探討優(yōu)化架空輸電線路設計的有效措施

摘 要：在現(xiàn)階段我國電力系統(tǒng)的相關設計過程中，架空輸電線路的設計是一個復雜的核心課題，其設計不僅需要相關設計師熟悉專業(yè)知識，并且還需要有處理現(xiàn)場有可能發(fā)生的各種復雜局面的工作經(jīng)驗。因此，在本文中筆者就主要針對目前我國架空線路各環(huán)節(jié)中的設計應注意事項進行了全面、深入地分析，與此同時還就目前設計和常規(guī)設計中的幾個關鍵點的區(qū)別工作做出闡述和介紹，僅供大家參考。

關鍵詞：優(yōu)化；架空輸電線路；設計；有效措施

中圖分類號：TM751 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0063-02

引 言

在目前我國電力線路的設計過程中，其線路設計工作一般可以詳細分為了室內(nèi)的選線定位、現(xiàn)場勘察、現(xiàn)場定位測量、室內(nèi)排桿定位等幾個關鍵性環(huán)節(jié)，這幾個環(huán)節(jié)共同組成并且相輔相成，各自都擁有工作的關鍵點。那么在下文中筆者就結合著多年在該領域內(nèi)的設計經(jīng)驗，簡要研究和分析一下在輸電線路設計過程中各個環(huán)節(jié)和常規(guī)設計工作的異同以及需要尤其注意的幾個關鍵性問題：

1 優(yōu)化架空輸電線路設計的有效措施

1.1 輸電線路路徑優(yōu)化

我國輸電線路選線是線路設計的關鍵環(huán)節(jié)，路徑設計方案的科學性對其線路的經(jīng)濟、技術指標以及施工和運行條件都起著至關重要的作用。在整個過程中，設計人員應該首先了解當?shù)氐臍庀?、水文以及具體的地質條件。并根據(jù)當?shù)氐匦翁攸c，科學合理地選擇其設計路徑。

1.2 架空輸電線路的導地線選型工作

在監(jiān)控輸電線路的設計過程中，需要對電線的應用材質、結構等因素進行慎重的選取和檢測。在檢測和選取過程中，管理人員要從電力線路導線的具體電氣特性、機械特性、投資分析和施工的許多方面對項目進行各種導線截面的經(jīng)濟比較和相關技術的分析，而不只是考慮其架空輸電線路的基建初投資。圖1為架空輸電線路選擇電力線路的導線截面。

1.3 架空輸電線路的基本設計

在實踐中桿塔基礎作為相關輸電線路結構的核心構成部分，其工程的整體性造價、工期和勞動總消耗量在整個工程項目中占很大比重，電力線路建設周期約占整個項目建設周期的一半，那么總體的運輸量就約占到整體工程的60%之多，相關基本建設成本占項目總成本的20～35%。輸電線路桿塔基礎在其應力水平上不同于其他建筑基礎。其主要原因是輸電線路桿塔基礎除了受到相應的向下壓力外，還會受到相同大小的上拔力的影響，并且還將有水平方向上力的作用。許多輸電線路桿塔基礎都有著明顯的特點，地基分布在整個路徑上，沿線地形也十分明顯，地質情況、地基力學的基本性質差異非常大，并且該地區(qū)的交通運輸條件同時也是魚龍混雜。所以在輸電線路的基本設計中，從塔的地質條件、地基荷載的具體特征、地基承載力和基礎施工手段等方面，綜合分析比較地基的技術經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和施工條件。

1.4 桿塔類型的選擇

對于運行十多年的老線路出現(xiàn)對地距離不夠出現(xiàn)的隱患問題，設計新建線路時要合理采用較高的桿塔使水平檔距減小從而提高導線對地距離。加高線路工程設計時采用酒杯型鋼管塔減少占地面積，安裝便捷，同時還可以縮短工期。另外電桿的埋設深度應根據(jù)電桿的材料、高度、土壤情況而定，但不應小于桿長的1/6，使電桿在正常情況應能承受風、冰等荷載而穩(wěn)定不致倒桿。為使電桿在運行中有足夠的抗傾覆裕度，對電桿的穩(wěn)定安全系數(shù)有如下規(guī)定：直線桿不應小于1.5；耐張桿不應小于1.8，轉角、終端桿不應小于2.0。電桿埋深一般值見表1。

電桿埋深一般可以用如下公式計算：電桿的埋深=L/10+0.7，其中L為桿長。

1.5 鐵塔結構

架空輸電線路塔架結構設計時要考慮結點構造受桿系傳力的影響大小、塔身坡度及如何設定傳力面、斜塔體及隔膜桿的布置、截面形式的選擇等問題。橫臂下平面斜桿通常以橫斜桿的形式布置。另外，在導線橫擔根部布置交叉斜材時，很多都與導線橫擔的主材進行連接。連接部分的主要材料或連接板在縱向荷載作用下很容易發(fā)生變形。所以，最常見的解決措施就是將一根短角鋼設置在該部位節(jié)點上，從而提高了抗縱向荷載的能力。為了滿足設計要求，桿系傳力要符合規(guī)定。

在選擇塔型時，控制選料條件、接腿的不同配置不一樣的塔身，主材節(jié)間分段情況及計算長度等問題進行分析，從而得到優(yōu)化的組合。另外，布置塔身斜材的形式要對幾何尺寸、外荷載及材料截面的性質進行考慮，分析是使用單斜或雙斜材料，采用分式雙斜材、交叉式斜材、正K形式斜材還是倒K形式斜材，還有對不同部位選擇布置形式不同等因素都要仔細比較選擇。

設計大坡度塔時，對于組合成十字斷面的雙角鋼，可以在一個平面內(nèi)使塔身斜材及節(jié)點板共同工作。

1.6 導線選擇

（1）根據(jù)經(jīng)濟電流密度、電暈及無線電干擾等條件校驗送電線路的導線截面。宜按照允許載流量及技術經(jīng)濟性選擇大跨越的導線截面，對于海拔不大于1km的區(qū)域，采用現(xiàn)行鋼芯鋁絞線國標時，如果導線外徑大于9.6mm時可以不用對電暈進行驗算。

（2）對導線允許載流量進行驗算時，導線的不同其允許溫度不同：鋼芯鋁合金絞線及鋼芯鋁絞線可采用+70℃，而大跨越那么就采用+90℃；包含鋁包鋼絞線的鋼芯鋁包鋼絞線可采用+80℃，而大跨越可以采用+100℃，或者通過試驗來進行決定；對于鍍鋅鋼絞線可采用+125℃。以最高氣溫月的平均氣溫為環(huán)境溫度，風速要采用每秒0.5m的速度而大跨越的速度為0.6m/s；太陽輻射功率密度為0.1W/cm2。

（3）地線可以由復合線或鍍鋅線制成，要符合機械及電氣使用要求。當導線和地線架設在滑輪上時，應計算由懸掛點局部彎曲引起的附加張力。弧垂最低點的最大張力及懸掛點的最大張力在稀有覆冰氣象或者稀有風速下不可以大于拉斷力的60%。在檢查短路熱穩(wěn)定性時，導線和地線的允許溫度如下：鋁合金絞線和鋼芯鋁絞線為+200℃；包含鋁包鋼絞線的鋼芯鋁包鋼絞線為+300℃；而鍍鋅鋼絞線為+400℃。

2 同塔多回架空輸電線路設計中的有關問題

同塔多回路這種手段多適用于電力線路通道比較緊張的情況下，不同的送電方向或不同的電壓等級局部所運用同一通道的情況。同塔多回路因為運用了同塔并架，那么假如一出現(xiàn)事故，對于電力系統(tǒng)的負面影響也是非常嚴重的，為有效應對這種非常特殊的重要性，就一定要在架空輸電線路工程設計的可靠方面上重新進行分析和考慮，這樣就能夠適當提高設計的標準。整體線路的設計原則如圖2所示。

2.1 導地線以及金具的安全系數(shù)

對同塔多回的線路，因為其荷載比較大，因此，在選擇接地線安全系數(shù)的過程中，應更加合理和科學，以全面滿足線路的安全運行，又能夠有效地控制整體電力線路的工程投資。

2.2 絕緣配置

考慮當前多回路線路的關鍵及停電維護的困難，需要盡可能地減少工作人員的維護工作量，延長其絕緣子的清掃周期，可以進一步提高和設計同塔多回路的泄漏比距。

2.3 防雷特性設計

應該詳細地根據(jù)送電線路的具體設計手冊中所推薦，電力線路的遭受雷擊的次數(shù)具體為：N=rhT，h=hg-2f/3，該公式中，r作為地面的落雷密度；h作為避雷線的平均高度；T作為年雷日數(shù)量；hg作為避雷線的具體懸掛點高度，f作為避雷線的弧垂。那么這個公式具體向我們表明，整體電力線路遭受雷擊的具體次數(shù)伴隨地線的平均高度的增高而不斷增多，比如500kV的同塔四回路中導線的平均高度需要比雙回路中的增加約為30m左右，比相關單回路的應該增加約為50m，那么在這個基礎上的雷擊次數(shù)就為雙回路的1.6～2.0倍之多，并且為單回路受電擊次數(shù)的3.1～3.5倍張左右；其次一方面就是繞擊因素，在地線的保護角都相同之時，塔高就應該增加20m，繞擊率隨之增大1倍。

2.4 鐵塔以及其基礎

根據(jù)相關塔的外荷載和塔體風壓，將同一塔的多回路與單回路進行比較，將成倍地增加，那么相應鐵塔的自重、基礎作用力也將同時大幅度地增加。為了有效地保證其可靠性的基本要求，多回路鐵塔及其基礎的設計工作可以借鑒重要工程系數(shù)與大跨度重要工程系數(shù)相乘的做法，需要適當加強多回路結構設計的安全系數(shù)。對于500kV或者220kV的大截面導線等同塔多回路，為了保證建筑材料的形狀系數(shù)和塔體的風壓可以降低，可以考慮鋼管桁架結構，也可以采用較高強度鋼材的交叉塔等較為特殊的型式。

2.5 同塔多回路電磁環(huán)境

同塔多回路通常深入人口相對密集的地區(qū)，相關線路與建筑設施和房屋相鄰、通信等設施比較密集，所以需要重點研究多回路的電磁因素影響，其中主要的內(nèi)容應該包括：電力線路對通信線路干擾及風險因素的影響；對收音機和電視機的各種干擾效果；可聽噪聲的影響；高壓靜電磁場對外界環(huán)境的影響；接地線路設備的接地電位提高。

3 結束語

通過上文的研究和分析，那么我們已經(jīng)詳細了解了輸電線路的設計工作是一門比較復雜的學科，這項工作的具體要求為相關電力線路的設計人員，一方面需懂專業(yè)知識，同時，需要有處理復雜情況的經(jīng)驗。那么在架空輸電線路設計過程中，相關的設計人員應該重視防雷設施的設計及其材料的安全系數(shù)，這樣才能夠確保架空輸電線路整體性的安全質量。

參考文獻

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收稿日期：2018-11-18