電力工程中110 kV輸電線路設(shè)計(jì)與優(yōu)化路徑研究

周 行， 張 超， 劉 亮， 顧 琴， 黃沈峰

（1. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司衢州供電公司，浙江衢州 324000；2. 衢州光明電力設(shè)計(jì)有限公司，浙江衢州 324000）

0 引言

在我國電力系統(tǒng)中，高壓輸電線路發(fā)揮著無可替代的重要作用。而如今，隨著我國經(jīng)濟(jì)與民眾生活水平的日益提升，社會的用電需求大幅增加?；诖松鐣尘埃枰娏ζ髽I(yè)不斷革新電力技術(shù)并對高壓輸電線路的建設(shè)給予高度關(guān)注。與此同時，輸電線路的建設(shè)過程也要綜合考量110 kV 輸電線路的搭設(shè)需求，這樣才能為線路的施工質(zhì)量提供保障，繼而在維護(hù)我國電力企業(yè)的發(fā)展穩(wěn)定同時推動我國社會經(jīng)濟(jì)的有序發(fā)展。

1 110 kV線路設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在我國的高壓輸電線路網(wǎng)架中，110 kV 輸電線路是最為常見的線路類型。基于該線路的特殊性，在野外、郊區(qū)的線路架設(shè)方式與城市線路有所差異。在野外或郊區(qū)通常采用架空線路敷設(shè)的方式，而在城市則以電纜敷設(shè)為主。此外，不同線路類型的具體分工也不盡相同，如110 kV 線路的主要作用是連接地區(qū)之間的電網(wǎng)[1]。如今，隨著我國整體經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國內(nèi)電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模有了明顯增加，加之人們用電需求的激增，對110 kV 輸電線路的設(shè)計(jì)及應(yīng)用提出了更高要求。對此，為保證輸電線路的安全運(yùn)行，技術(shù)人員更要加強(qiáng)對輸電線路的研究，以提高輸電線路設(shè)計(jì)合理性、節(jié)能型及高效性，維護(hù)我國整體經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

2 電力工程中110 kV輸電線路設(shè)計(jì)與優(yōu)化路徑

2.1 設(shè)計(jì)初步工作

施工圖設(shè)計(jì)作為輸電線路工程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，具體的工作內(nèi)容主要包含以下幾點(diǎn)：一是結(jié)合工程建設(shè)所在地的電網(wǎng)建設(shè)及實(shí)際供電需求選擇對應(yīng)的導(dǎo)線型號。在施工圖設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員需深入實(shí)地調(diào)查，全面了解工程所在地的具體情況，而后基于了解到的實(shí)際用電需求以及對周遭環(huán)境的適應(yīng)性來選擇適合大小的導(dǎo)線截面，確保輸電線路的建設(shè)能夠滿足電網(wǎng)規(guī)劃負(fù)荷要求[2]。同時還需考慮到隨著社會發(fā)展，山區(qū)的用電量也會明顯上漲。因此，設(shè)計(jì)人員還需通盤考慮輸電線路運(yùn)行后的狀況，若是輸電線路在運(yùn)行后的較短時間內(nèi)便達(dá)到負(fù)荷要求，而當(dāng)線路長期處于滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)時便會對線路造成損傷。對此，為避免上述情況的發(fā)生，在選擇線路導(dǎo)線的截面大小時便要考慮到此種狀況。當(dāng)然，導(dǎo)線截面的選擇并非越大越好，而是要遵循選擇適中的原則，且在確定了導(dǎo)線型號后還要進(jìn)行避雷線的搭配[3]。除了對材料的考量外，氣候條件亦是初步設(shè)計(jì)階段必須關(guān)注的重點(diǎn)，為最大限度減輕氣候條件對110 kV 架空輸電線路的影響，設(shè)計(jì)人員需聯(lián)系當(dāng)?shù)貧庀蟛块T，全面了解當(dāng)?shù)貧v年的最低及最高溫度，以縝密的計(jì)算來為當(dāng)?shù)?10 kV架空輸電線路的設(shè)計(jì)規(guī)劃提供指導(dǎo)。

2.2 桿塔施工技術(shù)

桿塔在輸電線路中主要發(fā)揮著支撐輸電線路的作用。因此，桿塔的建設(shè)質(zhì)量將對整個輸電線路的質(zhì)量與安全有直接性的影響。對此，電力企業(yè)不僅要意識到桿塔施工的重要性，更要明確桿塔在整個輸電線路工程施工中的重要地位。

2.2.1 規(guī)范施工

工程整體的施工質(zhì)量主要受施工的規(guī)范程度影響。針對工程項(xiàng)目的具體施工，設(shè)計(jì)圖紙中均有明確的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，此足以表明圖紙對項(xiàng)目工程的重要性。合理的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方能為工程的施工質(zhì)量提供保障，而要確保圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的合理性，需設(shè)計(jì)人員深入現(xiàn)場展開勘察，了解工程所處位置的環(huán)境、氣候等各方面條件后，方能在圖紙中做出明確標(biāo)識，以此提高施工單位的施工警惕性并防止桿塔傾倒或桿塔沉降的現(xiàn)象發(fā)生[4]。此外，有關(guān)桿塔的埋設(shè)深度與桿塔高程也要按照前期勘測所得之?dāng)?shù)據(jù)來合理設(shè)置，進(jìn)一步保障桿塔的安全及穩(wěn)定。

2.2.2 塔基質(zhì)量控制

塔基質(zhì)量的控制主要有兩個關(guān)鍵控制面，分別是塔基的正面及側(cè)面?？刂频木唧w內(nèi)容是塔基的坡地以及塔基的修建是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。做好上述主要控制工作，方能為塔基建設(shè)的牢固度與穩(wěn)定性提供保障，繼而避免塔基下沉的情況出現(xiàn)[5]。其次，塔基質(zhì)量控制還需從塔基抵御外部襲擊的能力入手。當(dāng)前國內(nèi)在建設(shè)桿塔塔基時普遍采用鋼混基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)最主要的優(yōu)勢是具有極強(qiáng)的抵御外部襲擊能力，但鋼混基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工也對巖石地基有著較高要求。因此，確保桿塔地基施工質(zhì)量需做好基塔底部巖石成分的勘察，確保巖石結(jié)構(gòu)完整方能為塔基施工的順利開展提供保障。

2.2.3 優(yōu)化塔腳

不同地區(qū)的地理環(huán)境有所差異，因此，輸電線路的塔腳建設(shè)亦需考慮所處建設(shè)區(qū)域的地理環(huán)境。如塔腳所處建設(shè)區(qū)域?yàn)楦呗柕纳郊?，便需對地底層面的土方挖掘量予以合理控制；而在坡度陡峭的區(qū)域?qū)е聴U塔與塔腳之間存在較大的高差時，則中立柱的高度應(yīng)盡可能地延長，以讓桿塔與塔腳間的高差得到平衡。

2.2.4 排水溝施工

先期的輸電線路桿塔地基建設(shè)是為了給項(xiàng)目開展打基礎(chǔ)，后期的運(yùn)行則需基于排水溝來提供相應(yīng)保障。好的排水環(huán)境方能最大限度減輕大自然水體對基面的影響。因此，必須對排水溝的施工給予同等重視。倘若排水施工不是處于平坦的地形區(qū)，則排水溝的建設(shè)與桿塔的水平距離不得低于3 m。此外，排水渠的設(shè)計(jì)還要參考所在區(qū)域的山體形勢，做好坡體與坡面水體的攔截，從而降低大自然水體對基礎(chǔ)設(shè)施的影響[6]。

2.3 導(dǎo)線和避雷線的絕緣配合與防雷設(shè)計(jì)

2.3.1 絕緣配合設(shè)計(jì)

110 kV 的輸電線路屬于高壓線路，因此需要搭配絕緣設(shè)計(jì)。首先，需要對區(qū)段的絕緣強(qiáng)度進(jìn)行劃分；其次要依據(jù)氣候條件來確定污穢等級，從污穢等級反饋的絕緣性能入手采取適宜的防范措施，以滿足架空線路絕緣設(shè)計(jì)的要求；再次，為強(qiáng)化線路運(yùn)行安全，絕緣配合設(shè)計(jì)還需明確絕緣子串?dāng)?shù)目，這需要設(shè)計(jì)人員對線路的荷載條件及電壓等級展開綜合性分析，在全面了解不同區(qū)段的絕緣子串應(yīng)用條件后方能發(fā)揮其最大作用并提高架空線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.3.2 110 kV輸電線路防雷技術(shù)

（1）接地電阻設(shè)計(jì)。110 kV 輸電線路往往涉及較廣的覆蓋面，因此提高了施工成本。為降低施工成本，施工隊(duì)伍可在施工接地電阻時盡可能降低桿塔的接地電阻存量，這樣既不會影響避雷效果，也能達(dá)到節(jié)約施工成本的目的。同時，桿塔接地電阻降低也不會導(dǎo)致雷擊桿塔后的電位出現(xiàn)較大波動幅度，而在絕緣子能夠正常為輸電線路提供保護(hù)的前提下，輸電線路的抗雷擊水平也將得到提升，從而降低雷擊跳閘事件的發(fā)生概率。當(dāng)然，這也要求技術(shù)人員在開展線路設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)時根據(jù)土壤實(shí)際狀況來對接地電極的深度及大小予以合理調(diào)節(jié)，具體可通過改變接地體的角度或使用接地模塊等方式來降低土壤的天然電阻率，以此達(dá)到從源頭上減少線路維護(hù)成本的目的。

（2）雙避雷線同負(fù)保護(hù)角的設(shè)計(jì)。雙避雷線同負(fù)保護(hù)角的設(shè)計(jì)是110 kV 輸電線路防止雷擊的重要手段。關(guān)于雙避雷線的使用，需要注意以下幾大技術(shù)要點(diǎn)：一是對避雷線與導(dǎo)線距離的控制需要預(yù)先做好測量工作，確保兩者的水平間距在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)；二是根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)水平擇優(yōu)選擇線路敷設(shè)方案，視實(shí)際條件選擇設(shè)置密集輸電線路，必要時可將輸電走廊取消來降低敷設(shè)成本。

（3）保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及方法的準(zhǔn)確性。為保證輸電線路的敷設(shè)質(zhì)量，在前期進(jìn)行實(shí)地勘察時需要多次測量，以最大限度減少設(shè)計(jì)誤差。為進(jìn)一步減少線路的施工成本，除采用上述接地電阻設(shè)計(jì)的方法外，還可視現(xiàn)場情況合理選用填充降阻物、地基深埋等方式。

（4）設(shè)計(jì)布局輸電線路以保證其合理性。合理的輸電線路必然要避開雷擊高發(fā)地，但若條件限制無法完全避開，則要做好預(yù)防措施。當(dāng)然，盡量避開是首要選擇；其次要避開較為潮濕的區(qū)域，尤其是素有雷暴走廊之稱的峽谷順風(fēng)口、沼澤、湖泊、水庫等區(qū)域，更要與之遠(yuǎn)離；最后則是要避開山、田交界等土壤天然電阻率較低的地區(qū)。

（5）耦合地線在降低線路反擊跳閘與雷電繞擊事件方面有著突出作用。因此需要增加架空線里的耦合地線數(shù)量。

（6）安裝可以控制的放電避雷針裝置?？萍嫉倪M(jìn)步使輸電線路的雷電防護(hù)能力可以通過添置裝置設(shè)備來提升，如自動重合裝置便可處理一些閃絡(luò)性的跳閘事故，為供電正常提供保障。

2.4 線路終勘

（1）定線測量。為保證施工方案的可行性與線路的運(yùn)行安全，除了要依據(jù)選線規(guī)范開展定線測量外，也要預(yù)留足夠的空間來保障轉(zhuǎn)角桿塔的設(shè)置穩(wěn)定。

（2）斷面測量。斷面測量需依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范性原則，即測量必須沿著線路中心線展開。在山區(qū)地帶地形較為復(fù)雜，則需將布點(diǎn)的間距適當(dāng)縮短。此外，斷面圖的繪制也必須在現(xiàn)場進(jìn)行，一來方便對圖紙進(jìn)行修正，二來能保證圖紙與地質(zhì)情況一致，最大限度減少施工誤差。

（3）定位測量。有關(guān)山區(qū)架空線路的設(shè)計(jì)，其中一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容便是定位測量。定位測量是一種以現(xiàn)場勘測的方式來定位圖紙塔桿位置的測量方法?？紤]到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)往往會與現(xiàn)場情況存在些許出入，針對桿塔位置與型號的確定還需結(jié)合線路的運(yùn)行需求。當(dāng)然，設(shè)計(jì)人員也要對現(xiàn)場檢驗(yàn)給予高度重視，而測量的最終結(jié)果也應(yīng)交由施工方保存，確保桿塔位置與線路布置均是按照相關(guān)圖紙執(zhí)行，從而最大限度減少施工誤差，提升施工質(zhì)量。

2.5 線路架設(shè)施工技術(shù)

按照展放的劃分標(biāo)準(zhǔn)可將架線施工劃分為拖地與張力張開兩種張力現(xiàn)實(shí)形式。其中，拖地展開也被稱作不對線盤制動，是以人工來進(jìn)行拖動而不借助任何設(shè)備的方法。雖然該方法的操作過程相對較為簡便，但會在一定程度上導(dǎo)致導(dǎo)線磨損，從而對導(dǎo)線的使用壽命產(chǎn)生影響。此外，因過程全然依賴于人工，勞動效率偏低。而張力放線則借助機(jī)械的牽引力，讓導(dǎo)線能夠在安全距離通過交叉物。在機(jī)械的輔助下，不僅能保證良好的放線質(zhì)量，且效率也更高。該方式的弊端也十分明顯，那便是需要運(yùn)用放線滑車，導(dǎo)致施工成本增加且對施工環(huán)境有一定要求。就目前而言，我國采用的放線滑車直徑通常為導(dǎo)線直徑的10倍以上，而為減少鋼絲彎曲應(yīng)力及磨損，架線后通常還要進(jìn)行緊線，以便在減少浪費(fèi)的同時讓輸電線路的整體性能得到提升。緊線的過程通常需要對各方因素進(jìn)行全面考察，如混凝土的強(qiáng)度以及桿塔的牢固度等，緊線時的張力過大可能導(dǎo)致塔身變形，對后期的尺度觀測產(chǎn)生影響。此外，針對輸電線路工程項(xiàng)目的核心環(huán)節(jié)，即輸電線路的架設(shè)，做好前期的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作方能為線路的建設(shè)質(zhì)量提供有力保障。準(zhǔn)備的具體事項(xiàng)：首先，需確保工程所需的各項(xiàng)材料、設(shè)備齊全以及對架設(shè)線路的合理規(guī)劃；其次，做好材料與線路的質(zhì)檢工作，從源頭上杜絕線路質(zhì)量問題；再次，合理把控可能影響線路安全的關(guān)鍵因素，諸如線路是否存在裂縫、線路的彎曲度超出了限定標(biāo)準(zhǔn)等。對于上述可能造成質(zhì)量問題的因素必須引起施工方的高度關(guān)注。最后是要對混凝土的強(qiáng)度予以嚴(yán)格控制，確?；炷翉?qiáng)度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求方能最大限度減少控制塔桿的不良受力，繼而保證塔桿張力滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

針對110 kV 輸電線路的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅能降低輸電線路的敷設(shè)成本，且能帶來更高的社會與經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)然，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)之處也絕不僅限于輸電線路，其他電網(wǎng)工程的設(shè)計(jì)方案也應(yīng)根據(jù)綜合需求來設(shè)計(jì)并優(yōu)化，這樣才能最大限度提升工程的建設(shè)質(zhì)量并滿足社會的實(shí)際應(yīng)用需求。