110kV及以下架空输电线路初步设计过程常见问题与解决方法.doc

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110kV及以下架空输电线路初步设计过程常见问题与解决方法

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摘要:

初步设计是工程设计的重要阶段,主要的设计原则都在初步设计中加以明确。

着重对不同的线路路径方案进行综合的技术经济比较,选择最佳设计方案,达成诸如线路路径协议、土地使用、林木砍伐等相关协议。

本文简要介绍110kV及以下架空输电线路初步设计的内容、深度要求及在设计过程中遇到的常见问题与解决方法。

关键词:

输电线路;初步设计;水泥杆;铁塔;导线;绝缘子

1初步设计

1.1线路路径选择

输电线路的路径选择是一项复杂的工作,社会的、经济的、环境的以及自然的因素等都对其有重要影响,是影响输电线路投资、施工和运行是否方便的关键。

因此,在整个设计过程中应给予高度的重视。

路径选择分为图上选线和现场选线两个阶段,图上选线应做好事前准备如搜集1/1万～1/5万地形图;了解电力系统规划;城市、工矿发展、水利、铁路、高等级公路等的规划;森林及经济作物分布;军事设施、导航台、电台、已有电力线路情况等。

根据所掌握的情况,尽量避开有影响的范围,让线路交通方便,路径最短,地形最好。

拟定若干个路径方案或局部小方案进行比较,一般保留两个方案作为初勘方案。

1.2导线、地线的确定

根据系统规划提供的负荷资料选定导线截面,其方法一般按经济电流密度来选择,用电压损失、电晕、机械强度及发热条件加以校验。

由于我国国民经济发展速度较快,加上个别行业缺乏长远规划,往往当线路一建成,很快就达到满负荷运行。

因此在选择经济电流密度时,须结合当地社会经济发展规划合理选择,有条件的情况下应适当增大最大负荷利用小时数,减少线路投运后,因导线截面选择不合理,造成的超负荷运行。

超负荷运行不仅损耗高,而且导线连接点容易发热,对运行安全造成隐患。

导线类型应根据使用环境及使用条件选择,一般情况选择普通钢芯铝绞线,对于重冰区线路可选择铝合金钢芯铝绞线,在旧线路改造为提高输送容量可考虑采用耐热铝合金钢芯铝绞线,同时要重视铝钢截面比的选择。

必要时,还应通过技术经济比较确定。

导线确定后根据规程要求选定地线截面并确定型号。

普通地线的选择应对其进行必要的热稳定校验,对于污秽地区宜采用锌铝合金度层钢绞线。

1.3气象条件的确定

在进行输配电线路设计时,首先要明确当地的气象条件。

气象条件应根据沿线的气象台、站的气象资料和附近线路的运行情况进行综合考虑。

输电线路设计主要考虑下列气象条件:

1.3.1最高温度:

用于计算导线的最大弧垂,保证线路对地面及建筑物的安全距离;

1.3.2最低温度:

做为确定导线最大应力的基本条件;

1.3.3最热月份的平均气温:

用于验算导线的安全载流量;

1.3.4最大风速:

用于确定导线、电杆、拉线等受力部件的外负荷,以及验算导线与所接近的建筑物的水平安全距离;

1.3.5年平均气温:

防震设计一般用年平均气温时导线的应力作为计算控制条件;

1.3.6导线覆冰:

用于计算导线、电杆等部件的机械强度;

1.3.7雷电日数:

用于防雷保护方面的设计考虑。

风速、覆冰厚度和大气温度的不同取值成为气象条件组合。

气象条件的组合既要反映自然的变化规律以及它们同时出现的可能性,又要考虑技术经济上的合理性;既反映客观实际的危险程度,保证线路的运行、施工、检修工作等的安全,又要考虑经济上的合理及计算上的方便。

在技术上要使线路在危险的情况下（大风、覆冰有风、低温、持续高温）能够正常运行,在断线情况下不倒杆,事故不扩大。

在内部过电压、最大风速时,导线对地不发生闪络事故,在最高温度或覆冰时保证导线对地有足够的安全距离,在施工过程中不发生人身、设备事故。

为使设计标准化,除有特殊气象因素外应尽量采用标准气象区,同时在调查中要注意微地形、微气象的影响。

1.4绝缘配合及防雷设计

1.4.1绝缘配合设计

绝缘配合设计一般从设备造价、维修费和事故造成的损失三方面进行考虑,选出经济、合理的绝缘水平。

架空输电线路的绝缘配合需要解决。

1.4.1.1杆塔上的绝缘配合设计:

按运行电压、操作过电压、雷过电压来确定绝缘子的类型、片数,以及在相应风速下导线对杆塔的空气间隙距离。

1.4.1.2档距中央导线与地线间绝缘配合设计:

按雷过电压确定档距中央导线与地线的空气间隙距离。

1.4.1.3档距中导线对地及各种被跨越物的绝缘配合设计:

按操作过电压级雷过电压的要求,确定导线对地及各种被跨越物的最小允许间隙距离。

1.4.1.4档距中央不同相导线间的绝缘配合设计:

按正常运行电压及导线震荡的情况,确定不同相导线间的最小距离。

以上四方面,在一般的线路设计中按设计规范中的相关要求进行计算即可。

1.4.2绝缘配合设计应注意的问题

1.4.2.1对风速的取值。

如正常工频点压:

按最大风速计算;操作过电压:

按最大风速的50%计算,但不低于15m/s;雷电过电压:

按10m/s计算（气候恶劣的地方也可以用15m/s）;校验带电作业间隙时的气象条件为:

气温15℃,风速10m/s。

1.4.2.2绝缘子片数的选择一般是指悬垂绝缘子串的片数,耐张绝缘子串的片数应比垂绝缘子串多一片。

1.4.2.3全高超过40米有地线的杆塔,高度每增加10米,应增加一片绝缘子,此时,雷电过电压的间隙也应相应增大。

1.4.2.4计算导线与导线间的最小距离（即线间距离）应注区分普通挡距、大档距、大跨越的不同,应分别选用相应公式计算。

一般普通挡距指1000m以下档距;大档距指1000-2000米不需要特殊考虑的档距;大跨越指跨越通航大河流、湖泊和海峡,档距在1000m以上或塔高在100m以上,导线和杆塔需要特殊考虑的档距。

1.4.3防雷设计

按送电线路的电压等级,通过地区雷电活动情况和已有线路运行经验来确定采用地线根数,确定地线的保护角。

架空送电线路最有效的防雷保护是采用接地的地线,并且地线的保护角越小,其遮蔽效果越好（一般应小于20°）,对于同塔多回路线路应尽可能的采用负保护角,条件允许应提高绝缘水平,即采用平衡高绝缘。

降低接地电阻是提高线路耐雷水平的有效手段,因此水泥电杆的地线、横担和绝缘子固定部分,应有可靠的连接和接地,设计时应加强对土壤电阻率的实测工作,合理设计杆塔接地装置,尽可能的降低接地电阻,这对减小线路雷击跳闸率,提高线路安全运行水平十分有意义。

对于35kV线路一般不沿全线架设地线,只在发电厂、变电所进出线架设1～2km地线（如线路很短宜全线架设地线）。

要正确认识《设计规范》规定的1～2km的进线段保护距离,这是指一般而言,不能死搬硬套。

一般雷暴日超过40天的多雷地区,进线段应达3km或更长一点,并且还要提高进线段杆塔的耐雷水平（降低接地电阻）,尽量减少雷击造成的闪络。

同时,也要重视无地线的杆塔接地。

无地线的水泥电杆、金属杆塔的接地电阻虽然一般不受限制,但在年均雷暴日超过40天的地区,接地电阻也不宜超过30Ω。

1.5杆塔和基础型式

1.5.1杆塔设计

在工程设计中,一般应尽量选用典型设计或经过施工、运行考验过的成熟杆塔型式。

对新型杆塔的设计,需要充分研究设计理由,一般经过科学试验后再选用。

杆塔型式的选择确定,要结合导线选型,线路通过地区的地质、气象情况以及运行单位的运行经验等来合理选择确定。

杆塔高度的确定要根据具体线路是否有林木跨越要求和经济指标等确定。

现代电力系统对安全要求越来越高,因此在杆塔的使用上应适当留有裕度。

1.5.2基础设计

基础型式的选择要按照全线地形、地质、水文等情况,以及基础受力条件,来确定基础型式。

钢筋混凝土杆和铁塔的基础按其受力型式划分,可分为:

上拔、下压类基础和倾覆类基础。

前者主要承受上拔力和下压力,如电杆的拉线盘、底盘,均属于这种基础;后者主要承受倾覆力矩,如卡盘,就属于这种基础。

铁塔基础一般采用现浇钢筋混凝土立柱式基础,特殊情况采用灌注桩基础。

1.6通信保护设计

电力线路与通信线交叉跨越时,其交叉角应符合“线路设计规程”规定,跨越Ⅰ级通信线路时,交叉角应不小于45°;跨越Ⅱ级通信线时,交叉角应不小于30°;跨越Ⅲ级通信线时不作规定。

1.7初步设计应提供图纸资料

初步设计应提供设计说明书、线路路径方案图、变电所进出线平面图、导线力学特性表、地线力学特性表、绝缘子串及金具组装一览图、接地装置图、杆塔形式一览图、基础形式一览图;设备材料估算表;岩土工程报告;水文气象报告（必要时）;概算书。

2110kV输电线路工程设计中遇到的问题及注意事项

2.1设计中应注意线路相位的对应,尤其是T接线路,一定要调查清楚原线路起止端的相位情况及线路中是否有相位改变的情况;另外是不同的用电系统相连接时一定要注意相位的变化,可能和电力系统的习惯不一致,如铁路牵引变。

2.2线路导线排列方式改变的地方,如水平变垂直排列,三角变垂直排列等,必须要校验线间距离是否满足绝缘配合的要求。

一旦发生电气距离不够的问题,解决起来将十分困难。

同时要注意防止35kV架空线变电站进出线档终端杆塔比变电站构架高出太多的情况,这往往会导致中导线对塔身电气距离不够。

2.3加强初步设计的野外踏勘工作,设计人员一定要亲临现场,对输电线路沿线地质、地貌、水文等情况详细勘测,即看即记,不能过后补记。

2.4当使用的耐张转角塔为船型横担,当转角度数大于50度时应校验边导线对横担的电气距离是否满足要求。

2.5“T”接的输电线路,需设计出该“T”接点采用的杆型,并应具体说明连接布置方法。

2.6当高差很大时,一般不要采用干字型耐张转角塔,容易发生杆塔跳线对塔身距离不够的问题,如确需采用须进行校验;耐张塔一定要提供挂板火曲度数;采用的塔型为杯型或猫型塔还需校验中导线对瓶口的电气距离。

2.7耐张塔前后侧挂有不同型号导线时,注意导线产生的张力差是否影响杆塔,特别是拉线耐张水泥杆应进行特殊处理。

2.8严格执行先勘察、后设计、再施工的原则,严禁违反基建程序,边勘察、边设计、边施工的“三边”工程。

3结束语

综上所述,对110kV及以下输电线路初步设计过程及设计中遇到的问题进行了简要分析介绍,内容包括:

线路路径选择、导线形式选择、地线型式选择、气象条件确定、绝缘配合及防雷设计、杆塔型式选择、杆塔基础设计、通信保护设计及初步设计应提供图纸资料,并就一些设计中容易发生的问题进行了介绍,供同行参考。

参考文献

[1]国家电力公司东北电力设计院《电力工程高压送电线路设计手册第二版》中国电力出版社2003年出版