110kV及以下架空輸電線路初步設計過程常見問題與解決方法

楊志強

（昆明供電設計院，云南 昆明 650011）

1 初步設計

1.1 線路路徑選擇

輸電線路的路徑選擇是一項復雜的工作，社會的、經濟的、環(huán)境的以及自然的因素等都對其有重要影響,是影響輸電線路投資、施工和運行是否方便的關鍵。因此，在整個設計過程中應給予高度的重視。路徑選擇分為圖上選線和現場選線兩個階段，圖上選線應做好事前準備如搜集1/1萬～1/5萬地形圖；了解電力系統規(guī)劃；城市、工礦發(fā)展、水利、鐵路、高等級公路等的規(guī)劃；森林及經濟作物分布；軍事設施、導航臺、電臺、已有電力線路情況等。根據所掌握的情況，盡量避開有影響的范圍，讓線路交通方便，路徑最短，地形最好。擬定若干個路徑方案或局部小方案進行比較，一般保留兩個方案作為初勘方案。

1.2 導線、地線的確定

根據系統規(guī)劃提供的負荷資料選定導線截面,其方法一般按經濟電流密度來選擇，用電壓損失、電暈、機械強度及發(fā)熱條件加以校驗。由于我國國民經濟發(fā)展速度較快,加上個別行業(yè)缺乏長遠規(guī)劃,往往當線路一建成,很快就達到滿負荷運行。因此在選擇經濟電流密度時，須結合當地社會經濟發(fā)展規(guī)劃合理選擇，有條件的情況下應適當增大最大負荷利用小時數，減少線路投運后，因導線截面選擇不合理，造成的超負荷運行。超負荷運行不僅損耗高,而且導線連接點容易發(fā)熱,對運行安全造成隱患。導線類型應根據使用環(huán)境及使用條件選擇，一般情況選擇普通鋼芯鋁絞線，對于重冰區(qū)線路可選擇鋁合金鋼芯鋁絞線，在舊線路改造為提高輸送容量可考慮采用耐熱鋁合金鋼芯鋁絞線，同時要重視鋁鋼截面比的選擇。必要時，還應通過技術經濟比較確定。導線確定后根據規(guī)程要求選定地線截面并確定型號。普通地線的選擇應對其進行必要的熱穩(wěn)定校驗，對于污穢地區(qū)宜采用鋅鋁合金度層鋼絞線。

1.3 氣象條件的確定

在進行輸配電線路設計時,首先要明確當地的氣象條件。氣象條件應根據沿線的氣象臺、站的氣象資料和附近線路的運行情況進行綜合考慮。輸電線路設計主要考慮下列氣象條件:

1.3.1 最高溫度:用于計算導線的最大弧垂,保證線路對地面及建筑物的安全距離；

1.3.2 最低溫度:做為確定導線最大應力的基本條件；

1.3.3 最熱月份的平均氣溫:用于驗算導線的安全載流量；

1.3.4 最大風速:用于確定導線、電桿、拉線等受力部件的外負荷,以及驗算導線與所接近的建筑物的水平安全距離；

1.3.5 年平均氣溫：防震設計一般用年平均氣溫時導線的應力作為計算控制條件；

1.3.6 導線覆冰:用于計算導線、電桿等部件的機械強度；

1.3.7 雷電日數:用于防雷保護方面的設計考慮。

風速、覆冰厚度和大氣溫度的不同取值成為氣象條件組合。氣象條件的組合既要反映自然的變化規(guī)律以及它們同時出現的可能性,又要考慮技術經濟上的合理性;既反映客觀實際的危險程度,保證線路的運行、施工、檢修工作等的安全,又要考慮經濟上的合理及計算上的方便。在技術上要使線路在危險的情況下(大風、覆冰有風、低溫、持續(xù)高溫)能夠正常運行,在斷線情況下不倒桿,事故不擴大。在內部過電壓、最大風速時,導線對地不發(fā)生閃絡事故,在最高溫度或覆冰時保證導線對地有足夠的安全距離,在施工過程中不發(fā)生人身、設備事故。為使設計標準化，除有特殊氣象因素外應盡量采用標準氣象區(qū)，同時在調查中要注意微地形、微氣象的影響。

1.4 絕緣配合及防雷設計

1.4.1 絕緣配合設計

絕緣配合設計一般從設備造價、維修費和事故造成的損失三方面進行考慮，選出經濟、合理的絕緣水平。架空輸電線路的絕緣配合需要解決。

1.4.1.1 桿塔上的絕緣配合設計：按運行電壓、操作過電壓、雷過電壓來確定絕緣子的類型、片數，以及在相應風速下導線對桿塔的空氣間隙距離。

1.4.1.2 檔距中央導線與地線間絕緣配合設計：按雷過電壓確定檔距中央導線與地線的空氣間隙距離。

1.4.1.3 檔距中導線對地及各種被跨越物的絕緣配合設計：按操作過電壓級雷過電壓的要求，確定導線對地及各種被跨越物的最小允許間隙距離。

1.4.1.4 檔距中央不同相導線間的絕緣配合設計：按正常運行電壓及導線震蕩的情況，確定不同相導線間的最小距離。

以上四方面，在一般的線路設計中按設計規(guī)范中的相關要求進行計算即可。

1.4.2 絕緣配合設計應注意的問題

1.4.2.1 對風速的取值。如正常工頻點壓：按最大風速計算；操作過電壓：按最大風速的50%計算，但不低于15m/s；雷電過電壓：按10 m/s計算（氣候惡劣的地方也可以用15m/s）；校驗帶電作業(yè)間隙時的氣象條件為：氣溫15℃，風速10 m/s。

1.4.2.2 絕緣子片數的選擇一般是指懸垂絕緣子串的片數，耐張絕緣子串的片數應比垂絕緣子串多一片。

1.4.2.3 全高超過40米有地線的桿塔，高度每增加10米，應增加一片絕緣子，此時，雷電過電壓的間隙也應相應增大。

1.4.2.4 計算導線與導線間的最小距離（即線間距離）應注區(qū)分普通擋距、大檔距、大跨越的不同，應分別選用相應公式計算。一般普通擋距指1000m以下檔距；大檔距指1000-2000米不需要特殊考慮的檔距；大跨越指跨越通航大河流、湖泊和海峽，檔距在1000m以上或塔高在100m以上，導線和桿塔需要特殊考慮的檔距。

1.4.3 防雷設計

按送電線路的電壓等級,通過地區(qū)雷電活動情況和已有線路運行經驗來確定采用地線根數,確定地線的保護角。架空送電線路最有效的防雷保護是采用接地的地線,并且地線的保護角越小,其遮蔽效果越好(一般應小于20°),對于同塔多回路線路應盡可能的采用負保護角，條件允許應提高絕緣水平，即采用平衡高絕緣。

降低接地電阻是提高線路耐雷水平的有效手段，因此水泥電桿的地線、橫擔和絕緣子固定部分,應有可靠的連接和接地,設計時應加強對土壤電阻率的實測工作，合理設計桿塔接地裝置，盡可能的降低接地電阻，這對減小線路雷擊跳閘率，提高線路安全運行水平十分有意義。

對于35kV線路一般不沿全線架設地線,只在發(fā)電廠、變電所進出線架設1～2km地線(如線路很短宜全線架設地線)。要正確認識《設計規(guī)范》規(guī)定的1～2km的進線段保護距離,這是指一般而言,不能死搬硬套。一般雷暴日超過40天的多雷地區(qū),進線段應達3km或更長一點,并且還要提高進線段桿塔的耐雷水平(降低接地電阻),盡量減少雷擊造成的閃絡。同時,也要重視無地線的桿塔接地。無地線的水泥電桿、金屬桿塔的接地電阻雖然一般不受限制,但在年均雷暴日超過40天的地區(qū),接地電阻也不宜超過30Ω。

1.5 桿塔和基礎型式

1.5.1 桿塔設計

在工程設計中,一般應盡量選用典型設計或經過施工、運行考驗過的成熟桿塔型式。對新型桿塔的設計,需要充分研究設計理由,一般經過科學試驗后再選用。桿塔型式的選擇確定,要結合導線選型，線路通過地區(qū)的地質、氣象情況以及運行單位的運行經驗等來合理選擇確定。桿塔高度的確定要根據具體線路是否有林木跨越要求和經濟指標等確定?，F代電力系統對安全要求越來越高，因此在桿塔的使用上應適當留有裕度。

1.5.2 基礎設計

基礎型式的選擇要按照全線地形、地質、水文等情況,以及基礎受力條件,來確定基礎型式。鋼筋混凝土桿和鐵塔的基礎按其受力型式劃分,可分為:上拔、下壓類基礎和傾覆類基礎。前者主要承受上拔力和下壓力,如電桿的拉線盤、底盤,均屬于這種基礎;后者主要承受傾覆力矩,如卡盤,就屬于這種基礎。鐵塔基礎一般采用現澆鋼筋混凝土立柱式基礎，特殊情況采用灌注樁基礎。

1.6 通信保護設計

電力線路與通信線交叉跨越時,其交叉角應符合“線路設計規(guī)程”規(guī)定,跨越Ⅰ級通信線路時,交叉角應不小于45°;跨越Ⅱ級通信線時,交叉角應不小于30°;跨越Ⅲ級通信線時不作規(guī)定。

1.7 初步設計應提供圖紙資料

初步設計應提供設計說明書、線路路徑方案圖、變電所進出線平面圖、導線力學特性表、地線力學特性表、絕緣子串及金具組裝一覽圖、接地裝置圖、桿塔形式一覽圖、基礎形式一覽圖；設備材料估算表；巖土工程報告；水文氣象報告（必要時）；概算書。

2 110kV輸電線路工程設計中遇到的問題及注意事項

2.1 設計中應注意線路相位的對應,尤其是T接線路，一定要調查清楚原線路起止端的相位情況及線路中是否有相位改變的情況；另外是不同的用電系統相連接時一定要注意相位的變化，可能和電力系統的習慣不一致，如鐵路牽引變。

2.2 線路導線排列方式改變的地方，如水平變垂直排列，三角變垂直排列等，必須要校驗線間距離是否滿足絕緣配合的要求。一旦發(fā)生電氣距離不夠的問題，解決起來將十分困難。同時要注意防止35kV架空線變電站進出線檔終端桿塔比變電站構架高出太多的情況，這往往會導致中導線對塔身電氣距離不夠。

2.3 加強初步設計的野外踏勘工作，設計人員一定要親臨現場,對輸電線路沿線地質、地貌、水文等情況詳細勘測,即看即記，不能過后補記。

2.4 當使用的耐張轉角塔為船型橫擔，當轉角度數大于50度時應校驗邊導線對橫擔的電氣距離是否滿足要求。

2.5 “T”接的輸電線路,需設計出該“T”接點采用的桿型,并應具體說明連接布置方法。

2.6 當高差很大時，一般不要采用干字型耐張轉角塔，容易發(fā)生桿塔跳線對塔身距離不夠的問題，如確需采用須進行校驗；耐張塔一定要提供掛板火曲度數；采用的塔型為杯型或貓型塔還需校驗中導線對瓶口的電氣距離。

2.7 耐張塔前后側掛有不同型號導線時，注意導線產生的張力差是否影響桿塔，特別是拉線耐張水泥桿應進行特殊處理。

2.8 嚴格執(zhí)行先勘察、后設計、再施工的原則,嚴禁違反基建程序,邊勘察、邊設計、邊施工的“三邊”工程。

3 結束語

綜上所述,對110kV及以下輸電線路初步設計過程及設計中遇到的問題進行了簡要分析介紹，內容包括:線路路徑選擇、導線形式選擇、地線型式選擇、氣象條件確定、絕緣配合及防雷設計、桿塔型式選擇、桿塔基礎設計、通信保護設計及初步設計應提供圖紙資料，并就一些設計中容易發(fā)生的問題進行了介紹，供同行參考。

[1]國家電力公司東北電力設計院《電力工程高壓送電線路設計手冊第二版》中國電力出版社2003年出版