20kV四回同桿架空線路直線段的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

金 榮 裴東斗

淮陰供電公司，江蘇省淮安市 223300

20kV四回同桿架空線路直線段的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

金 榮 裴東斗

淮陰供電公司，江蘇省淮安市 223300

針對(duì)江蘇省大力推廣20kV配電線路，并考慮到在城市中架空線路的建設(shè)與城市的亮化、地方用地規(guī)劃的矛盾越來(lái)越突出，線路走廊投資也越來(lái)越高。本文結(jié)合以往10kV同桿四回的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)大量的參數(shù)計(jì)算，得出了20kV同桿四回直線段采用15M砼桿的可行性結(jié)論，并給出了桿型尺寸的參數(shù)設(shè)計(jì)，保證了20kV同桿四回直線段桿塔選型設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，大大降低了20kV同桿四回架空線路的投資成本。

20kV；同桿四回；設(shè)計(jì)原則

1 城市20kV同桿四回設(shè)計(jì)的必要性

隨著我國(guó)電力負(fù)荷密度與用電量的極大增長(zhǎng)，廣泛應(yīng)用于中壓配電網(wǎng)的10kv電壓級(jí)已明顯暴露出在輸電距離、輸電功率、電能損失等方面的不足。與10kV相比，20kV以其送電能力提高一倍、供電半徑增大1.6倍、中壓電網(wǎng)損耗降低四分之三、提高中壓電網(wǎng)的供電質(zhì)量、節(jié)約有色金屬等優(yōu)勢(shì)，在城市的配網(wǎng)建設(shè)中已經(jīng)逐漸被采用。但在城市中由于工業(yè)和人口相對(duì)集中，負(fù)荷密度很高，中壓線路的建設(shè)和地方用地規(guī)劃的矛盾越來(lái)越突出，線路走廊的投資也越來(lái)越高，往往制約著城市電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)。因此，發(fā)展20kV與10kV一樣，也同樣存在著建設(shè)用地少的問(wèn)題。鑒于中壓線路走廊越來(lái)越有限和珍貴，城市對(duì)市容環(huán)境的高要求，為節(jié)約整體社會(huì)資源，充分利用線路走廊通道，降低供電線路走廊投資，有必要對(duì)提高單位線路走廊的供電能力進(jìn)行深入研究。同塔（桿）多回路是提高單位線路走廊供電能力的一種有效手段，為此，本文針對(duì)20kV同塔（桿）四回中的直線段選用的砼桿進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約了線路投資。

2 設(shè)計(jì)原則

2.1 氣象條件

20kV架空絕緣線路設(shè)計(jì)所采用的氣象條件， 應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料和附近已有線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。最大設(shè)計(jì)風(fēng)速、設(shè)計(jì)冰厚及風(fēng)荷載計(jì)算按相關(guān)規(guī)程確定。江蘇省大部分都是典型Π級(jí)氣象區(qū)，對(duì)氣象條件的取值如表1。

表1 采用的氣象條件

2.2 絕緣導(dǎo)線的選型及應(yīng)力控制

20kV架空絕緣配電線路的設(shè)計(jì)應(yīng)與發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)，導(dǎo)線截面和載流量宜20年用電負(fù)荷發(fā)展規(guī)劃確定，架空絕緣線路所采用的導(dǎo)線應(yīng)符合GB12527、GB14049的規(guī)定，本設(shè)計(jì)絕緣電纜的選擇不是傳統(tǒng)的黑色交聯(lián)聚乙烯絕緣架空電纜，而是新型銀灰色硅烷聚乙烯絕緣架空電纜。該絕緣架空電纜具有吸熱系數(shù)小，抗老化不易開(kāi)裂，使用壽命長(zhǎng)，載流量較傳統(tǒng)絕緣架空電纜提高15%等優(yōu)點(diǎn)。

絕緣導(dǎo)線的安全系數(shù)不應(yīng)小于3，本設(shè)計(jì)中K=5。

絕緣導(dǎo)線截面的確定原則：主干線為鋁芯185mm2～240mm2， 次干線為鋁芯95mm2～150mm2，分支線不小于70mm2。

絕緣導(dǎo)線的連接， 應(yīng)符合下列要求：

1）不同金屬、不同規(guī)格、不同絞向的導(dǎo)線嚴(yán)禁在檔內(nèi)連接。

2）在一個(gè)檔內(nèi)， 每根導(dǎo)線不應(yīng)超過(guò)一個(gè)承力接頭。

3）接頭距導(dǎo)線固定點(diǎn)， 不應(yīng)小于500mm。

絕緣導(dǎo)線的弧垂應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定。導(dǎo)線初伸長(zhǎng)宜通過(guò)減少弧垂法補(bǔ)償， 弧垂減少的百分?jǐn)?shù)為鋁芯絕緣線20%。

在導(dǎo)線應(yīng)力σ的確定方面， 除了最大使用應(yīng)力滿足規(guī)程規(guī)定的設(shè)計(jì)安全系數(shù)外，還應(yīng)考慮到以下兩點(diǎn)：

1）由于檔距小， 所以盡量降低導(dǎo)線最大使用應(yīng)力， 以減輕基塔的外荷載， 特別是承力塔的外負(fù)荷， 同時(shí)， 也便于線路運(yùn)輸、架設(shè)。

2）對(duì)導(dǎo)線的控制應(yīng)力不宜過(guò)小， 一方面考慮到減少線路所需的走廊及高度， 另一方面又要考慮到如何加強(qiáng)多回路的絕緣水平。

2.3 絕緣子、金具及絕緣部件

20kV架空絕緣線路所使用的絕緣支架、絕緣拉棒應(yīng)符合下列規(guī)定。

表面泄露距離不小于370mm， IV級(jí)污穢區(qū)可適當(dāng)加大泄露距離。

交流耐壓42kV，1min 。

絕緣支架的安全系數(shù)不應(yīng)小于5， 絕緣拉棒的破壞拉力不小于導(dǎo)線計(jì)算拉斷力的90%， 且絕緣支架及絕緣拉棒的破壞應(yīng)力均應(yīng)滿足最大短路電動(dòng)力的要求。

20kV架空絕緣線路的絕緣子、金具及絕緣部件的使用應(yīng)符合下列要求。

1）直線桿應(yīng)采用懸掛線夾。

2）耐張桿絕緣導(dǎo)線采用絕緣拉棒及耐張線夾。

3）檔距中應(yīng)采用絕緣支架。

4）金具的使用安全系數(shù)不應(yīng)小于2.5。

2.4 20kV線路運(yùn)行荷載計(jì)算

設(shè)計(jì)條件：

① 20kV導(dǎo)線型號(hào)JKLYJ—240、 K=5、四回直線、水平檔距80m、錐度1/75

② 最低氣溫-20°C、最高氣溫+40°C、最大風(fēng)速：25m/s、覆冰5mm

計(jì)算：查表 JKLYJ—240型號(hào)導(dǎo)線最大拉斷力=34679N、風(fēng)載=9.453N/m

單根導(dǎo)線

參數(shù)取值如下：βZ=1 μZ=1.14 VS=0.7 梢徑Φ270 高度15米

2.5 20kV絕緣導(dǎo)線線間距離

計(jì)算條件，以240鋁芯架空絕緣導(dǎo)線為例（絕緣層厚5.5mm，重量為1073kg/ km），考慮在15米/秒時(shí)，相間導(dǎo)線不同步擺動(dòng)之間的間距，但考慮相與相之間允許零距離接觸。

f-弧垂、a-風(fēng)偏角、u-額定電壓（20kV）、r-導(dǎo)線半徑（2r=0.022m）

得出初步結(jié)果如下：

在多回路上采用絕緣導(dǎo)線可以進(jìn)一步緊縮線間距離，把線路走廊壓縮到最小。

2.6 20kV多回路同桿架設(shè)橫擔(dān)之間的垂直距離

橫擔(dān)之間的垂直距離，除了要考慮檔距、導(dǎo)線覆冰等因素外還應(yīng)滿足桿上作業(yè)時(shí)的安全距離的要求，同桿架設(shè)10kV橫擔(dān)之間的垂直距離為0.8m～1.0m，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明是安全的，因此建議20kV架空絕緣導(dǎo)線同桿架設(shè)橫擔(dān)最小垂直距離為0.8m。

2.7 20kV多回路同桿架設(shè)導(dǎo)線的排列方式

20kV架空絕緣線路同桿多回架設(shè)，導(dǎo)線的排列有三角排列、水平排列、垂直排列三種方式。本設(shè)計(jì)中20kV同桿四回均采用三角排列，分四層布置，上、下兩層間垂直間距1.2m，砼桿每邊各設(shè)兩回。線路平均檔距為80m， 耐張段長(zhǎng)度不宜大于1km，減少了線路所占空間走廊和電桿數(shù)量。

2.8 20kV四回路同桿架設(shè)直線桿的選型與設(shè)計(jì)

20kV架空絕緣線路直線桿考慮采用環(huán)形鋼筋混凝土電桿， 耐張、轉(zhuǎn)角及終端桿采用鋼管塔等自立桿塔。桿塔橫擔(dān)可采用角鋼橫擔(dān)或錐形橫擔(dān)。本設(shè)計(jì)采用20SSZ-15直線砼桿，電桿的尺寸、基礎(chǔ)等設(shè)計(jì)圖紙如下：

圖1 20SSZ-15直線砼桿組裝圖

圖2 20SSZ-15直線砼桿基礎(chǔ)施工圖

圖3 20SSZ-15直線砼桿地腳螺栓組裝圖

說(shuō)明：

① 地質(zhì)力為110kP

② 材料中φ表示的鋼筋φ級(jí)鋼，Π表示的鋼筋為Π級(jí)鋼。

③ 圖中序號(hào)2表示的箍筋在主筋各500mm范圍內(nèi)間距為100mm，剩余的間距為200mm。

④ 地腳螺栓予埋前要根據(jù)桿塔組裝圖，基礎(chǔ)圖和線路走向來(lái)定位。

⑤ 基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號(hào)為C20，混凝土標(biāo)號(hào)為C10。

⑥ 回填土要夯實(shí)。

2.9 防雷及接地

絕緣導(dǎo)線線路桿塔宜接地， 鋼筋混凝土電桿鐵橫擔(dān)和鋼筋混凝土橫擔(dān)線路的地線支架、導(dǎo)線橫擔(dān)與絕緣子的固定部分，宜有可靠的電氣連接并與接地引下線相連。外敷的接地引下線可采用鍍鋅鋼絞線，截面不應(yīng)小于25mm2，接地引出截面不應(yīng)小于50mm2，接地電阻應(yīng)不大于10Ω。

多雷區(qū)或根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)容易受雷擊的地區(qū)，可考慮采用架設(shè)避雷線，絕緣子加保護(hù)間隙。

絕緣導(dǎo)線線路如在500m的線路段內(nèi)無(wú)防雷設(shè)施時(shí)， 宜采取裝防斷線用避雷器或防雷線夾等保護(hù)方式。

柱上斷路器設(shè)備應(yīng)裝設(shè)防雷裝置， 經(jīng)常開(kāi)路運(yùn)行而又帶電的柱上斷路器設(shè)備兩側(cè)均應(yīng)裝設(shè)防雷裝置， 其接地電阻應(yīng)不大于10 Ω。斷路器設(shè)備的外殼應(yīng)接地， 接地電阻應(yīng)不大于10Ω。

2.10 不同接地方式下的絕緣配合

工頻過(guò)電壓：

20kV系統(tǒng)

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，1.3p.u.

經(jīng)消弧線圈接地，p.u.

操作過(guò)電壓：

線路合閘和重合閘過(guò)電壓一般不超過(guò)3.0p.u.，66kV及以下系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性電弧接地過(guò)電壓的高低隨接地方式不同而異。一般情況下最大電壓不超過(guò)下列數(shù)值：

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，2.5p.u.

不接地系統(tǒng)，3.5p.u.

經(jīng)消弧線圈接地，3.2 p.u.

電氣設(shè)備的絕緣水平選擇可以根據(jù)不同接地方式進(jìn)行選擇。目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)以架空線為主，中性點(diǎn)主要運(yùn)行方式為不接地或經(jīng)消弧線圈接地。

2.11 關(guān)于跨步電壓和接觸電壓

在20kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中，由于城區(qū)或道路上表面土壤電阻率及電桿接地極的施工條件較難滿足跨步電壓和接觸電壓的要求，在條件允許的地區(qū)，可通過(guò)對(duì)接地極采取部分措施，如地下敷設(shè)瀝青、引下線采用絕緣導(dǎo)線等，基本能滿足跨步電壓和接觸電壓的要求。

2.12 連接

線路斷聯(lián)或分支線的連接：同種材質(zhì)導(dǎo)線的連接一般應(yīng)采用壓接不同材質(zhì)導(dǎo)線的連接應(yīng)采用過(guò)渡壓接板壓接。電纜與架空線路的連接宜采用型線夾連接，不同材質(zhì)的連接要加包銅鋁過(guò)渡線夾或采用膜銅鋁過(guò)渡線夾。

2.13 附屬設(shè)施

線路應(yīng)有完備的桿號(hào)、警示、相序線、故障指示器、接地環(huán)及禁止標(biāo)志。

3 總結(jié)

本論文主要對(duì)20kV四回同桿架空線路中的直線段進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，闡述了20kV四回同桿架空線路中直線段的絕緣導(dǎo)線、絕緣子及金具的選型、導(dǎo)線的排列方式、防雷保護(hù)及絕緣配合等，通過(guò)計(jì)算確定了導(dǎo)線的線間距離、橫擔(dān)之間的垂直距離及線路的運(yùn)行荷載，論證了20kV四回同桿架空線路中直線段采用15M砼桿的可行性，既保證了線路設(shè)計(jì)的安全性，又保證了經(jīng)濟(jì)性，大大地降低了線路的投資成本，很大程度上緩解了城市線路走廊日益緊張和負(fù)荷日益攀升的矛盾，且具有很強(qiáng)的可操作性，為江蘇省電力公司推廣20kV配電系統(tǒng)作出了有益的嘗試。

[1]66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范.（GB 50061-97）

[2]高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)

[3]交流電氣裝置的接地.（DL 621-1997）

[4]交流電氣裝置的電壓保護(hù)和絕緣配合.（DL 620-1997）

[5]架空絕緣配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程

[6]工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文電力工程部分按下表選擇確定：

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.020

金榮（1972-）.淮安市淮陰供電公司設(shè)計(jì)咨詢處，大學(xué)科本科，工程師，從事電力設(shè)計(jì)工作22余年；

裴東斗（1984-）.淮安市天能電力設(shè)備安裝有限公司，大學(xué)科本科。