220kV 輸電線路設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

王威

（廣東順德電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528300）

1 220kV 架空輸電線路的特點(diǎn)

和其他電壓等級(jí)的輸電線路對(duì)比，220kV 輸電線主要有如下特點(diǎn)：220kV 輸電線路一般作為市（區(qū)）域聯(lián)網(wǎng)的主干線路，負(fù)責(zé)為整個(gè)市（區(qū)）域內(nèi)用戶供電，線路路徑一般較長(zhǎng)。從實(shí)際情況分析，中國(guó)幅員遼闊，為了減少對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響，很多220kV 架空輸電線路都是架設(shè)在高山、峽谷或者人跡罕至的地帶，地形條件復(fù)雜，交通運(yùn)輸狀況較差，輸電線路在運(yùn)行維護(hù)管理難度較高。220kV 輸電線路的各工作參數(shù)要求高，額定容量也高，因此在工作過(guò)程中很容易產(chǎn)生更大的電場(chǎng)強(qiáng)度。最后，220kV 輸電線路需要配置高高度的塔，設(shè)有大噸位、大容量絕緣子，絕緣子串比較長(zhǎng)。為了保證輸電線路的安全平穩(wěn)的運(yùn)行，必須準(zhǔn)備足夠和適用的備件[1]。220kV 輸電線路作為市（區(qū)）域聯(lián)網(wǎng)的主干線路，在電網(wǎng)中作為中堅(jiān)力量，如出現(xiàn)影響線路安全運(yùn)行的問(wèn)題或者事故，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果和影響，造成較大的財(cái)產(chǎn)損失與人員傷亡事故，故保證其安全穩(wěn)定的運(yùn)行至關(guān)重要[1]。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 線路路徑設(shè)計(jì)與分析

在設(shè)計(jì)220kV 輸電線路時(shí)，線路路徑方向的選擇可分為內(nèi)部線路選擇和現(xiàn)場(chǎng)線路選擇。在選擇室內(nèi)線路時(shí)，首先明確線路的起點(diǎn)和終點(diǎn)，聯(lián)系市政有關(guān)部門(mén)，收集220kV 輸電線路擬建綜合方案周?chē)某鞘薪煌?、土地、林業(yè)、管道等規(guī)劃信息，標(biāo)出區(qū)域，在地形圖上選擇不可穿越的必要區(qū)域，然后選擇原始探測(cè)路徑。在選擇路線時(shí)，我們必須始終堅(jiān)持設(shè)計(jì)最短、技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上安全的原則。

2.2 桿塔的設(shè)計(jì)分析

輸電塔是輸電線路結(jié)構(gòu)的支柱，必須支持空氣傳輸線的導(dǎo)體和地線，必須滿足電磁場(chǎng)的安全限制和絕緣要求。塔是220kV 輸電線路規(guī)劃和建設(shè)中輸電線路最重要的組成部分之一。不僅要保證220kV 輸電線路的穩(wěn)定性，還要保證220kV 輸電線路的絕緣和電磁效果。在選擇220kV 輸電線路鐵塔時(shí)，可以選擇多種材料。根據(jù)材料的特性，各種鐵塔在施工難度、尺寸、施工時(shí)間、施工成本等方面存在很大差異。在建設(shè)220kV 輸電線路的過(guò)程中，這座塔的建設(shè)成本很高。因此，在220kV 輸電線路設(shè)計(jì)和施工管理過(guò)程中，應(yīng)重視220kV輸電線路施工的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，有效降低220kV 輸電線路施工成本，提高施工質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，在220kV 輸電線路設(shè)計(jì)中，如果未明確指定塔材料選擇，則沿選定管道路徑最常用的材料和最成熟的塔類(lèi)型應(yīng)基于不同的自然條件、氣候和地質(zhì)條件。如果需要選擇新的塔材料，首先對(duì)塔材料進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，收集新塔材料的適用性。如果不符合設(shè)計(jì)和施工要求，請(qǐng)立即向上級(jí)管理部門(mén)申請(qǐng)更換塔材料[2]，桿塔結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 桿塔結(jié)構(gòu)

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

沿線桿塔基礎(chǔ)的施工必須基于水文、地質(zhì)和輸電線路類(lèi)型。常用的220kV 輸電線路鐵塔包括板式基礎(chǔ)、剛性基礎(chǔ)、開(kāi)挖基礎(chǔ)、巖石基礎(chǔ)、鐵塔基礎(chǔ)等。此外，根據(jù)不同類(lèi)型的基礎(chǔ)，適用條件也不同，應(yīng)用也有優(yōu)缺點(diǎn)。因此，基本的選擇要結(jié)合技術(shù)地形、地質(zhì)特征和交通條件。在混凝土成本和消耗安全可靠的前提下，為了減少施工對(duì)環(huán)境的危害，必須盡可能經(jīng)濟(jì)環(huán)保。充分發(fā)揮每個(gè)基本樣式的功能，根據(jù)地形和地理選擇不同的基本樣式。就目前來(lái)講，在地質(zhì)較好的地方，我國(guó)的220kV 架空輸電線路很多都是采用淺基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，和其他建筑物基礎(chǔ)形式有著很大的差異。同時(shí)由于桿塔基礎(chǔ)受力較為特殊，特別是轉(zhuǎn)角桿塔的基礎(chǔ)在同時(shí)受到下壓力、上拔力、水平力的條件下，如設(shè)計(jì)不合理，容易發(fā)生變形或者損壞的問(wèn)題。這就需要在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，綜合分析各個(gè)角度和方向上的受力，通過(guò)土的重力來(lái)抵抗各個(gè)力的作用[3]。

由于220kV 架空輸電線路路徑一般較長(zhǎng)，沿途的地理?xiàng)l件、氣候環(huán)境方面會(huì)存在著一定的差異，所以在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)綜合分析各個(gè)方的因素，了解基礎(chǔ)荷載、基礎(chǔ)承受力等要素，提高桿塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的總體性能。比如在山區(qū)地帶分布著較多的巖石材料，一般會(huì)選擇應(yīng)用巖石嵌固基礎(chǔ)或者錨桿基礎(chǔ)，同時(shí)為了減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，減少土方開(kāi)挖，桿塔通長(zhǎng)采用高低接腿的方式。這些設(shè)計(jì)方案較為簡(jiǎn)單，可以消除外部作用力的影響，保證錨樁頂部結(jié)構(gòu)的完整性和高性能，提高設(shè)計(jì)效果和結(jié)構(gòu)質(zhì)量。因此，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要綜合分析各個(gè)方面因素，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平和效果，達(dá)到力的平衡，讓基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，提高應(yīng)用效果和質(zhì)量。

2.4 導(dǎo)線的選擇

選擇合適的導(dǎo)線對(duì)降低高壓輸電線路的設(shè)計(jì)成本、提高輸電效率、減少因架構(gòu)桿塔所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題（如靜電檢測(cè)、無(wú)線電干擾、噪聲等）、減少對(duì)環(huán)境的影響具有重要意義。在選擇導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)情況，考慮最終傳輸容量、電磁環(huán)境的影響、機(jī)械性能和年成本等因素，確定導(dǎo)線型號(hào)。

2.5 220kV 輸電線路的防雷設(shè)計(jì)

閃電在自然災(zāi)害中危害極大。部分地區(qū)220kV 輸電線路施工高度高，線路交叉懸空，易受雷電影響和破壞。我國(guó)220kV 輸電線路的鋪設(shè)范圍最為廣泛，所以對(duì)220kV 輸電線路的防雷設(shè)計(jì)要有極高的重視以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃。

2.5.1 架設(shè)避雷線

通過(guò)調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)在平面內(nèi)架設(shè)避雷線效果顯著。避雷線和避雷針的原理相同。雷電通過(guò)導(dǎo)體引入地下防雷網(wǎng)絡(luò)，以減少其對(duì)輸電線路的損壞。

在雷擊較大的山區(qū)和丘陵地區(qū)，避雷針的防雷效果較差。山區(qū)不僅容易打雷，而且是易受影響的地區(qū)。在山區(qū)，容易出現(xiàn)圓形沖擊破壞和側(cè)面沖擊破壞的現(xiàn)象。為了減少?zèng)_擊，有必要減小保護(hù)角。對(duì)于完工的輸電塔，不可能改變其保護(hù)角度。通常情況下，輸電塔的最大設(shè)計(jì)角度不應(yīng)超過(guò)20°。安裝離合器接地線的防雷效果顯著。接地線耦合可以有效降低輸電線路反擊的觸發(fā)率。對(duì)于超高壓輸電線路，有必要降低桿塔接地電阻以提高防雷效果，但在實(shí)際運(yùn)行中很難實(shí)現(xiàn)。通過(guò)改善避雷線與導(dǎo)線的耦合效應(yīng)，可以降低絕緣線的過(guò)電壓，降低輸電線路的抗觸發(fā)率，提高輸電線路的防雷和防雷能力[4]。

2.5.2 降低塔的接地電阻

科學(xué)研究表明，高壓輸電線路中塔的接地電阻與整體防雷水平成反比。因此，為了更好地提高結(jié)構(gòu)的耐雷性，塔的阻力必須適當(dāng)降低。因此，在塔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)施工人員應(yīng)根據(jù)輸電線路施工位置進(jìn)行更詳細(xì)的地質(zhì)勘探，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件選擇塔材料和接地材料。降低塔的接地電阻。輸電線路施工是最經(jīng)濟(jì)有效的防雷方法，在當(dāng)前的電氣設(shè)備施工過(guò)程中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，不同型式的接地裝置尺寸參數(shù)如表1所示。

表1 不同型式的接地裝置尺寸參數(shù)

2.5.3 提高高壓線路的絕緣水平

絕緣性能的好壞直接關(guān)系到絕緣子的性能。應(yīng)采取適當(dāng)措施加固經(jīng)常照明的路段。加強(qiáng)輸電線路與絕緣的配合，可以在一定程度上提高絕緣的抗閃能力。事實(shí)表明，增加絕緣子的數(shù)量或等級(jí)可以顯著提高耐雷等級(jí)，并顯著降低相應(yīng)的雷擊概率。復(fù)合絕緣子以其質(zhì)量好、強(qiáng)度高、重量輕、抗污能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)受到輸電線路公司的青睞。

2.5.4 線路氧化鋅避雷器的安裝

已有研究表明，安裝氧化鋅避雷器可以有效地減少線路雷擊事故的發(fā)生，具有良好的屏蔽和反擊防護(hù)效果。對(duì)于雷擊活動(dòng)特征明顯的區(qū)域，以及難以降低接地電阻的實(shí)際情況，建議安裝氧化鋅避雷器，對(duì)雷擊事故頻發(fā)的線路段進(jìn)行防雷措施改造。

3 抗干擾措施的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了提高電子變壓器的抗干擾能力，可以在一些應(yīng)用環(huán)境中使用保護(hù)裝置。使用中的保護(hù)裝置不會(huì)干擾變壓器的正常運(yùn)行狀態(tài)?？垢蓴_措施和加在沒(méi)有抗干擾措施的情況下輸出。變壓器在采取加抗干擾措施的同時(shí)，可以進(jìn)入加TVS 管道和RC 濾波器波電路，得到彼此一致的波形，通過(guò)FFT 分析可以研究這兩種波形。這兩種過(guò)濾器格式只有0.01%的差異。

4 220kV 輸氣線路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

比較和選擇現(xiàn)場(chǎng)檢查的路徑模式后，將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到控制點(diǎn)的位置、交叉高度和相鄰物體的測(cè)量。精確測(cè)量交叉物體高度（特別是在多條線上的分離度）的現(xiàn)象。

4.2 室內(nèi)行位置

由具有一定電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師開(kāi)發(fā)的電路設(shè)計(jì)程序使用非常方便，可以減少許多問(wèn)題。該過(guò)程是在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建不同的模板，使用該模板直接確定布局位置，并生成端點(diǎn)配置文件。最后，計(jì)算機(jī)確認(rèn)塔的性能，并進(jìn)行比賽。當(dāng)然，各種交叉點(diǎn)和施工線之間的距離可以在剖面中精確測(cè)量。該方法提高了設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性。一般來(lái)說(shuō)，為了便于調(diào)整交叉線路之間的關(guān)系，建議設(shè)計(jì)部分交叉電路。為了便于攜帶，不需要大圖紙。此外，必須在圖紙上準(zhǔn)確顯示交叉位置、相對(duì)關(guān)系和相關(guān)規(guī)范所需的安全距離[5]。

5 220kV 及以下架空輸電線路設(shè)計(jì)存在問(wèn)題與對(duì)策

在進(jìn)行220kV 以下架空輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，為了防止后期運(yùn)行中發(fā)生安全事故，影響電力系統(tǒng)，必須做好初步探索工作，全面了解線路安裝區(qū)的環(huán)境狀況。要注意傳輸線相位對(duì)應(yīng)問(wèn)題，特別是T 接線路，要明確原來(lái)傳輸線的相位情況，確定相位是否發(fā)生變化，防止安全事故。另外，要注意導(dǎo)線排列方式的變化，要做好電路間距檢查，以滿足絕緣配合要求，防止電氣距離不足的問(wèn)題，并確保對(duì)后期操作維護(hù)有影響。要嚴(yán)格遵守先施工后設(shè)計(jì)的原則，嚴(yán)禁在進(jìn)行三面工程（即勘察工作）的同時(shí)設(shè)計(jì)輸電線路和進(jìn)行施工工作。在進(jìn)行220kV以下架空輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，及時(shí)使用了大量先進(jìn)技術(shù)，為了充分了解輸電線路沿線的具體情況，如地質(zhì)信息、地形、水文等，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘探工作。無(wú)法進(jìn)行事后補(bǔ)充以達(dá)到側(cè)面調(diào)查記錄。

6 220kV 輸電線路設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的相關(guān)事項(xiàng)

不同的環(huán)境對(duì)220kV 輸電線路也有很大的影響。因此，在初步設(shè)計(jì)過(guò)程中，有必要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、水文評(píng)估、洪水評(píng)估、地震評(píng)估等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量避免不良地質(zhì)條件，提高220kV 輸電線路設(shè)計(jì)的完整性，確保220kV 輸電線路安全可靠運(yùn)行。

在設(shè)計(jì)220kV 輸電線路時(shí)，設(shè)計(jì)者還必須注意以下幾點(diǎn)：線路走廊寬度的設(shè)計(jì)。單回路一般采用導(dǎo)管塔或干式塔的形式設(shè)計(jì)，可以減少輸電線路走廊的占用面積，提高地面利用率。減少電磁輻射對(duì)輸電線路運(yùn)行的影響。電磁輻射會(huì)損害電磁場(chǎng)的無(wú)線電和電氣效應(yīng)，從而損害傳輸線的運(yùn)行安全。為了減弱電磁輻射對(duì)輸電線路的影響，嚴(yán)格控制電壓和電流，必須科學(xué)配置輸電線路桿塔和電氣絕緣設(shè)備。準(zhǔn)確觀察輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，并將桿塔與地面之間的距離保持在安全半徑內(nèi)。這將有助于隨著時(shí)間的推移識(shí)別和消除安全風(fēng)險(xiǎn)，減少電氣安全事故的發(fā)生，并確保正常供電。輸電線路項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)估。220kV 輸電線路設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)充分考慮輸電線路對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，包括地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估、水文地質(zhì)影響評(píng)估、防洪影響評(píng)估等[6]。

7 結(jié)語(yǔ)

220kV 輸電線路是電力系統(tǒng)線網(wǎng)的重要組成部分，進(jìn)行220kV 高壓輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素。不斷改進(jìn)和優(yōu)化的塔、線、線路路徑、防雷等設(shè)計(jì)方案，應(yīng)全面改善和保障輸電線路的可靠性和安全性。