淺談高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

莫錫

摘要：輸電線路承擔(dān)著由電源子系統(tǒng)向電能消費(fèi)子系統(tǒng)進(jìn)行電能傳輸、交換、調(diào)節(jié)和分配的重任，是電力系統(tǒng)重要的不可缺少的組成部分，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的主動(dòng)脈。本文以高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，就其在設(shè)計(jì)需要注意的問題進(jìn)行了分析，并從環(huán)境影響、智能優(yōu)化等方面提出了高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：高壓架空輸電線路;輸電線路設(shè)計(jì);無線通信技術(shù)

前言

在輸電線路工程建設(shè)中，一般都優(yōu)先采用高壓架空輸電線路，只是在城區(qū)，線路走廊擁擠地段，對(duì)環(huán)境保護(hù)有特殊要求的地區(qū)，或跨越大的水域不能采用架空線路時(shí)，才采用電纜線路。高壓架空輸電線路工程涉及電氣、力學(xué)、機(jī)械等許多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，工程建設(shè)中還會(huì)牽涉到許多行業(yè)和部門。因此，高壓架空輸電線路是一種綜合性工程，高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，線路設(shè)計(jì)正確與否，不僅決定著線路工程建設(shè)本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，也對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性起著關(guān)鍵的作用。

1.高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)要求

1.1輸電線路導(dǎo)線

導(dǎo)線是架空輸電線路的主體，擔(dān)負(fù)著傳輸電能的作用，導(dǎo)線架設(shè)在桿塔上，它在陽(yáng)光、風(fēng)、雨、冰雪、雷電和大氣溫度變化等自然條件和重力場(chǎng)作用下運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)受到周圍大氣環(huán)境所含化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。因此，架空輸電線路的導(dǎo)線應(yīng)滿足如下要求：①具有良好的導(dǎo)電性能;②要能承受機(jī)械力的作用，必須具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度，而且為了便于施工，導(dǎo)線應(yīng)堅(jiān)韌、有柔性;③架空導(dǎo)線在大氣環(huán)境中運(yùn)行，應(yīng)能承受大氣環(huán)境中有侵蝕性物質(zhì)的作用，應(yīng)具有一定的抗氧化、抗腐蝕能力;④應(yīng)價(jià)格低廉、質(zhì)量較輕[1]。

1.2避雷線

避雷線架設(shè)在導(dǎo)線上方，其主要功能是防止導(dǎo)線遭受雷擊。架空線路是否架設(shè)避雷線應(yīng)根據(jù)線路電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾延芯€路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、地區(qū)雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)及土壤電阻率高低等因素來決定。避雷線要求機(jī)械強(qiáng)度高，耐振、耐腐蝕，具有一定的導(dǎo)電性和足夠的熱穩(wěn)定性。

1.3輸電線路絕緣子

架空線路的絕緣子是用來支持導(dǎo)線并使之與桿塔問絕緣的，它由絕緣部件與金屬部件膠裝在一起而構(gòu)成，絕緣材料有電瓷、鋼化玻璃、塑料、環(huán)氧樹脂及合成材料等，目前使用最廣泛的是電瓷。絕緣子應(yīng)具有足夠的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)化學(xué)雜質(zhì)的侵蝕具有足夠的抵抗能力，并適應(yīng)周圍大氣條件的變化，如溫度、濕度變化的影響。

1.4輸電線路桿塔

桿塔是架空輸電線路的重要組成部分，使導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與地線之間、導(dǎo)線與桿塔之間、導(dǎo)線與地面、交叉跨越物之間保持一定的安全距離，為線路運(yùn)行提供必要條件。目前常用的桿塔有鋼筋混凝土電桿和鐵塔兩種。在線路總投資中，桿塔部分約占40%，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量做到桿塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料消耗量少、機(jī)械強(qiáng)度高、便于施工安裝和維護(hù)。

2.高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1輸電線路的優(yōu)化選線

高壓架空輸電線路建設(shè)的成本主要包括桿塔、電線等的本體造價(jià)，對(duì)現(xiàn)有環(huán)境破壞造成的賠償費(fèi)用（如房屋拆遷、林木砍伐等），線路勘察、設(shè)計(jì)、施工的費(fèi)用等。優(yōu)化選線設(shè)計(jì)的主要目的就是盡量使路徑走向更合理、桿塔布置更經(jīng)濟(jì)，同時(shí)減少對(duì)現(xiàn)有環(huán)境的影響，從而達(dá)到節(jié)省工程投資的目的。

由于輸電線路穿越空間有著嚴(yán)格的條件限制，因此輸電線路的選線是一項(xiàng)極為細(xì)致與復(fù)雜的工作。一般而言，輸電線路選線是先在1：10000或者1：50000地形圖上初步確定一條較好的路徑，結(jié)合各重點(diǎn)區(qū)域踏勘進(jìn)行局部變動(dòng)。設(shè)計(jì)人員所使用的地形圖資料由測(cè)量專業(yè)工作提供，或從測(cè)繪局購(gòu)買地形圖。部分設(shè)計(jì)單位使用遙感圖來做線路的初選，這大大提高了初選線路的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，減少后期改線的幾率，提高工作效率[2]。

2.2絕緣配合及防雷設(shè)計(jì)

（1）污區(qū)劃分及鹽密取值

準(zhǔn)確劃分全線污穢等級(jí)，確定各級(jí)污區(qū)范圍是直流輸電線路絕緣配置合理的重要前提條件。污穢等級(jí)的劃分需根據(jù)線長(zhǎng)等值附鹽密度、結(jié)合污濕特征和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)三因素綜合考慮。按此原則，對(duì)工程線路走廊沿線進(jìn)行了污染情況調(diào)查，并按工程實(shí)際情況進(jìn)行污區(qū)的劃分。

（2）絕緣子片數(shù)選擇

輸電線路的絕緣配合主要是選擇絕緣子型式、絕緣子串的片數(shù)和空氣間隙。它們應(yīng)同時(shí)滿足工作電壓、操作過電壓和雷電過電壓的要求。

直流輸電線路的絕緣子片數(shù)選擇主要取決于工作電壓下的污穢耐壓特性。因此，一般是根據(jù)污穢性能選擇絕緣子片數(shù)，再對(duì)操作過電壓、雷電沖擊及防覆冰閃絡(luò)要求進(jìn)行校核。

2.3桿塔選型

工程直線塔和耐張塔均采用比較成熟的干子型塔。直線塔采用V型串布置型式，橫擔(dān)端部采用方形斷面，可以在基本不增加塔重的前提下，增加橫擔(dān)剛度，保證節(jié)點(diǎn)連接可靠;直線轉(zhuǎn)角塔采用L串，既可縮小極間距，壓縮線路走廊寬度，又可減輕塔重。

通過優(yōu)化對(duì)比計(jì)算，根據(jù)高壓架空輸電線路鐵塔的受力特點(diǎn)，塔身斷面采用方型斷面;并且對(duì)塔身斜材布置方式、鐵塔接腿方式進(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到最優(yōu)經(jīng)濟(jì)坡度組合[3]。

此外隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，輸電網(wǎng)也日趨智能化，對(duì)于季節(jié)臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)可采取先進(jìn)的傳感技術(shù)和高速通信技術(shù)，來對(duì)絕緣子及導(dǎo)線情況進(jìn)行檢測(cè)，從而降低線路故障及線路事故發(fā)生概率。

2.4基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）現(xiàn)澆基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20級(jí)。

（2）基礎(chǔ)深埋應(yīng)大于0.5m，在季節(jié)性凍土地區(qū)，當(dāng)?shù)鼗哂袃雒浶詴r(shí)應(yīng)大于土壤的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度。

（3）跨越河流或位于洪泛區(qū)的基礎(chǔ)，應(yīng)收集水文地質(zhì)資料，必要時(shí)考慮沖刷作用和漂浮物的撞擊影響，并應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

（4）對(duì)位于地震烈度7度及以上地區(qū)的高桿塔基礎(chǔ)及特殊重要的桿塔基礎(chǔ)、8度及以上地區(qū)的220kV及以上耐張型桿塔的基礎(chǔ)，當(dāng)場(chǎng)地為飽和砂土或飽和粉土?xí)r，均應(yīng)考慮地基液化的可能性，并應(yīng)采取必要的穩(wěn)定和抗震措施。

（5）轉(zhuǎn)角塔、終端塔的基礎(chǔ)應(yīng)采取預(yù)偏措施，預(yù)偏后的基礎(chǔ)頂面應(yīng)在同一坡面上。

2.5交叉跨越的優(yōu)化措施

當(dāng)輸電線路與甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性的生產(chǎn)廠房、甲類物品庫(kù)房、易燃、易爆材料堆場(chǎng)以及可燃或易燃、易爆液體貯罐的防火間距不應(yīng)小于桿塔高度加3m，還應(yīng)滿足其他的相關(guān)規(guī)定;當(dāng)輸電線路跨越220kV及以上線路，鐵路，高速公路及特殊管道等時(shí)，懸垂絕緣子串宜采用雙聯(lián)串或兩個(gè)單聯(lián)串。

2.6環(huán)境保護(hù)的優(yōu)化措施

（1）輸電線路設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)、水土保持和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的有關(guān)法律法規(guī)的要求。

（2）輸電線路的設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)電磁干擾、噪聲等污染因子采取必要的防治措施，減少其對(duì)周圍環(huán)境的影響。

（3）輸電線路無線電干擾限值、可聽噪聲限值和房屋附近未畸變電場(chǎng)值應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）對(duì)沿線相關(guān)的弱電線路和無線電設(shè)施應(yīng)進(jìn)行通信保護(hù)設(shè)計(jì)并采取相應(yīng)的處理措施。

（5）山區(qū)線路應(yīng)采用全方位長(zhǎng)短腿與不等高基礎(chǔ)配合使用。

（6）輸電線路經(jīng)過經(jīng)濟(jì)作物或林區(qū)時(shí)，宜采取跨越設(shè)計(jì)。

3.結(jié)語

總體來說，高壓架空線路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，所涉及的專業(yè)知識(shí)面廣。因此，架空輸電線路設(shè)計(jì)人員不僅要掌握本專業(yè)的專門知識(shí)，而且還要了解相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，熟悉國(guó)家有關(guān)方針政策及相關(guān)部門的特殊要求。此外，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的發(fā)展也日益復(fù)雜，相關(guān)人員更要加強(qiáng)對(duì)高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化，來不斷提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的能力和自愈能力，進(jìn)而保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉揚(yáng).淺析架空輸電線路設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電力教育，2012（S2）：21-22.

[2]唐正文，豐阿麗.淺析高壓輸變電線路的設(shè)計(jì)與維護(hù)電源技術(shù)應(yīng)用[J].2013（10）：55-56.

[3]唐違生.輸電線路施工過程中管理問題探究[J].黑龍江科技信息，2012（36）：90-91