110kV单避雷线通设主要技术原则送审稿.docx
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110kV单避雷线通设主要技术原则送审稿
江苏省110kV单避雷线输电线路通用设计
主要技术原则
（送审稿）
江苏省电力公司
“110kV单避雷线输电线路通用设计”工作组
2007-09
1.前言
在省公司“转变观念、技术创新”新思路的指引下，全省各地已有几条单避雷线输电线路建成和投运，并取得了初步的运行经验。
为推进110kV单避雷线输电线路标准化建设，根据苏电建[2007]1055号《关于全面推广110千伏架空输电线路工程架设单避雷线应用的通知》的要求，成立了由江苏省电力设计院和部分市供电公司设计院相关人员组成的110千伏单避雷线输电线路通用设计工作组（以下简称工作组）。
工作组在全省范围内进行了110kV输电线路的调研，并在此基础上本着“安全、适用、经济”的原则选择了单避雷线铁塔的设计条件，进行了塔型规划，导地线选型、间隙圆设计和塔头布置。
由于本次通用设计要求11月底完成，所以现阶段通设仅针对我省应用量最大的角钢塔进行，钢管杆通设根据下阶段的工作情况中适时开展。
2.导地线选型
2.1导线选型
根据全省各地区调研回函，导线型号统计如下：
表2.1-1全省导线型号统计表
地区
导线型号1
导线型号2
导线型号3
导线型号4
导线型号5
南京
1×240/30
1×300/25
1×400/35
苏州
1×240/30
1×300/25
2×300/25
1×400/35
无锡
1×240/30
2×240/30
1×300/25
1×400/35
江阴
1×240/30
2×240/30
1×300/25
2×300/25
常州
1×300/25
1×400/35
镇江
1×240/30
徐州
1×240/30
连云港
1×300/25
淮安
1×300/25
1×400/35
宿迁
盐城
1×240/30
2×300/25
南通
2×240/30
2×300/25
1×400/35
扬州
1×240/30
泰州
1×240/30
1×300/25
1×400/35
以上表格说明，目前110kV线路基本以1×LGJ-240/30、1×LGJ-300/25、1×LGJ-400/35为主。
根据江苏省电力公司苏电发展[2007]947号《关于按增容原则对未开工项目进行优化设计的紧急通知》精神：
110kV变电所按主变容量3×63MVA规模设计。
根据线路载流量要求，导线应以2×LGJ-300/25或以1×LGJ-400/35（按一回线路带两台主变考虑，另一台主变备用）为主。
各种导线载流量与经济电流、最大输送容量与经济输送容量如下表：
表2.1-2导线载流量与输送容量
型号
1×LGJ-240/30
1×LGJ-300/25
1×LGJ-400/35
导线载流量（A）
494
567
668
经济电流（A）
216
270
360
最大输送容量（MVA）
94.2
108.2
127.4
经济输送容量（MVA）
41.2
51.4
68.7
从上表数值可以看出，1×LGJ-300/25最大输送容量为108.2MVA，1×LGJ-400/35最大输送容量为127.4MVA，2×LGJ-300/25最大输送容量为216.4MVA，导线为2×LGJ-300/25的一回线路可以供3×63MVA的主变。
又因为1×LGJ-300/25和1×LGJ-240/30主要技术参数相差不大，1×LGJ-300/25塔型可以兼顾1×LGJ-240/30塔型，所以在1×LGJ-300/25与2×LGJ-300/25之间需选择一种导线型号来设计典设塔型。
根据全省导线型号统计表，导线使用2×LGJ-240/30比1×LGJ-400/35少得多，在今后设计中，如导线需要采用2×LGJ-240/30，则可以用2×LGJ-300/25塔型代替，以大代小现象不十分突出，因此选择1×LGJ-400/35来设计典设塔型较为合理。
目前我国导线标准采用1999年颁布的GB1179-1999《圆线同心绞架空导线》，该标准基本参照IEC相关的架空线路导线标准编制的，在导线设计、制造和校验方面基本与国际接轨。
对于110kV线路，根据江苏各地的设计覆冰均为5mm并结合江苏的习惯用法，当要求采用400mm²导线时，角钢塔推荐采用LGJ-400/35钢芯铝绞线；当要求采用300mm²导线时，角钢塔推荐采用LGJ-300/25钢芯铝绞线。
双分裂导线采用垂直布置，分裂间距取400mm。
各种导线的主要技术参数如下表：
表2.1-3导线技术参数
型号
LGJ-240/30
LGJ-300/25
LGJ-400/35
构造
铝
24×3.06
48×2.85
48×3.22
钢/铝包钢
7×2.40
7×2.22
7×2.5
截面积（mm²）
铝
244.29
306.21
390.88
钢/铝包钢
31.67
27.1
34.36
总
275.96
333.31
425.24
直径（mm）
21.6
23.76
26.82
单位质量（kg/km）
922
1058
1349
综合弹性系数（Mpa）
73000
65000
65000
线膨胀系数（1/℃）
0.
0.
0.
计算拉断力（N）
75620
83410
因此，本调研报告推荐采用1×LGJ-300/25（兼顾1×LGJ-240/30）、2×LGJ-300/25（兼顾2×LGJ-240/30）、1×LGJ-400/35三种导线规格。
本典型设计中确定导线截面基本能覆盖江苏各地区且留有裕度。
2.2地线选型
输电线路地线主要根据系统对地线是否有特殊要求来进行选择。
目前新建的110kV线路一般考虑安装OPGW光纤复合地线，随着电网容量增大，有的地区110kV系统单相接地短路电流达到或超过26.55kA，考虑杆塔分流10%，地线实际分流23.9kA。
根据以往设计经验，采用全铝包钢结构，外层单丝直径不小于3.0mm的情况下，需选用截面140mm²左右的OPGW光纤复合地线，故典设选用OPGW-140光纤复合地线（兼顾JLB40-120铝包钢绞线和JL/LB1A-95/55铝包钢芯铝绞线，参数见下表）。
短路容量留有一定裕度，在调研中大家认为截面选择是适宜的。
地线的主要技术参数如下表：
表2.2-1地线技术参数
型号
OPGW-140
JLB40-120
JL/LB1A-95/55
构造
铝
19/2.85
12/3.20
钢/铝包钢
1/3.2+5/3.1+12/3.1
7/3.20
钢管/铝
1/3.0
截面积
（mm²）
铝
75.15
56.30
钢/铝包钢
136.35
46.06
96.51
总
136.4
121.21
152.81
直径（mm）
15.6
14.25
16.0
单位质量（kg/km）
637.0
570.3
639.2
综合弹性系数（Mpa）
91000
线膨胀系数（1/℃）
0.
0.
0.
计算拉断力（N）
86545
74180
83480
0.25s短路电流（kA）
27.4
24.25
上表中，JLB40-120铝包钢绞线和JL/LB1A-95/55铝包钢芯铝绞线主要技术参数参照国网公司招标资料样本《国网最新技术规范》填写，OPGW-140光纤复合地线各个制造厂家的主要技术参数不尽相同，考虑到采用双避雷线时，OPGW-140光纤复合地线一般与JL/LB1A-95/55铝包钢芯铝绞线配合使用，具有相近的力学特性，因此采用JL/LB1A-95/55铝包钢芯铝绞线计算单地线的荷载。
套用本典设时，请根据OPGW的实际参数校核地线荷载，如超过设计条件，可适当减小地线最大使用张力和平均运行张力。
JLB40-120铝包钢绞线与JL/LB1A-95/55铝包钢芯铝绞线相比弧垂特性接近，但有风荷载小和短路电流容量大的优点。
如系统未要求地线采用OPGW光纤复合地线，则可采用JLB40-120铝包钢绞线，能够满足单相接地短路热稳定要求。
因此，本调研报告推荐采用OPGW-140或JLB40-120地线。
3.气象条件选择
《110～500kV架空送电线路设计技术规程》第6条规定，110kV线路的气象条件“重现期”为15年，最大设计风速应取当地气象台、站距地面15m高10分钟时距平均年最大风速。
早在1985年，江苏省电力设计院与华东电力设计院一起对江苏省各地区的气象条件进行了调研，根据调研结果将江苏省气象区划分为四个区，详见图3-1。
图3-1江苏省气象区划分图
我省沿海地区与内地风速差别较大，苏南和苏北的最低气温略有差异，本次通用设计的主要设计气象条件调研结果见表3-1。
表3-1全省气象条件调研结果
气象条件
气温
（℃）
风速
（m/s）
覆冰厚度
（mm）
使用地区
最高气温
40
0
0
全省
最低气温
-15
0
0
常州、南通、苏州、无锡、扬州、镇江、江阴
-20
0
0
南京、淮安、连云港、泰州、盐城、徐州
安装情况
0
10
0
苏南
-5
10
0
苏北
外过电压
15
10
0
全省
内过电压
15
15
0
全省
最大风速
-5
25
0
南京
-5
26
0
徐州
-5
28
0
连云港
0
25
0
淮安、扬州
0
30
0
盐城
10
25
0
常州、无锡、江阴
10
30
0
南通
15
30
0
苏州
覆冰
-5
10
5
全省
平均气温
15
0
0
全省
年平均雷电日
40
全省
以上调研结果与图3-1基本相同，仅个别地区最大设计风速有差别，如徐州最大风速选取26m/s，盐城、南通和苏州最大风速为30m/s。
根据省电力设计院近几年对省内气象台、站的收资，徐州地区10分钟时距平均年最大风速没有超过25m/s风速的记录，盐城、南通和苏州的最大风速也没有超过28m/s，但连云港的局部地区有超过40m/s的大风。
据了解盐城、南通和苏州最大风速取30m/s，也主要是受国网典设气象区没有28m/s的影响。
要使典型设计的气象条件满足全省所有地区，将使得典型设计十分复杂。
但从各种气象条件参数来看，对铁塔设计影响最大的是最大设计风速和最大设计冰厚，即便如此，要把所有的最大设计风速和最大设计冰厚的组合都考虑到，通用设计的工作量将十分巨大。
在实际工程中，一般都采取合理归并的方法。
表3-2国网110kV线路典型设计气象条件
冰风组合条件
Ⅰ
Ⅱ
大
气
温
度
（℃）
最高
+40
最低
-20
-30
覆冰
-5
最大风
-5
-5
安装
-10
-10
雷电过电压
15
15
操作过电压、年平均气温
5
5
风
速
（m/s）
最大风
25
30
覆冰
10
10
安装
10
10
雷电过电压
10
10
操作过电压
15
15
覆冰厚度（mm）
5
10
冰的密度（g/cm3）
0.9
通过分析，本次110kV单避雷线输电线路铁塔通用设计的气象参数选取时，根据最大设计风速的不同我们考虑了两个方案：
方案一，最大设计风速取25m/s和30m/s两种。
优点是与国网典设气象条件无缝衔接，风速多、经济性好。
缺点是工作量大，因为我们已经选定了3种导线截面，每种导线的铁塔都规划了7个，如果取2种风速则需要设计塔型3×7×2＝42个，要在11月底完成施工图设计靠现有的人力无法实现，如果先设计30m/s风速的铁塔，在全省推广又会在一定时期造成浪费；
方案二，最大设计风速取28m/s。
优点是既能保证安全工作量又比较小，根据以往经验，省内虽然有25m/s的风速区，但110kV线路一直使用设计风速为30m/s的定型塔，220kV线路也全部用28m/s风速设计，仅仅在导线力学计算和基础设计上采用25m/s的风速，25m/s风速区贸然采用按照25m/s风速设计的铁塔，存在一定技术风险。
缺点是气象区自成系统，不能与国网典设的气象区很好的衔接。
我们推荐使用方案二，理由是110kV单避雷线通用设计是本省使用，气象条件与国网衔接意义不大，考虑人力和时间因素，设计28m/s一种风速的铁塔可以兼顾安全和经济两个方面。
个别地区需要采用更高的设计风速可以采用降档距的方法。
通过对省内各地区的气象要素进行归并和优化，本次通用设计的主要设计气象条件推荐结果如下。
表3-3110kV单避雷线线路通设气象条件
气象条件
气温
（℃）
风速
（m/s）
覆冰厚度
（mm）
适用地区
最高气温
40
0
0
全省
最低气温
-20
0
0
安装情况
-5
10
0
外过电压
15
10
0
内过电压
15
15
0
最大风速
0
28
0
覆冰
-5
10
0
平均气温
15
0
0
年平均雷电日
40
4.绝缘配合
4.1导线悬垂绝缘子
根据调研结果统计，除无锡（不含江阴）的导线悬垂绝缘子采用瓷绝缘子外，其它地区均为合成绝缘子。
破坏强度以100kN级为主，少数地区（南京和徐州）的1×240导线悬垂串采用了破坏强度70kN级的合成绝缘子。
按2×300导线最大使用荷载条件下合成绝缘子安全系数3.0计算，100kN级合成绝缘子最大垂直档距可以用到1000m以上，因此在绝缘配合中，导线悬垂绝缘子一律按100kN级考虑，这对塔头间隙基本无影响。
绝缘子结构高度主要有1240mm、1290mm、1440mm三种，对应的最小电弧距离分别为1000mm、1050mm、1200mm，爬电距离均在3150mm以上，可以满足2.8cm/kV及以下污区的防污要求。
其中1440mm结构高度的绝缘子爬距可以达到3300mm，完全能满足3.0cm/kV的防污要求。
对于个别高塔全高可能超过50m，最小电弧距离按规程要求需达到1314mm，但考虑到高塔的kV值较大，摇摆角较小，且110kV直线塔塔头间隙由带电作业间隙（1500mm）控制，因此本次典设中直线塔塔头间隙计算中悬垂绝缘子结构高度统一按1440mm考虑已足够，对应的最小电弧距离为1200mm。
如工程中用到超过这一高度的合成绝缘子，需按实际条件验算，大多数也能满足塔头间隙要求。
根据以上调研情况，本次典设导线悬垂串统一按100kN级合成绝缘子考虑，结构高度1440mm，最小电弧距离1200mm，下端需安装均压环。
4.2跳线悬垂绝缘子
由于110kV耐张塔的全高一般在40m以内，根据规程要求，跳线悬垂串绝缘距离能达到1022mm，即结构高度1240mm即可，较导线悬垂串略短，但根据多数地区的设计习惯，对这一点一般不加区分。
同时由于跳线串用量较少，设备招标时为减少绝缘子种类，便于统一采购，也往往与导线悬垂串统一规格。
因此本次典设按照与导线悬垂串相同的合成绝缘子考虑，并加挂重锤片，这样可以适当加强耐张塔塔头间隙，对防雷和防风偏也是有利的。
4.3导线耐张绝缘子
由于各地区习惯不同，导线耐张绝缘子使用情况较为混乱，江阴、南通、常州采用合成绝缘子，其他地区均采用瓷绝缘子。
绝缘子吨位有70kN、100kN、160kN等，单双联均有应用。
根据推荐的导线力学特性以及规程中安全系数（最大荷载2.7、断联1.5，常年4.5）的要求，对于单根300和单根400截面导线，单联100kN或双联70kN瓷绝缘子均可以满足要求，而对于2×300导线，则需要双联100kN瓷绝缘子才能满足要求。
为保证通用性，本次典设耐张串均按双联考虑，配置如下：
1×300和1×400单分裂导线均采用双联9片70kN瓷绝缘子（高度146mm，盘径255mm，爬距400mm），2×300双分裂导线采用双联9片100kN瓷绝缘子（高度146mm，盘径255mm，爬距400mm）。
对于60°以上的大转角，其转角外侧耐张串需酌情加片。
以上配置能够满足各种过电压、带电作业以及防污（3.0cm/kV）的要求。
4.4空气间隙和绝缘配置
依照《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》DL/T5092-1999和《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997进行绝缘设计，使线路能在工频电压、操作过电压和雷电过电压等各种情况下安全可靠地工作。
本次典设空气间隙大部分按规程取值，为提高单地线铁塔防雷性
能，雷电过电压间隙按1200mm取值，可以满足全高53m以下的铁塔防雷要求。
带电作业考虑500mm的人体活动范围。
详见下表：
工况
工频
操作
雷电
带电作业
空气间隙（mm）
250
700
1200
1000+500
裕度（mm）
150
150
150
150
通过上一节中对调研内容的统计和分析，我们已确定了本次典设污区按满足3.0cm/kV配置，所用绝缘子的形式列表如下：
用途
绝缘子形式
绝缘子主要参数
破坏强度
（kN）
片（支）数
联数
绝缘距离（mm）
整串爬距（mm）
导线悬垂和跳线悬垂
合成绝缘子
结构高度1440mm，绝缘距离1200mm，爬距3300mm
100
1
1
1200
3300
单分裂导线耐张
防污瓷绝缘子
结构高度146mm，盘径255mm，爬距400mm
70
9
2
1314
3600
双分裂导线耐张
100
9
2
1314
3600
所选绝缘子及串型均能兼顾调研所得绝大多数地区的设计习惯，并留有合理裕度。
若在具体工程的设计中，线路经过地区污秽程度低于或高于上述条件时，可以通过采用不同的绝缘子型式来满足要求。
4.5单地线防雷性能
江苏省电力设计院与武高所合作，针对单地线的防雷性能开展了专题研究，2007年4月14日，江苏省电力设计院在南京组织专家对研究内容进行了评审，评审意见认为单地线塔雷击跳闸率比双地线塔显著上升，综合考虑防雷特性与铁塔经济性，单地线塔地线对边导线的保护角控制在30度以内。
有关单避雷线线路的其它技术要求按现行有关规程、规定执行。
这一结论是本次典设中地线支架设计的基本依据，据此推算，推荐本次典设直线塔地线支架高度统一取4.0m，转角塔地线支架高度统一取5.5m，可以在防雷性能和经济性之间取得较好的平衡，相关内容详见专题报告《单避雷线线路的防雷性能研究》。
5.地形选择
江苏省地形南北狭长，以平地为主，仅在少数地区的局部区域有低山丘陵地形。
由于110kV线路铁塔根开较小，在低山丘陵地形使用地面高差小，可以不使用高低，按照平腿进行设计，所以本次110kV单避雷线输电线路铁塔通用设计与国网典设一致，不考虑高低腿情况。
6.杆塔规划
在送电线路的本体工程造价中，杆塔工程造价占较大比重，而杆塔造价的高低主要由杆塔的使用条件决定，因此，杆塔规划是送电线路设计的一项重要研究内容，杆塔规划是否合理、经济，对通用设计的经济性影响甚大。
送电线路杆塔规划的内容之一是规划杆塔的水平档距和垂直档距。
按不同的水平档距和垂直档距设计的塔型越多则线路造价越经济，而事实上我们不可能设计出众多的塔型来适应所有地形的要求，有限的几种塔型在实际使用中就会出现一些杆塔的实际使用条件小于设计条件，实际条件与设计条件的比值我们称之为杆塔的利用系数。
杆塔规划就是应用概率论及数理统计、微积分等理论优选出一组水平档距和垂直档距出来，以使得其在具体工程使用中杆塔的利用系数尽量接近1.0，以取得较好的经济效益。
为了使塔型规划合理经济，本次通设对全省各地区的杆塔使用情况进行了调研，调研结果比较如下：
表6-1Ⅰ型直线塔调研结果
地区
塔型
呼高范围（m）
转角范围（度）
水平档距（m）
垂直档距（m）
代表档距（m）
淮安
直线塔1
18
300～450
常州
直线塔1
18～33
300
400
300
连云港
直线塔1
21～36
400
600
南京
直线塔1
18～27
300
450
300
扬州
直线塔1
21
200
240
南通
直线塔1
18～27
350
450
300
苏州
直线塔1
18～39
400
600
350
无锡
直线塔1
21～36
3
200
250
江阴
直线塔1
12～36
350
550
镇江
直线塔1
21
徐州
直线塔1
15～24
350
450
300
盐城
直线塔1
12～33
350
600
泰州
直线塔1
15～39
表6-2Ⅱ型直线塔调研结果
地区
塔型
呼高范围（m）
转角范围（度）
水平档距（m）
垂直档距（m）
代表档距（m）
淮安
直线塔2
24
300～450
常州
直线塔2
连云港
直线塔2
30～42
600
600
400
南京
直线塔2
24～36
450
600
450
扬州
直线塔2
南通
直线塔2
24～36
450
600
300
苏州
直线塔2
无锡
直线塔2
21～36
5
200
250
江阴
直线塔2
镇江
直线塔2
24
徐州
直线塔2
24～39
450
600
300
盐城
直线塔2
12～33
500
800
泰州
直线塔2
15～39
表6-3Ⅰ型转角塔调研结果
地区
塔型
呼高范围（m）
转角范围（度）
水平档距（m）
垂直档距（m）
代表档距（m）
淮安
转角塔1
15
0～30
300～450
常州
转角塔1
15～24
0～30
300
400
300
连云港
转角塔1
9～18
0～30
350
500
255
南京
转角塔1
18～27
0～30
400
500
400
扬州
转角塔1
18
0～30
200
240
南通
转角塔1
18～24
0～20
400
150～550
200～400
苏州
转角塔1
18～30
0～30
350
400
350
无锡
转角塔1
15～27
0～30
200
250
江阴
转角塔1
9～27
15～30
300
500
255
镇江
转角塔1
18
30
260
徐州
转角塔1
15～24
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