架空输电线路设计

架空输电线路设计

摘要：在我国的电力系统中，220kV及110kV输电线路作为现阶段主要的供电网。其供电可靠性直接影响着电能输送的安全性和稳定性。文章主要阐述了架空线路各阶段设计中应注意的问题，并重点介绍了同塔多回架空输电线路设计的相关问题。

关键词：架空输电线路；同塔多回；线路设计

1、前言

高压电线路是电网的骨架,随着国民经济快速增长,各地电网建设迅猛发展,电力建设实现了跨越式发展,供电可靠性进一步提高,电网输送能力大大增强。同时，线路不断增多，走廊越来越紧张，线路通道在很多地区已经成为影响电网建设的主要因素,因此有必要对提高线路走廊的输电能力进行研究。

2、高压输电线路设计应该注意的问题

2.1 路径优化选择

输电线路路径选择是整个线路设计工作中的关键,方案的合理性对线路的经济、技术指标和施工、运行条件起着重要作用。在这个过程中,首先要了解当地的气象、水文、地质条件。根据当地地形特点,合理选择路径。在此基础上,对线路沿线地上、地下、在建、拟建的工程设施,尤其是采矿区的资料,进行充分的收集和调研。并应卫片选线技术,进行多方案路径比选。

路径应避开不良地质、水文及气象地段,提高工程抵御自然灾害和突发事故的能力和水平;避让了危及线路安全可靠运行的设施,减少了线路建设对地方规划及其它设施的负面影响;尤其是最大程度地避让了采矿区,提高线路的安全运行条件。在各方面条件允许的情况下,本次工程线路尽可能与已有及拟建电力线并行,减少交叉跨越,降低建设成本。

2.2导地线选型

在设计中,对电线的材质、结构等必须慎重选取。线路的输送容量、传输性能、环境影响问题对输电线路的技术经济指标都有很大的影响。要从导线的电气特性、机械特性、投资分析及施工等多个方面对各种导线截面进行技术经济比较,特别在导线选型造价分析中按全寿命周期费用最小为原则分析比较,而不是只考虑基建初投资,这样可以全面考核各导线方案的技术经济性,最后推荐出在技术和经济上最优的导线型号及截面。导线在线路建设投资中占的比例较大,110kV线路一般要占工程本体投资的12%左右,且它也影响到铁塔荷载的大小和铁塔高度、地线支架高度的选择,如果再考虑因导线方案变化而相应造成的杆塔工程量和基础工程量的变化,其对整个工程的造价影响极其巨大。合理选择导线截面是安全运行和降低建设投资的关键问题之一。因此,按全寿命周期费用最小为原则

选择导线结构,对降低输电线路投资具有重要的意义。

2.3 基础设计

杆塔基础作为输电线路结构的重要组成部分,它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。其施工工期约占整个工期一半时间,运输量约占整个工程的60%,费用约占整个工程的20%～35%。目前我国高压输电线路所采用的普通基础(不包括桩基础)均属于浅基础类型,分回填土和原状土两大类。分别按土重法和剪切法计算。输电线路杆塔基础在受力上与其它建筑物基础有所不同,主要是输电线路杆塔基础除了受下压力作用外,还要受大小基本相等的上拔力作用,同时还有水平力作用。而一般的建筑物结构的自重大,基础只受下压力,不出现上拔力。因此在输电线路基础设计时都要既能满足上拔力又能满足下压力的要求。既要利用土的地耐力承受压力,又要利用土的重力抵抗拔力。输电线路杆塔基础有一个显著的特点,基础在全路径内分散,沿线地形地貌、地质条件、地基力学性质差异性极大,交通运输条件也是千差万别。在输电线路基础设计时,要结合塔位地质情况、基础荷载特性、地基承载能力、基础施工方法等因素综合比较基础的技术经济性、环境保护和施工条件。

3、同塔多回架空输电线路设计的相关问题

同塔多回路是提高线路走廊输送能力的一种有效手段。它主要适用于线路通道紧张时不同送电方向或者不同电压等级局部采用同一通道的情况。同塔多回路由于采用同塔并架，一旦出现事故，对电力系统的影响非常严重,为了应对这种特殊的重要性，必须在工程设计的可靠性上重新考虑，适当提高设计标准。我国现行的设计标准经过多年的运用,积累了大量的运行经验, 同时也暴露了一些设计、施工和管理的薄弱环节,因此可针对这些运行经验, 在同塔多回路设计中有区别地提高或保持相应设计标准，使设计更合理、更科学。其设计原则：

(1)导地线和金具安全系数

导地线安全系数不仅影响线体的运行安全,而且关系到耐张杆塔的荷载大小。对于同塔多回线路。由于荷载巨大，所以导地线的安全系数选取应更为合理，做到既能满足线路的安全运行，又能有效控制工程投资。

(2)绝缘配置

线路的绝缘配合就是解决杆塔上和档距中各种可能的放电途径, 使线路能在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下安全可靠地运行。考虑到多回线路的重要性和停电检修的困难，尽量减少维护工作量,延长绝缘子清扫周期，同塔多回路的泄漏比距可考虑提高一级进行设计。现行规程规定的相对地间隙和相间间隙是在理论研究和真型试验的基础上, 结合多年的运行经验所修订，同塔多回路可参照执行。同塔多回路通常应用在通道紧张地区，悬垂串推荐采用V 型串布置。这样既可有效节约线路走廊。避免铁塔大风闪络现象，而且在相同绝缘子片数时V 型串工频耐污电压将比I 串提高20％以上。

(3)防雷特性

根据送电线路设计手册推荐，线路遭受雷击的次数为：N=rhT，h=hg-2f/3，式中,r为地面落雷密度；h为避雷线平均高度；T为年雷暴日数；hg为避雷线悬挂点高度，f为避雷线弧垂。公式表明，线路遭受雷击次数随着地线的平均高度增高而增多，例如500kV同塔四回路(导线双回垂直布置)导线的平均高度比双回路增加约30m，比单回路增加约50m，因而雷击次数为双回路的1.6～2.0倍，为单回路的3.1～3.5倍：其次是绕击，当地线保护角相同时，塔高增加20m，绕击率增大l倍；至于反击，同塔多回路塔高增加，铁塔的波阻和电感随之增大，雷击塔顶时，沿铁塔传播至接地装置所引起的反射波返回塔顶或上横担所需时间相对延长，电位升高值较大，因此反击引起的绝缘闪络跳闸率比单、双回路高。针对以上分析，提高同塔多回路的耐雷水平的主要方式有：

A、塔头布置时尽可能减少横担层数，降低塔高，减少雷击次数；

B、减小地线保护角，降低绕击率；

C、采取悬挂耦合地线、加装消雷器、降地接地电阻等综合防雷措施；

D、改变导线相序排列方式，避免同层横担出现同名相导线；

(4)铁塔和基础

同塔多回路由于铁塔的外部荷载及塔身风压与单回线路相比，将成倍增加，铁塔的自重、基础作用力均将大幅度增加。为保证可靠性要求，多回路铁塔和基础设计可参照大跨越工程的重要工程乘重要系数的做法，对多回路结构设计的安全系数适当加强。对500kV或220kV大截面导线的同塔多回路，为降低材料的体形系数和塔身风压，可考虑采用钢管桁架结构，对跨越塔等特殊型式也可采用高强度钢材。由于多回路塔的导地线很多，因此设计中可能很多结构材料受安装工况控制，在设计中如适当限制施工作业工序，采用合理的施工手段，甚至加大施工临时拉线的平衡张力，则可以有效降低塔重。同塔多回路的铁塔和基础设计还应该遵循安全可靠的原则。塔型选择时，尽量采用结构传递清晰、简单的型式，以防止计算误差；基础选择则应该选择同类地区运行经验丰富及可靠性高的型式，在地质条件差的地区应优先采用灌注桩基础。

（5）同塔多回路的电磁环境

同塔多回路由于通常深入到人口密集地区，线路附近的房屋、通信等设施众多，因此要着重研究多回路的电磁环境影响，其主要内容应包括：线路对通信线路的干扰和危险影响；对无线电、广播电视的干扰影响；可听噪声的影响；高压静电场的环境影响；接地装置的地电位升高影响。近年来由于光缆通信的发展，线路对通信线路的影响已经逐步降低，并且采用良导体地线或加装耦合线的措施，通常能使沿线的通信线路的危险影响水平满足要求。