山區(qū)110 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)劃分析

王楊陽，曾軍琴

（湖南經(jīng)研電力設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410001）

0 引 言

架空輸電線路是山區(qū)電網(wǎng)的重要組成部分，由于山區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)相對于城市較為落后，架空框架和線路損耗較為嚴(yán)重，因此急需加快山區(qū)110 kV架空輸電線路的設(shè)計規(guī)劃和優(yōu)化調(diào)整，從而促進山區(qū)電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展。

1 山區(qū)110 kV架空輸電線路的應(yīng)用現(xiàn)狀

高壓輸電線路中的110 kV線路在電網(wǎng)中起著關(guān)鍵作用，其建設(shè)數(shù)量較多，大多數(shù)與用戶直接相連，在經(jīng)濟建設(shè)快速增長的背景下，原有的設(shè)計規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無法滿足用電需求，在提高山區(qū)110 kV架空輸電線路電力傳輸量的同時，還需配合電網(wǎng)系統(tǒng)增加山區(qū)輸電線路的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。當(dāng)前輸電線路輸送容量較小，建設(shè)成本較高，而且山區(qū)的特點也決定了土地應(yīng)用和線路架設(shè)受到許多限制，利用架空線路設(shè)計能夠最大限度解決此類問題，幫助山區(qū)輸電網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)展。

2 山區(qū)110 kV架空輸電線路的設(shè)計規(guī)劃

2.1 設(shè)計的前期準(zhǔn)備

山區(qū)110 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)劃需要從施工準(zhǔn)備和設(shè)計方案入手，根據(jù)模擬的數(shù)據(jù)對導(dǎo)線類型、線路規(guī)劃、桿塔受力以及避雷情況進行分析。施工準(zhǔn)備方面，需要結(jié)合山區(qū)實際情況和電網(wǎng)建設(shè)需求對當(dāng)?shù)丨h(huán)境進行全面分析，得出適宜的規(guī)劃負(fù)荷要求以及導(dǎo)線型號，并且還要考慮到山區(qū)110 kV架空輸電線路實際運行后長時間或后續(xù)的負(fù)荷要求，避免因線路損耗或局部過熱等造成各類安全問題。

在初期設(shè)計過程中，山區(qū)110 kV架空輸電線路很容易受到氣候條件的影響，為保障施工建設(shè)的質(zhì)量，在輸電線路架設(shè)中，還需了解當(dāng)?shù)刈罡邷囟群妥畹蜏囟?，計算線路的最大弧垂以及線路距離線路的安全距離，避免架空線路落地或刮碰樹木引起線路故障。導(dǎo)線參數(shù)設(shè)計應(yīng)當(dāng)結(jié)合夏季與冬季的平均溫度計算，保障導(dǎo)線安全載荷，這在高原山區(qū)應(yīng)重點考慮。此外，山區(qū)110 kV架空輸電線路還會受到風(fēng)力和雷電的影響，導(dǎo)線距離及防雷設(shè)計也需收集數(shù)據(jù)，為后續(xù)導(dǎo)線選型、施工建設(shè)以及防雷設(shè)計提供參考。準(zhǔn)備階段需要明確山區(qū)110 kV架空輸電線路的計算方向和規(guī)劃方案，以此提高架空輸電線路的可靠性[1]。

2.2 導(dǎo)線選型

在山區(qū)110 kV架空輸電線路建設(shè)中，對周圍環(huán)境影響較大的是電磁環(huán)境和噪聲，架空輸電線路建設(shè)也需考慮對生態(tài)環(huán)境的影響。根據(jù)前期收集的一些數(shù)據(jù)可以對110 kV架空輸電線路產(chǎn)生的工頻電場進行預(yù)測，根據(jù)疊加原理計算出空間任意一點的電場強度。在預(yù)測點(x,y)的電場強度分量為Ex和Ey，可表示為：

式中，Xi和Yi為分別為導(dǎo)線i的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，M為導(dǎo)線數(shù)目，Li為導(dǎo)線i及其鏡像至計算點的距離。在工頻情況下電磁性能具有準(zhǔn)靜態(tài)特性，可應(yīng)用安培定律將計算結(jié)構(gòu)按矢量疊加得出導(dǎo)線周圍的磁場強度，以此判斷何種導(dǎo)線更適合山區(qū)110 kV架空輸電線路建設(shè)。

而噪音的計算可根據(jù)《110 kV～750 kV交流架空輸電線路可聽噪聲控制技術(shù)導(dǎo)則》進行計算，輸電線路可聽噪聲PA計算方法為：

單相導(dǎo)線產(chǎn)生的可聽噪音AN的計算方法為：

式中，E為導(dǎo)線表面最大電場強度的平均值，D為測點到被測點的距離，d為子導(dǎo)線直徑，n為導(dǎo)線分裂數(shù)，ANo為A計權(quán)聲級校正常數(shù)[2]。

本文選擇了兩種導(dǎo)線型號進行測定，如表1所示。

表1 導(dǎo)線相關(guān)參數(shù)

山區(qū)110 kV架空輸電線路多選用雙回路桿塔作為建設(shè)對象，設(shè)定地線與最下端導(dǎo)線間距為11.2 m，與中間導(dǎo)線間距為7.2 m，與最上端導(dǎo)線間距為3.0 m。模擬實際雙回路桿塔進行設(shè)計規(guī)劃，計算出兩種導(dǎo)線對周圍地面1.5 m高以上的電場強度，如圖1所示。

圖1 工頻電場強度模擬結(jié)果

從圖1可以得出2*JL/GLA-240/30導(dǎo)線強度最大值為0.96 kV·m-1，而LGJ-500/45最大工頻電場強度約為0.74 kV·m-1。在0～30 m范圍內(nèi)，2*JL/GLA-240/30模擬結(jié)果明顯高于LGJ-500/45，并且噪聲在山區(qū)110kV架空輸電線路影響程度較小，從而可以得出LGJ-500/45單根導(dǎo)線比2*JL/GLA-240/30分裂導(dǎo)線的效益更高[3]。

2.3 施工建設(shè)

在施工建設(shè)階段需要考慮到山區(qū)110 kV架空輸電線路的地理環(huán)境比較特殊，其線路故障因素更多，在施工建設(shè)時需按照設(shè)計圖紙和方案進行。明確勘測施工位置后，需結(jié)合地質(zhì)情況建設(shè)桿塔，避免出現(xiàn)倒塔現(xiàn)象。在進行線路桿塔設(shè)計時需根據(jù)輸電線配置情況，優(yōu)化調(diào)整輸電線路位置，檢驗運行安全情況，保證輸電線路之間的有效配合。此外，上文提及的導(dǎo)線選型模擬只是粗略分析，實際導(dǎo)線截面大小、分裂間距以及導(dǎo)線類別都需要根據(jù)供電區(qū)域載荷規(guī)劃和線路運行標(biāo)準(zhǔn)進行確定。為保證施工建設(shè)的合理性，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律進行預(yù)測，計算出線路的傳輸容量，為后續(xù)可能出現(xiàn)的擴建或調(diào)整保留空間，以便應(yīng)對山區(qū)110 kV架空輸電線路的規(guī)劃要求。

2.4 絕緣防雷

雷電對于山區(qū)110 kV架空輸電線路來說是一個不容忽視的問題，由于沒有城市中其他避雷設(shè)施的防護再加上山區(qū)本身的特點，都使得架空輸電線路更容易受到雷電的影響，因此必須要做好架空輸電線路的防雷保護，促進輸電線路的可靠供電。

雷電對輸電線路的影響主要是輸電線路受到雷擊之后出現(xiàn)的過電壓問題，雷電首先擊穿氣體介質(zhì)，作用在導(dǎo)線絕緣子上的電壓比它表面閃絡(luò)電壓高30%～50%，會產(chǎn)生一個電場造成空氣中的自由電子形成一個閉合電路，從而導(dǎo)致絕緣短路，損壞絕緣物質(zhì)，若線路表皮損壞還會直接影響內(nèi)部電纜，出現(xiàn)電纜被擊穿破壞的情況。我國對離地距離小于40 m的輸電線路不采取防雷擊措施，其計算公式為：

式中：a代表感應(yīng)過電壓系數(shù)，單位為kV·m-1；hd為導(dǎo)線懸掛的平均高度。

存在避雷線且雷擊位置距離輸電線路小于65 m時的感應(yīng)雷過電壓計算公式為：

式中：k表示導(dǎo)線和避雷線的耦合系數(shù)。在規(guī)劃設(shè)計中，通常情況下忽略110 kV輸電線路的工頻電壓對線路絕緣產(chǎn)生的影響。

通過計算和模擬數(shù)據(jù)可知，在接地電阻不變時，在110 kV輸電線路中增加絕緣子，可以減少線路跳閘次數(shù)。另外架設(shè)耦合地線也能夠起到對雷電流的分流作用，不過山區(qū)110 kV架空輸電線路在施工建設(shè)中可行性低，經(jīng)濟成本較高，非必要設(shè)計時應(yīng)避免首選。

避雷器的不斷發(fā)展給設(shè)計規(guī)劃帶來了更多的幫助，不過在實際設(shè)計中需要注意山區(qū)線路桿塔環(huán)境惡劣，一般要采用不需要和導(dǎo)線直接相連的外串聯(lián)間隙型避雷器，其在設(shè)備運行中不會受到工頻電壓的影響，即便避雷器出現(xiàn)故障問題，也不會影響線路的正常工作。另外，經(jīng)過山坡的線路中避雷器應(yīng)安裝在下山坡側(cè)桿塔邊相，而雙回線路塔適宜安裝在中相[4]。

目前很多山區(qū)110 kV架空輸電線路避雷線的保護角都大于10°，尤其在山坡桿塔保護角還會變大。在絕緣防雷設(shè)計中要適度減少容易遭受雷電攻擊的桿塔保護角，可以將避雷線掛點外延，對橫擔(dān)進行改造，但在實際施工建設(shè)中此方法較為復(fù)雜。此外，也可以將導(dǎo)線掛點向內(nèi)移動，只需要在實施過程中考慮電氣距離即可[5]。

3 結(jié) 論

山區(qū)110 kV架空輸電線路是電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在保障架空輸電線路建設(shè)質(zhì)量的同時，還需考慮整體電網(wǎng)的運行載荷、生態(tài)效益以及經(jīng)濟成本。通過前期準(zhǔn)備、導(dǎo)線選型、施工建設(shè)規(guī)劃以及絕緣防雷設(shè)計來保障110 kV架空輸電線路的供電質(zhì)量及安全性，結(jié)合山區(qū)實際情況科學(xué)合理地制定設(shè)計方案，才能促進山區(qū)110 kV架空輸電線路建設(shè)的有效落實。