則可以分為直線和轉(zhuǎn)角兩種；按照回路數(shù)量又可以分為單回、雙回以及多回三種，單回線路可以水平排列，也可以三角、垂直排列，雙回和多回線路則按照垂直排列，在選擇排列方式時(shí)要充分考慮桿塔的高度以及相鄰桿塔之間的水平距離偏移。其次，桿塔類(lèi)型的選擇還要結(jié)合路線的特征，遵循經(jīng)濟(jì)、安全、合理、可靠性等原則，在不同地區(qū)架設(shè)輸電線路就要考慮到當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡卣?，不能盲目選用同一種類(lèi)型，要從安全穩(wěn)定的角度去考慮。
（2）桿塔的埋設(shè)施工。
塔桿的架設(shè)施工需要要考慮基坑情況的對(duì)于巖石式基坑可以直接將角鋼嵌入基坑內(nèi)部并進(jìn)行填土，對(duì)于平地的基坑架設(shè)桿塔通常采用混凝土澆筑的方式進(jìn)行保證桿塔的剛度和強(qiáng)度，使桿塔承受一定的負(fù)載。
四、結(jié)語(yǔ)
以往的擁擠度估計(jì)方法分為兩類(lèi)：邊界框方法和總體布線方法。由于布線模型沒(méi)有確定，邊界框方法是一種粗略的估計(jì)方法。總體布線是一種基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方法，通常是L型布線或Z型布線。本文采用總體布線的方法來(lái)進(jìn)行擁擠度的估計(jì)，模塊的邊的移動(dòng)通過(guò)總體布線來(lái)控制。
2擁擠度驅(qū)動(dòng)的模塊邊的移動(dòng)
2.1確定布局區(qū)域的大小
改變布局區(qū)域的大小的目的是使其能夠滿(mǎn)足布線需求。首先，將整塊電路板劃分成m×n個(gè)布局區(qū)域，用Bij代表每個(gè)布局區(qū)域，i代表行（i=1…m），j代表列（j=1…n）。如圖3所示，xij和xij+1分別代表布局區(qū)域Bij的左邊和右邊，yij和yij+1分別代表布局區(qū)域Bij的上邊和下邊。uijl、uijr、uijt和uijb分別代表通過(guò)總體布線得到的布局區(qū)域左邊、右邊、上邊和下邊布線的數(shù)量。H、W、hTile和wTile分別代表電路板的高度、寬度、布局區(qū)域原始高度和原始寬度。（1）布通率約束。布線的容量與布局區(qū)域邊的長(zhǎng)度相關(guān)聯(lián)，理想情況下，如果布局區(qū)域的邊足夠大，布線時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生重疊。在布通率約束公式中，用xi,j+1-xij代表布局區(qū)域Bij的寬度，用f1（u）表示容納下u條線所需要的長(zhǎng)度，u是通過(guò)總體布線得出的。（2）面積約束。此約束是用來(lái)確保布局區(qū)域可以容納下其中的所有單元，如果沒(méi)有此約束，假設(shè)布局區(qū)域的高是固定的，當(dāng)布局區(qū)域的邊不擁擠時(shí)，在X方向布局區(qū)域內(nèi)的單元就會(huì)產(chǎn)生大量的重疊。（3）移動(dòng)約束。算法輸入的結(jié)果是一個(gè)已經(jīng)合法化的布局，所以?xún)?yōu)化過(guò)程有必要不過(guò)多的影響原有布局結(jié)果，因此需要設(shè)置移動(dòng)約束來(lái)限制邊的移動(dòng)。在公式中，C代表邊移動(dòng)的限度，設(shè)定C的大小為布局區(qū)域?qū)挾鹊囊话搿＃?）電路板大小約束。最后設(shè)定電路板約束來(lái)限制邊在移動(dòng)時(shí)不要超出電路板之外，保證結(jié)果的合理性。
2.2基于最長(zhǎng)路徑的解決方法
快速有效的解決擁擠問(wèn)題的方法是基于最長(zhǎng)路徑技術(shù)。為了計(jì)算最長(zhǎng)路徑，需要建立一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖G（V，E），對(duì)于每一條布局區(qū)域邊Xij用頂點(diǎn)Vij來(lái)代替，對(duì)于每一種不同的約束這里用有向邊來(lái)代替，用邊Er代替布通率約束，用邊Ea代替面積約束，用邊Em代替移動(dòng)約束，就可以找到從左至右最長(zhǎng)的一條路徑，如圖4所示。因?yàn)樵趦蓚€(gè)頂點(diǎn)之間有三種約束，所以采用以下的方法計(jì)算出兩點(diǎn)間的最長(zhǎng)路徑。其步驟如下：（1）按照布通率約束移動(dòng)邊的時(shí)候，邊同時(shí)受到面積約束和移動(dòng)約束，如果布通率約束得出的值同時(shí)滿(mǎn)足面積約束和移動(dòng)約束，此時(shí)就將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為經(jīng)布通率約束得出的值（||Er||）。（2）如果得到的值僅滿(mǎn)足移動(dòng)約束而不滿(mǎn)足面積約束，此時(shí)將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為有面積約束得到的值（||Ea||）。（3）如果經(jīng)布通率計(jì)算得到的值滿(mǎn)足面積約束而不滿(mǎn)足移動(dòng)約束，此時(shí)將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為有移動(dòng)約束得到的值（||Em||）。（4）如果由布通率計(jì)算得到的值對(duì)于其他兩種約束都不滿(mǎn)足，此時(shí)先將兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為由移動(dòng)約束計(jì)算得到的值（||Em||），如果同時(shí)也滿(mǎn)足面積約束，則此值被確定下來(lái)，如果不滿(mǎn)足面積約束，兩點(diǎn)間的距離設(shè)置為由面積約束計(jì)算得到的值（||Ea||）?；谝陨系睦碚摚梢杂?jì)算出任意兩點(diǎn)間的距離，最終確定出一行的長(zhǎng)度：（L=Σ||E||）。選出所有行中最長(zhǎng)的一行為最長(zhǎng)路徑（LP）。如果該長(zhǎng)度大于電路板的寬度（LP>W），需要壓縮此長(zhǎng)度使其在電路板之內(nèi)。因?yàn)閮牲c(diǎn)間的距離有三種可能的值，定義經(jīng)布通率約束和移動(dòng)約束得到的值（||Er||）、（||Em||）為可壓縮值，經(jīng)面積約束計(jì)算得到的值（||Ea||）為不可壓縮值。通過(guò)定義，將所有（||Er||）、（||Em||）乘以壓縮比例s（s=W/(LP-||Ea||）），就得到了滿(mǎn)足所有條件的結(jié)果。經(jīng)過(guò)上述操作，所有單元會(huì)整體向左偏移，并擠壓在原本不擁擠的區(qū)域，如圖5所示。為了避免這種情況，設(shè)布局區(qū)域邊未移動(dòng)時(shí)的坐標(biāo)為Xi，j，經(jīng)過(guò)從左至右的最長(zhǎng)路徑操作后得到的坐標(biāo)為Xli，j，然后將原本輸入的需要移動(dòng)。根據(jù)布局區(qū)域改變前單元到區(qū)域左邊和區(qū)域右邊的比例確定新單元的位置，如圖6所示，L1/R1=L2/R2。
3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是在一臺(tái)CPU為2.4GHzIntelXeon，內(nèi)存4G的機(jī)器上完成，采用的ISPD2011比賽實(shí)例。選取的7個(gè)比賽實(shí)例以及由清華大學(xué)、國(guó)立交通大學(xué)、密歇根大學(xué)處理的結(jié)果，用總體布線工具NCTURouter2.0[11]確定估計(jì)的擁擠信息和評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)各院校比賽得出的布局結(jié)果進(jìn)行處理優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)在表1中，前綴如SC代表清華大學(xué)，VDA代表國(guó)立交通大學(xué)，simpl代表密歇根大學(xué)，后接的如superblue4為比賽中的實(shí)例名稱(chēng)，組合在一起表示各大學(xué)對(duì)不同實(shí)例處理的結(jié)果。通過(guò)數(shù)據(jù)得出經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理之后的結(jié)果在布線線長(zhǎng)、布線重疊度、布線時(shí)間上都有很好的優(yōu)化，特別是經(jīng)清華大學(xué)處理的實(shí)例superblue4，提高極為明顯，由國(guó)立交通大學(xué)大學(xué)處理的結(jié)果也有很大的提高。
4結(jié)論
關(guān)鍵詞：PCB；無(wú)線射頻；RF電路；設(shè)計(jì)
1引言
射頻(RF)PCB設(shè)計(jì)，在目前公開(kāi)出版的理論上具有很多不確定性，常被形容為一種“黑色藝術(shù)”。通常情況下，對(duì)于微波以下頻段的電路(包括低頻和低頻數(shù)字電路)，在全面掌握各類(lèi)設(shè)計(jì)原則前提下的仔細(xì)規(guī)劃是一次性成功設(shè)計(jì)的保證。對(duì)于微波以上頻段和高頻的PC類(lèi)數(shù)字電路。則需要2~3個(gè)版本的PCB方能保證電路品質(zhì)。而對(duì)于微波以上頻段的RF電路．則往往需要更多版本的：PCB設(shè)計(jì)并不斷完善，而且是在具備相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的前提下。由此可知RF電設(shè)計(jì)上的困難。
2RF電路設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題
2．1數(shù)字電路模塊和模擬電路模塊之間的干擾
如果模擬電路(射頻)和數(shù)字電路單獨(dú)工作，可能各自工作良好。但是，一旦將二者放在同一塊電路板上，使用同一個(gè)電源一起工作，整個(gè)系統(tǒng)很可能就不穩(wěn)定。這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)頻繁地在地和正電源(>3V)之間擺動(dòng)，而且周期特別短，常常是納秒級(jí)的。由于較大的振幅和較短的切換時(shí)間。使得這些數(shù)字信號(hào)包含大量且獨(dú)立于切換頻率的高頻成分。在模擬部分，從無(wú)線調(diào)諧回路傳到無(wú)線設(shè)備接收部分的信號(hào)一般小于lμV。因此數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)之間的差別會(huì)達(dá)到120dB。顯然．如果不能使數(shù)字信號(hào)與射頻信號(hào)很好地分離。微弱的射頻信號(hào)可能遭到破壞,這樣一來(lái)，無(wú)線設(shè)備工作性能就會(huì)惡化，甚至完全不能工作。
2．2供電電源的噪聲干擾
射頻電路對(duì)于電源噪聲相當(dāng)敏感,尤其是對(duì)毛刺電壓和其他高頻諧波。微控制器會(huì)在每個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期內(nèi)短時(shí)間突然吸人大部分電流,這是由于現(xiàn)代微控制器都采用CMOS工藝制造。因此。假設(shè)一個(gè)微控制器以lMHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率運(yùn)行，它將以此頻率從電源提取電流。如果不采取合適的電源去耦．必將引起電源線上的電壓毛刺。如果這些電壓毛刺到達(dá)電路RF部分的電源引腳,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致工作失效。
2．3不合理的地線
如果RF電路的地線處理不當(dāng),可能產(chǎn)生一些奇怪的現(xiàn)象。對(duì)于數(shù)字電路設(shè)計(jì),即使沒(méi)有地線層,大多數(shù)數(shù)字電路功能也表現(xiàn)良好。而在RF頻段，即使一根很短的地線也會(huì)如電感器一樣作用。粗略地計(jì)算,每毫米長(zhǎng)度的電感量約為lnH,433MHz時(shí)10toniPCB線路的感抗約27Ω。如果不采用地線層，大多數(shù)地線將會(huì)較長(zhǎng)，電路將無(wú)法具有設(shè)計(jì)的特性。
2．4天線對(duì)其他模擬電路部分的輻射干擾
在PCB電路設(shè)計(jì)中，板上通常還有其他模擬電路。例如，許多電路上都有模，數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)或數(shù)／模轉(zhuǎn)換器(DAC)。射頻發(fā)送器的天線發(fā)出的高頻信號(hào)可能會(huì)到達(dá)ADC的模擬輸入端。因?yàn)槿魏坞娐肪€路都可能如天線一樣發(fā)出或接收RF信號(hào)。如果ADC輸入端的處理不合理，RF信號(hào)可能在ADC輸入的ESD二極管內(nèi)自激。從而引起ADC偏差。
3RF電路設(shè)計(jì)原則及方案
3．1RF布局概念
在設(shè)計(jì)RF布局時(shí),必須優(yōu)先滿(mǎn)足以下幾個(gè)總原則：
(1)盡可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔離開(kāi)來(lái)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是讓高功率RF發(fā)射電路遠(yuǎn)離低功率RF接收電路：
(2)確保PCB板上高功率區(qū)至少有一整塊地，最好上面沒(méi)有過(guò)孔，當(dāng)然，銅箔面積越大越好；
(3)電路和電源去耦同樣也極為重要；
(4)RF輸出通常需要遠(yuǎn)離RF輸入；
(5)敏感的模擬信號(hào)應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離高速數(shù)字信號(hào)和RF信號(hào)。
3．2物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計(jì)原則
設(shè)計(jì)分區(qū)可以分解為物理分區(qū)和電氣分區(qū)。物理分區(qū)主要涉及元器件布局、方向和屏蔽等；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、RF走線、敏感電路和信號(hào)以及接地等的分區(qū)。
3．2．1物理分區(qū)原則
(1)元器件位置布局原則。元器件布局是實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)秀RF設(shè)計(jì)的關(guān)鍵．最有效的技術(shù)是首先固定位于RF路徑上的元器件并調(diào)整其方向,以便將RF路徑的長(zhǎng)度減到最小,使輸入遠(yuǎn)離輸出。并盡可能遠(yuǎn)地分離高功率電路和低功率電路。
(2)PCB堆疊設(shè)計(jì)原則。最有效的電路板堆疊方法是將主接地面(主地)安排在表層下的第二層，并盡可能將RF線布置在表層上。將RF路徑上的過(guò)孔尺寸減到最小,這不僅可以減少路徑電感,而且還可以減少主地上的虛焊點(diǎn),并可減少RF能量泄漏到層疊板內(nèi)其他區(qū)域的機(jī)會(huì)。
(3)射頻器件及其RF布線布局原則。在物理空間上,像多級(jí)放大器這樣的線性電路通常足以將多個(gè)RF區(qū)之間相互隔離開(kāi)來(lái)，但是雙工器、混頻器和中頻放大器／混頻器總是有多個(gè)RF／IF信號(hào)相互干擾．因此必須小心地將這一影響減到最小。RF與IF跡線應(yīng)盡可能十字交叉，并盡可能在它們之間隔一塊地。正確的RF路徑對(duì)整塊PCB的性能非常重要，這就是元器件布局通常在蜂窩電話PCB設(shè)計(jì)中占大部分時(shí)間的原因。
(4)降低高/低功率器件干擾耦合的設(shè)計(jì)原則。在蜂窩電話PCB上,通?？梢詫⒌驮胍舴糯笃麟娐贩旁赑CB的某一面,而將高功率放大器放在另一面,并最終通過(guò)雙工器把它們?cè)谕幻嫔线B接到RF端和基帶處理器端的天線上。要用技巧來(lái)確保通孔不會(huì)把RF能量從板的一面?zhèn)鬟f到另一面，常用的技術(shù)是在二面都使用盲孔?？梢酝ㄟ^(guò)將通孔安排在PCB板二面都不受RF干擾的區(qū)域來(lái)將通孔的不利影響減到最小。
3．2．2電氣分區(qū)原則
(1)功率傳輸原則。蜂窩電話中大多數(shù)電路的直流電流都相當(dāng)小,因此，布線寬度通常不是問(wèn)題。不過(guò)．必須為高功率放大器的電源單獨(dú)設(shè)定一條盡可能寬的大電流線，以將傳輸壓降減到最低。為了避免太多電流損耗,需要采用多個(gè)通孔來(lái)將電流從某一層傳遞到另一層。
(2)高功率器件的電源去耦。如果不能在高功率放大器的電源引腳端對(duì)它進(jìn)行充分的去耦，那么高功率噪聲將會(huì)輻射到整塊板上，并帶來(lái)多種的問(wèn)題。高功率放大器的接地相當(dāng)關(guān)鍵，經(jīng)常需要為其設(shè)計(jì)一個(gè)金屬屏蔽罩。
(3)RF輸入，輸出隔離原則。在大多數(shù)情況下，同樣關(guān)鍵的是確保RF輸出遠(yuǎn)離RF輸入。這也適用于放大器、緩沖器和濾波器。在最壞情況下，如果放大器和緩沖器的輸出以適當(dāng)?shù)南辔缓驼穹答伒剿鼈兊妮斎攵?，那么它們就有可能產(chǎn)生自激振蕩。在最好情況下，它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定地工作。實(shí)際上。它們可能會(huì)變得不穩(wěn)定，并將噪音和互調(diào)信號(hào)添加到RF信號(hào)上。
(4)濾波器輸入，輸出隔離原則。如果射頻信號(hào)線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，那么，這可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p害濾波器的帶通特性。為了使輸入和輸出良好地隔離。首先必須在濾波器周?chē)贾靡蝗Φ?。其次濾波器下層區(qū)域也要布置一塊地，并與圍繞濾波器的主地連接起來(lái)。把需要穿過(guò)濾波器的信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離濾
波器引腳也是個(gè)好方法。此外，整塊板上各個(gè)地方的接地都要十分小心,否則可能會(huì)在不知覺(jué)之中引入一條不希望發(fā)生的耦合通道。
(5)數(shù)字電路和模擬電路隔離。在所有PCB設(shè)計(jì)中，盡可能將數(shù)字電路遠(yuǎn)離模擬電路是一條總的原則，它同樣適用于RFPCB設(shè)計(jì)。公共模擬地和用于屏蔽和隔開(kāi)信號(hào)線的地通常是同等重要的，由于疏忽而引起的設(shè)計(jì)更改將可能導(dǎo)致即將完成的設(shè)計(jì)又必須推倒重來(lái)。同樣應(yīng)使RF線路遠(yuǎn)離模擬線路和一些很關(guān)鍵的數(shù)字信號(hào)．所有的RF走線、焊盤(pán)和元件周?chē)鷳?yīng)盡可能多地填接地銅皮．并盡可能與主地相連。如果RF走線必須穿過(guò)信號(hào)線,那么盡量在它們之間沿著RF走線布置一層與主地相連的地。如果不可能，一定要保證它們是十字交叉的．這可將容性耦合減到最小，同時(shí)盡可能在每根RF走線周?chē)嗖家恍┑?，并把它們連到主地。此外。將并行RF走線之間的距離減到最小可使感性耦合減到最小。
