某110KV 架空輸電線路設(shè)計(jì)的研究

池英鎊

（三明億源電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，福建 三明 365000）

為了應(yīng)對(duì)日益增長的用電負(fù)荷，近幾年新建的架空輸電線路工程呈現(xiàn)出明顯增長趨勢(shì)。要想使110KV 架空輸電線路在安裝完畢后穩(wěn)定運(yùn)行，一方面要基于線路運(yùn)行要求和沿線環(huán)境調(diào)查，科學(xué)設(shè)計(jì)方案；另一方面還必須進(jìn)行嚴(yán)格的施工管控，保證輸電線路的整體協(xié)調(diào)。在工程設(shè)計(jì)階段，像地理環(huán)境、材料選型、絕緣配置、桿塔型式、地基處理等，都是需要關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 工程概況

某110KV 架空輸電線路全長3.7km，共分為兩部分：其一是現(xiàn)有備用雙回架空線路2.65km，導(dǎo)線為NRLH60GJ-240/30 型雙分裂耐熱鋼芯鋁合金絞線；其二是新架雙回雙側(cè)掛線線路1.05km，導(dǎo)線為JL/G1A-300/40 型雙分裂鋼芯鋁絞線。

2 沿線環(huán)境調(diào)查

2.1 路徑規(guī)劃

做好沿線環(huán)境調(diào)查、科學(xué)規(guī)劃鋪設(shè)線路是輸電線路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，全線平地占92%，其余為起伏丘陵。部分線路需穿過農(nóng)田，總長度約為0.8km。另外，設(shè)計(jì)線路與既有的10KV 架空輸電線路發(fā)生路徑?jīng)_突，故需要對(duì)10KV 線路進(jìn)行改造。

2.2 沿線氣象條件

由于架空輸電線路的安裝屬于高空作業(yè)，必須考慮氣象因素的影響。在設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)結(jié)合本地氣象部門提供的資料，以及輸電線路周邊的環(huán)境（如有無建筑物遮擋），計(jì)算出允許的最大風(fēng)速。氣象資料表明，該地區(qū)工程離地10m 高30 年一遇10min 平均最大風(fēng)速為23.7m/s。對(duì)于有樹木、建筑物遮擋的，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為27m/s，對(duì)于無樹木、建筑物遮擋的，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為25m/s。另外，還要考慮一些極端惡劣天氣對(duì)輸電線路架設(shè)、運(yùn)行產(chǎn)生的影響，例如高、低溫天氣，雷暴和覆冰等。全線設(shè)計(jì)氣象條件如表1 所示。

表1 110KV 架空輸電線路權(quán)限設(shè)計(jì)氣象組合條件

3 導(dǎo)線及地線的型式選擇

3.1 導(dǎo)線設(shè)計(jì)

在輸電線路設(shè)計(jì)方案中，導(dǎo)線的選型是關(guān)鍵內(nèi)容。必須要綜合考慮多項(xiàng)因素，既要滿足輸電需要，還要保證穩(wěn)定運(yùn)行，以及在成本、環(huán)保等方面也要做到統(tǒng)籌兼顧。例如，要關(guān)注導(dǎo)線的機(jī)械性能，以保證輸電線路在通過風(fēng)口，或覆冰時(shí)，仍然能夠保證線路安全。設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮以下兩項(xiàng)指標(biāo)：（1）最高允許溫度。受到電流熱效應(yīng)的影響，導(dǎo)線在輸送電能過程中不可避免會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。并且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加、電流的加大，發(fā)熱情況也會(huì)更加明顯。鋼芯鋁絞線耐熱溫度達(dá)150℃，可作為導(dǎo)線選型的優(yōu)選材料。（2）表面電場強(qiáng)度。電暈除了增加輸電線路運(yùn)行時(shí)的電能損耗，還會(huì)對(duì)線路中的電氣設(shè)備造成損害，因此對(duì)導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度也要予以限制。參考相關(guān)規(guī)范的要求，該值不得超過全面電暈電場強(qiáng)度的85%。除了上述兩項(xiàng)指標(biāo)外，還包括無線電干擾限值、工頻磁場限值和機(jī)械特性等指標(biāo)，具體要求如表2 所示。

表2 導(dǎo)線選型關(guān)鍵指標(biāo)要求

3.2 地線設(shè)計(jì)

地線選型時(shí)，要考慮到出現(xiàn)單相短路故障情況后，短路電流帶來的沖擊影響，因此為了使短路容量留出裕度，本次工程中選擇了OPGW 光纜。試驗(yàn)表明，對(duì)于110KV 輸電線路，發(fā)生單相短路問題時(shí)，形成的短路電流通常為15-20KA。設(shè)計(jì)兩條地線，按照每根地線均勻分擔(dān)，故設(shè)計(jì)短路容量應(yīng)在30-40KA。導(dǎo)線與地線的選型要求如表3 所示。

表3 導(dǎo)線與地線的選型要求

4 輸電線路的絕緣配置

在設(shè)計(jì)絕緣配置時(shí)，應(yīng)遵循“絕緣到位，留有裕度”的要求。全線爬電比距設(shè)計(jì)為50mm/KV。絕緣子的選型也是輸電線路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，為滿足絕緣要求，本次工程中使用復(fù)合絕緣子，具體要求為：（1）導(dǎo)線懸垂串和跳線串均采用了FXBW-110/120 型合成絕緣子，結(jié)構(gòu)1440mm 高度，最小公稱爬電距離3520mm。核心成分為耐酸芯棒，具有防污染效果好、承受張力大、易于維護(hù)等特點(diǎn)。（2）地線處采用U70CN 型絕緣子，將地線與變壓站接地網(wǎng)區(qū)分開來。同時(shí)，參考《電力系統(tǒng)污區(qū)分級(jí)與外絕緣選擇標(biāo)準(zhǔn)》（Q/GDW152-2006）中對(duì)于各級(jí)污區(qū)絕緣水平的有關(guān)規(guī)定，采用的爬電比距如表4 所示。

表4 不同電壓等級(jí)下爬距、統(tǒng)一爬電比距的要求

5 桿塔及基礎(chǔ)型式設(shè)計(jì)

5.1 桿塔型式

結(jié)合輸電線路沿線地形環(huán)境，以及導(dǎo)線、地線的設(shè)計(jì)，本次工程中所用桿塔主要分為兩種形式：一種是普通的鋼管桿，直徑為2.2 米，材質(zhì)為Q235B，具體又分成了1GGF3 和1GGF4 兩種類型。鋼管桿使用條件為海拔1000mm 以內(nèi)，最大承受風(fēng)速不超過30m/s；另一種是雙回角鋼塔，材質(zhì)為Q345，使用條件為海拔1000m 以內(nèi)，最大承受風(fēng)速不超過35m/s。兩種型式的桿塔具體指標(biāo)如表5 所示。

表5 110KV 架空輸電線路桿塔選型

5.2 基礎(chǔ)型式

結(jié)合地質(zhì)勘察資料可知本次工程全線以平地為主，其中表層地質(zhì)70%為松砂石，30%為巖石，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工提供了有利條件。另外，沿線不經(jīng)過水利工程、鐵路線路，只跨過小面積農(nóng)田。綜合上述條件，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是選擇用支柱板式基礎(chǔ)，配合使用直線塔、轉(zhuǎn)角塔壓腿，基礎(chǔ)部分采用HPB300 級(jí)熱軋鋼筋，并澆筑C30 混凝土成型?；A(chǔ)選型及設(shè)計(jì)內(nèi)容如表6 所示。

表6 110KV 架空輸電線路基礎(chǔ)型式

6 防腐、防震等措施

考慮到110KV 架空輸電線路長期處于野外露天環(huán)境，因此對(duì)金屬構(gòu)件的防腐要求較高。本次工程中所用的金屬構(gòu)件，如鋼管桿、角鋼塔，以及螺栓等，都必須經(jīng)過熱鍍鋅處理，以提高其防腐、防銹能力。對(duì)于導(dǎo)線、地線，在選型和設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮最大使用應(yīng)力，例如導(dǎo)線為95.09N/mm2，而地線為191.26N/mm2，保證輸電線路具有較好的抗震、抗拉效果。在設(shè)計(jì)方案中還增加了預(yù)絞式防震錘，對(duì)于消除雨水、冰雪沉積，或者風(fēng)力影響產(chǎn)生的不同頻率的振動(dòng)，能夠進(jìn)行有效吸收，從而降低滑線情況，延長了輸電線路的使用壽命，對(duì)保證輸電穩(wěn)定也有積極效果。

7 節(jié)能與環(huán)保措施

7.1 線路節(jié)能措施

基于電力公司自身經(jīng)濟(jì)效益的考慮，在110kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)與安裝過程中，在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、滿足客戶用電需求的前提下，必須要盡量選用節(jié)能措施降低投資和運(yùn)維成本。本次工程中采取的節(jié)能措施包括：（1）優(yōu)化線路架設(shè)方式，用同塔雙回路架設(shè)線路，節(jié)約線路走廊，降低成本；（2）在滿足區(qū)域供電需要的基礎(chǔ)上，使用了鋼芯鋁絞線2×JL/G1A-300/40，其導(dǎo)電率是同等截面下銅芯的80%左右，但是成本僅為銅芯的1/2。長距離架設(shè)輸電線路時(shí)，鋼芯鋁絞線節(jié)約的成本十分顯著；（3）使用節(jié)能金具，如導(dǎo)線處的鋁合金防暈線夾，導(dǎo)地線處的預(yù)絞式防震錘等，都起到了一定的節(jié)能效果。

7.2 線路環(huán)保措施

為最大程度上降低110kV 輸電線路安裝中對(duì)沿線環(huán)境造成的破壞，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還充分考慮了環(huán)保要求。具體如下：（1）輸電線路的路徑規(guī)劃中，盡量避讓既有建筑物。穿過樹林時(shí)，采取高跨處理，避免砍伐樹木，起到了保護(hù)環(huán)境的效果。在臨近村落的位置設(shè)置顯眼的警示牌，避免意外觸電事故。（2）大量使用自立塔，減少對(duì)農(nóng)田的侵占。對(duì)于因修建桿塔等線路基礎(chǔ)設(shè)施造成植被破壞的，在施工結(jié)束后采用栽種草木等方式恢復(fù)植被。埋設(shè)桿塔時(shí)，基坑開挖產(chǎn)生棄土就近堆放，后期回填時(shí)重復(fù)利用，降低對(duì)環(huán)境的破壞。

8 結(jié)論

為滿足日益增長的用電需求，需要新建、擴(kuò)建輸電線路。在110kV 架空輸電線路工程中，前期的地質(zhì)與氣象調(diào)查以及工程方案設(shè)計(jì)十分重要。在提前掌握了沿線地質(zhì)狀況、氣象條件的基礎(chǔ)上，分別從導(dǎo)線、地線的選型，絕緣子的配置，以及桿塔和基礎(chǔ)型式的選用上進(jìn)行充分考慮，才能保證設(shè)計(jì)方案的可行性。