10 kV架空線路優(yōu)化設(shè)計(jì)

王強(qiáng)

（廣東順德電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528000）

當(dāng)前我們所處的是一個(gè)快速發(fā)展的社會(huì)，科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)都在不斷提高，人們生活方式的改變對電力系統(tǒng)的運(yùn)行及設(shè)計(jì)提出了更高的要求。其中，在電力系統(tǒng)中，架空輸電線路擔(dān)負(fù)著輸送和分配電能的重要工作，扮演著重要角色，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮降低能耗，降低工程造價(jià)，提高資源利用率、節(jié)約土地，既安全可靠同時(shí)經(jīng)濟(jì)合理。

1 聚氨酯復(fù)合材料桿塔

桿塔是架空線路最重要的支撐結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的10 kV配電線路桿塔主要有木質(zhì)桿、混凝土桿及預(yù)應(yīng)力混凝土桿、鋼筋混凝土桿、鋼管桿和角鐵塔等幾類，這些桿塔結(jié)構(gòu)普遍存在質(zhì)量重、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，耐久性差，使用壽命較短，施工運(yùn)輸和運(yùn)行維護(hù)困難，容易出現(xiàn)各種安全隱患。隨著新材料技術(shù)及其制備工藝的發(fā)展，環(huán)氧樹脂、乙烯樹脂、聚氨酯等復(fù)合材料越來越多地應(yīng)用于電力建設(shè)領(lǐng)域。

聚氨酯復(fù)合材料桿塔具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、耐老化、絕緣性能好等多種優(yōu)點(diǎn)，使用聚氨酯復(fù)合材料可解決傳統(tǒng)配電線路閃絡(luò)事故率高、安裝運(yùn)輸成本高、耐腐蝕性差等諸多缺點(diǎn)。

2 工程方案設(shè)計(jì)說明

以某10 kV線路新建工程為例，嚴(yán)格按照《廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司基建配網(wǎng)工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》做出設(shè)計(jì)方案，然后依據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)條件，將水泥桿材料更換為聚氨酯復(fù)合材料，并且把雙回路直線橫擔(dān)做出相應(yīng)的調(diào)整。

2.1 工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案

2.1.1 設(shè)計(jì)方案

線路958 m，其中，出站新敷設(shè)10 kV交聯(lián)電纜192 m；架設(shè)雙回10 kV架空線路長466 m；架設(shè)單回10 kV架空線路300 m、敷設(shè)單回10 kV交聯(lián)電纜300 m。共新組立桿塔15基，其中鐵塔4基、電桿11根。

2.1.2 導(dǎo)線選擇

導(dǎo)線采用JKLGYJ-240/30。

2.1.3 氣象條件

根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)技術(shù)要求，工程設(shè)計(jì)氣象組合如表1所示。

2.1.4 桿型選擇

依據(jù)廣東電網(wǎng)10 kV架空線路模塊要求，電桿采用GDP-10K-S2-Z2模塊，鐵塔采用GDP-10K-H2J69-11模塊。

2.1.4.1 直線電桿強(qiáng)度等級選擇

本工程為JKLGYJ-240/30導(dǎo)線雙回架設(shè)，計(jì)算最大風(fēng)速工況，單根導(dǎo)線風(fēng)荷載Wx=αμs（D+d）LvWo=1.1 kN。

電桿桿身風(fēng)荷載Ws=βμsμ2AWo=0.79 kN。由此計(jì)算電桿標(biāo)準(zhǔn)彎矩值Mx=ΣWx×H+ΣF×H+Ws×0.45×（Hall-Hm）=83.4 kN·m。

以電桿安全取值1.4計(jì)算，電桿設(shè)計(jì)彎矩值M=83.4×1.4=116.76 kN·m。依據(jù)電桿招標(biāo)型號(hào)取值190×15m×125 kN·m。電桿底、卡盤采用DP-8、KP-12。

2.1.4.2 鐵塔選擇

依據(jù)綜合荷載計(jì)算方式，鐵塔綜合荷載為（塔身風(fēng)載+導(dǎo)線張力），根據(jù)現(xiàn)場勘察，本工程終端塔、直線耐張塔綜合荷載為：終端塔為Fz=56 kN，直線耐張塔為Fz=18 kN。因此，依據(jù)《廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司基建配網(wǎng)工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》提供鐵塔型號(hào)，選擇GDP-10K-H2J69-11。鐵塔基礎(chǔ)對應(yīng)鐵塔荷載選取參數(shù)設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)圖如圖1所示。

2.2 綠色優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案中直線型混凝土電桿更換為聚氨酯復(fù)合材料電桿；將主柱承臺(tái)2000 mm鐵塔基礎(chǔ)更換為1500 mm基礎(chǔ)。直線桿上金具改為Z315A-190M-15，同時(shí)，對應(yīng)直線桿金具優(yōu)化后，原路段靠近房屋側(cè)的電纜，因滿足安全距離，改為架空方式。

3 工程方案對比

3.1 電桿附件性能對比

《廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司基建配網(wǎng)工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》傳統(tǒng)混凝土電桿：傳統(tǒng)的輸電電桿塔普遍存在質(zhì)量大、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，使用壽命較短，并且施工運(yùn)輸和運(yùn)行維護(hù)困難，容易出現(xiàn)各種安全隱患；高寒地區(qū)混凝土桿常發(fā)生凍融循環(huán)破壞，而鐵塔常發(fā)生低溫冷脆破壞；鋼材還易被人為偷盜破壞。本次選用Φ190×15 m×125 kN·m。原有雙回路金具按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的話，只能選用Z215A-190M-15這種桿上鐵件，導(dǎo)線安裝與電桿中心的距離相同，原路段架空導(dǎo)線與房屋距離只有1.2 m，少于國家標(biāo)準(zhǔn)1.5 m，因此，原路段靠近房屋側(cè)的架空導(dǎo)線需要改成電纜。

綠色優(yōu)化復(fù)合聚氨酯電桿：電桿質(zhì)量輕，只有普通電桿的1/6，強(qiáng)度是普通電桿的4倍，預(yù)期使用壽命125年，設(shè)計(jì)最低使用壽命65年；同時(shí)，還可以解決閃絡(luò)事故率居高不下的問題，復(fù)合材料桿電氣絕緣性能優(yōu)良，可避免鐵塔易出現(xiàn)的雷擊事故發(fā)生，還可以設(shè)計(jì)減少導(dǎo)線與塔身間隙，使輸電線路結(jié)構(gòu)更為緊湊，可減少線路走廊寬度，這在土地資源稀缺的情況下尤其重要；復(fù)合材料電桿是一種免維護(hù)或低維護(hù)結(jié)構(gòu)，這對保障線路安全和降低線路的維護(hù)成本很有意義。本次選用電桿為Φ190×15 m×193.22 kN·m。經(jīng)過改進(jìn)，桿上金具導(dǎo)線安裝與電桿中心的距離一邊長一邊短。選用Z315A-190M-15這種桿上橫擔(dān)，這樣原路段靠近房屋的距離就會(huì)達(dá)到1.65 m，不少于國家標(biāo)準(zhǔn)1.5 m，符合標(biāo)準(zhǔn)，可以雙回設(shè)計(jì)架設(shè)雙回絕緣導(dǎo)線。

3.2 投資對比

使用混凝土電桿本體以及用Z215A-190M-15桿上金具的造價(jià)為125.61萬元；使用復(fù)合材料桿塔本體以及用Z315A-190M-15桿上金具造價(jià)77.45萬元。其中，維護(hù)成本包含巡檢費(fèi)、維修費(fèi)等，回收價(jià)值為按線路報(bào)廢后減去拆除費(fèi)用后的價(jià)值。由此可見，前期建設(shè)中，雙回架空線路長度為0.766 km，使用聚氨酯材料電桿以及Z315A-190M-15桿上金具比使用混凝土電桿以及Z215A-190M-15桿上金具節(jié)約48.156萬元，大大降低了前期建設(shè)費(fèi)用。

4 總結(jié)

總體而言，架空輸電線路設(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。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)，還要了解相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，不斷更新知識(shí)儲(chǔ)備，對架空輸電線路的設(shè)計(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，使得線路的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到工程技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的平衡點(diǎn)，符合社會(huì)發(fā)展的需求。

［1］ 董智勇，韓寶民，彭玉松.架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（21）：122-123.

［2］ 劉仁德.淺論架空輸電線路的設(shè)計(jì)要求與優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.工程技術(shù)（引文版），2016（31）：279.

［3］ 李冬.架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化［J］.科研，2015（10）：00253.