110 kV輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)及優(yōu)化路徑探究

［摘 要］文章通過(guò)深入分析輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)的基本原則、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素及路徑優(yōu)化措施，提出了一套綜合優(yōu)化方案。尤其針對(duì)前鋒—公忽洞110 kV 輸電線(xiàn)路工程，研究涉及線(xiàn)路勘察、路徑選擇及架空線(xiàn)間距優(yōu)化，以此提升系統(tǒng)的安全性、效率及環(huán)境適應(yīng)性。研究結(jié)果表明，通過(guò)精細(xì)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，能顯著提高輸電線(xiàn)路的運(yùn)行效率和可靠性，同時(shí)有效減少環(huán)境影響，為類(lèi)似的輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)提供了重要的參考價(jià)值。

［關(guān)鍵詞］110 kV 輸電線(xiàn)路；線(xiàn)路設(shè)計(jì)；路徑優(yōu)化；接地設(shè)計(jì)

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM75 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）04–0061–03

1 110 kV輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)原則

1.1 安全性原則

安全性原則是確保輸電系統(tǒng)可靠運(yùn)行與人員安全的核心要求。在設(shè)計(jì)階段，須嚴(yán)格遵循相關(guān)的電氣安全標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定，輸電線(xiàn)路的路線(xiàn)選擇須避開(kāi)人口密集區(qū)及易受自然災(zāi)害影響的區(qū)域，減少對(duì)居民生活及環(huán)境的潛在威脅，桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須能承受極端天氣條件。

1.2 經(jīng)濟(jì)性原則

經(jīng)濟(jì)性原則要求110 kV 輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)要在確保安全、可靠及環(huán)保的前提下，通過(guò)成本效益分析來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。經(jīng)濟(jì)性原則涉及對(duì)材料成本、建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用及長(zhǎng)期運(yùn)行成本的全面評(píng)估。

1.3 可靠性原則

可靠性原則是確保電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，要求110 kV 輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)充分考慮各種潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，從而保障輸電系統(tǒng)的高效和穩(wěn)定運(yùn)行。

1.4 環(huán)境保護(hù)與協(xié)調(diào)性原則

環(huán)境保護(hù)與協(xié)調(diào)性原則涉及在110 kV 輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，要最大限度地減少對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響。具體來(lái)講：①線(xiàn)路的規(guī)劃和布局應(yīng)盡量避免對(duì)生物多樣性敏感區(qū)域、自然保護(hù)區(qū)及重要的水源地造成干擾。②應(yīng)采用環(huán)境友好型材料和建設(shè)方法，降低施工過(guò)程中的污染和資源消耗。③考慮線(xiàn)路對(duì)周?chē)坝^的影響，努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)設(shè)施與自然環(huán)境的和諧共存。例如，合理的桿塔設(shè)計(jì)不僅能提高輸電效率，還能降低對(duì)視覺(jué)環(huán)境的影響。④在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，還應(yīng)定期進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估，并采取必要措施減輕可能產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)。

2 110 kV輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)要素

2.1 導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)選型

在110 kV 輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)中，導(dǎo)線(xiàn)與地線(xiàn)的選型是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其選擇必須滿(mǎn)足特定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和性能要求。導(dǎo)線(xiàn)的主要功能是傳輸電力，而地線(xiàn)則用于保護(hù)系統(tǒng)免受雷擊和電磁干擾，同時(shí)確保運(yùn)行安全。在選型過(guò)程中，首要考慮因素包括導(dǎo)線(xiàn)的電阻、承受力、溫度特性及經(jīng)濟(jì)性。表1 為基于GB 50545—2010《110 kV～750 kV 架空輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）要求的導(dǎo)線(xiàn)與地線(xiàn)選型參數(shù)。

結(jié)合表1，在設(shè)計(jì)110 kV 輸電線(xiàn)路時(shí)，選擇鋁包鋼芯導(dǎo)線(xiàn)，不僅具備高強(qiáng)度，而且具備良好導(dǎo)電性。該導(dǎo)線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)截面積為240 mm2，以保證足夠的傳輸能力和經(jīng)濟(jì)性。其最大工作溫度設(shè)定為80℃，能夠承受夏季高溫和載流量大時(shí)的溫度升高。計(jì)算斷點(diǎn)強(qiáng)度為70 kN，確保在極端氣候條件下的穩(wěn)定性。

對(duì)于地線(xiàn)，鍍鋅鋼絲是較為理想的材料，因其具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性。地線(xiàn)的截面積通常較小，一般為35 mm2，以滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度和成本效益的要求。其最大工作溫度通常低于導(dǎo)線(xiàn)，設(shè)定在70℃。安全系數(shù)設(shè)置為3，確保在極端條件下的可靠性。

2.2 金具選型與接地設(shè)計(jì)

金具用于固定、連接導(dǎo)線(xiàn)，而接地設(shè)計(jì)則關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在選型和設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿(mǎn)足《規(guī)范》要求，考慮到強(qiáng)度、耐腐蝕性及電氣性能。表2 為金具選型與接地設(shè)計(jì)參數(shù)，用于指導(dǎo)110 kV 輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)。

結(jié)合《規(guī)范》要求，在金具的選擇上，主要考慮機(jī)械負(fù)荷能力和耐腐蝕性。懸垂金具和張緊金具是兩種常用的類(lèi)型，分別用于導(dǎo)線(xiàn)的懸掛和張緊。這些金具通常采用高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼制造，以滿(mǎn)足長(zhǎng)期耐腐蝕和機(jī)械負(fù)荷的要求。懸垂金具的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械負(fù)荷為40 kN，而張緊金具為100 kN，確保在各種氣候條件和負(fù)載下的穩(wěn)定性。

接地設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)在于確保低接地電阻和良好的耐腐蝕性。根據(jù)《規(guī)范》要求，接地電阻不應(yīng)超過(guò)10Ω。接地體通常采用鍍銅鋼或不銹鋼材料，并深埋至地下2.5 m，以保證良好的接地效果和耐久性；接地體的形狀可以是圓鋼或角鋼，根據(jù)土壤條件和工程需求選擇。

2.3 桿塔設(shè)計(jì)

桿塔設(shè)計(jì)涉及桿塔的類(lèi)型選擇、布局規(guī)劃及強(qiáng)度計(jì)算，以保證輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。桿塔類(lèi)型的選擇取決于線(xiàn)路布局、地形條件及電氣要求。表3為針對(duì)110 kV 輸電線(xiàn)路的桿塔設(shè)計(jì)參數(shù)。

在桿塔布局規(guī)劃時(shí)，考慮地形、避讓障礙物（如建筑物、自然保護(hù)區(qū)）及電磁場(chǎng)影響，以?xún)?yōu)化線(xiàn)路路徑并減少土地占用。對(duì)于桿塔強(qiáng)度計(jì)算，還需考慮風(fēng)荷載、冰荷載等自然因素對(duì)桿塔的影響，確定桿塔設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足的最小力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還需結(jié)合詳細(xì)的地質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行更精細(xì)的結(jié)構(gòu)分析和模擬，以確保設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。

3 110 kV輸電線(xiàn)路優(yōu)化路徑

3.1 線(xiàn)路路徑選擇

以某110 kV 輸電線(xiàn)路工程為例，該工程線(xiàn)路自西南向東北方向架設(shè)，全程位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾烏拉特前旗境內(nèi)，海拔為1 050～1 120 m。關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于避免與現(xiàn)有的至紅同110 kV 線(xiàn)路交叉。解決方案是從前鋒220 kV 變110 kV 側(cè)北起第6、第7 出線(xiàn)間隔出線(xiàn)，此部分原本屬于至紅同110 kV 線(xiàn)路。這一策略使得原1～10 號(hào)塔得以重新用于新線(xiàn)路，僅需對(duì)10 號(hào)塔按照轉(zhuǎn)角要求進(jìn)行重新安裝。工程的另一關(guān)鍵部分是對(duì)原有線(xiàn)路的調(diào)整。由于新線(xiàn)路占用了原至紅同110 kV 線(xiàn)路的部分走廊，因此需要新建至紅同110 kV 線(xiàn)路的1～10 號(hào)段。這一新建段將從10 號(hào)塔接入原有線(xiàn)路。同時(shí)，為了保障通信的連續(xù)性，新線(xiàn)路上安裝了2 根OPGW 光纜，分別與原至紅同110 kV線(xiàn)路和至大佘太110 kV 線(xiàn)路的光纖連接。

在現(xiàn)有前佘110 kV 線(xiàn)路與新線(xiàn)路的交接處，實(shí)施了精細(xì)的設(shè)計(jì)工作。新線(xiàn)路從10 號(hào)塔右轉(zhuǎn)平行于前佘110 kV 線(xiàn)路南側(cè)約30 m， 再經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)向，最終沿著原水佘35 kV 線(xiàn)路平行至擬建的公忽洞110 kV 變電站。在前佘110 kV 線(xiàn)路12 號(hào)塔附近新建了一個(gè)單回路轉(zhuǎn)角塔（90°），使得前佘線(xiàn)路可以T 接至新工程的10 號(hào)轉(zhuǎn)角塔北側(cè)線(xiàn)路上。

3.2 線(xiàn)路勘察

在本次110 kV 輸電線(xiàn)路工程的線(xiàn)路勘察中，需做好線(xiàn)路調(diào)查和分析工作，其中涵蓋了地理、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素及現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的評(píng)估。地理與地形勘察聚焦于內(nèi)蒙古巴彥淖爾烏拉特前旗的特定區(qū)域，海拔高度為1 050～1 120 m，這需要詳細(xì)記錄土壤類(lèi)型、坡度、地表覆蓋情況及潛在的地質(zhì)隱患，如滑坡和地震帶等，同時(shí)特別注意高海拔地區(qū)的氣候條件對(duì)材料和施工的影響。環(huán)境影響評(píng)估聚焦于生態(tài)環(huán)境，考慮植被覆蓋、野生動(dòng)植物棲息地及保護(hù)區(qū)的分布，同時(shí)對(duì)水源、濕地等敏感區(qū)域的潛在工程影響進(jìn)行評(píng)估。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素調(diào)研則涉及與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的接觸和利益相關(guān)方咨詢(xún)，特別是線(xiàn)路經(jīng)過(guò)或鄰近人口密集區(qū)域時(shí)的影響，此外，對(duì)當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施（如道路、建筑物）的分布進(jìn)行調(diào)查，以確定最合適的線(xiàn)路走向。在勘察現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，詳細(xì)記錄輸電線(xiàn)路與其他線(xiàn)路的交叉情況、距離及角度，確保新建線(xiàn)路的平行和交叉布局符合技術(shù)規(guī)范，同時(shí)最小化對(duì)現(xiàn)有線(xiàn)路的影響。

3.3 架空線(xiàn)間距優(yōu)化

在110 kV 輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)及優(yōu)化路徑探究中，架空線(xiàn)間距的優(yōu)化是保證安全運(yùn)行和提高效率的關(guān)鍵因素。以前鋒—公忽洞110 kV 輸電線(xiàn)路工程為例，該工程面臨的主要挑戰(zhàn)之一是在有限的空間內(nèi)安排多條輸電線(xiàn)路，同時(shí)確保安全間隔和減少電磁干擾。表4 為針對(duì)該工程的架空線(xiàn)間距優(yōu)化參數(shù)。

在此工程中，架空線(xiàn)間距的優(yōu)化重點(diǎn)在于確保足夠的安全間隔，減少線(xiàn)路之間的相互干擾。通過(guò)優(yōu)化，本工程不僅確保了安全運(yùn)行，也最大限度地減少了對(duì)環(huán)境和周邊設(shè)施的影響，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與環(huán)境保護(hù)的平衡。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究對(duì)110 kV 輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)及優(yōu)化路徑進(jìn)行了全面探究，提出了一系列切實(shí)可行的設(shè)計(jì)和優(yōu)化策略。通過(guò)案例分析，本研究展示了在復(fù)雜地理環(huán)境和技術(shù)條件下如何有效規(guī)劃輸電線(xiàn)路，強(qiáng)調(diào)了在設(shè)計(jì)中綜合考慮地形、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素及現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的重要性。此外，對(duì)于架空線(xiàn)間距的優(yōu)化，本研究不僅關(guān)注提升安全性和減少電磁干擾，還兼顧了環(huán)境保護(hù)和成本效益?？傮w而言，本研究對(duì)110 kV 輸電線(xiàn)路的設(shè)計(jì)及優(yōu)化路徑提供了深入的理論分析和實(shí)踐指導(dǎo)，對(duì)于提高輸電線(xiàn)路的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性具有重要指導(dǎo)意義，同時(shí)為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了寶貴的參考。

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