某110KV 架空输电线路设计的研究

池英镑

（三明亿源电力勘察设计有限公司，福建 三明 365000）

为了应对日益增长的用电负荷，近几年新建的架空输电线路工程呈现出明显增长趋势。要想使110KV 架空输电线路在安装完毕后稳定运行，一方面要基于线路运行要求和沿线环境调查，科学设计方案；另一方面还必须进行严格的施工管控，保证输电线路的整体协调。在工程设计阶段，像地理环境、材料选型、绝缘配置、杆塔型式、地基处理等，都是需要关注的焦点。

1 工程概况

某110KV 架空输电线路全长3.7km，共分为两部分：其一是现有备用双回架空线路2.65km，导线为NRLH60GJ-240/30 型双分裂耐热钢芯铝合金绞线；其二是新架双回双侧挂线线路1.05km，导线为JL/G1A-300/40 型双分裂钢芯铝绞线。

2 沿线环境调查

2.1 路径规划

做好沿线环境调查、科学规划铺设线路是输电线路设计的重点内容。根据调查结果，全线平地占92%，其余为起伏丘陵。部分线路需穿过农田，总长度约为0.8km。另外，设计线路与既有的10KV 架空输电线路发生路径冲突，故需要对10KV 线路进行改造。

2.2 沿线气象条件

由于架空输电线路的安装属于高空作业，必须考虑气象因素的影响。在设计规划时，应结合本地气象部门提供的资料，以及输电线路周边的环境（如有无建筑物遮挡），计算出允许的最大风速。气象资料表明，该地区工程离地10m 高30 年一遇10min 平均最大风速为23.7m/s。对于有树木、建筑物遮挡的，设计基本风速为27m/s，对于无树木、建筑物遮挡的，设计基本风速为25m/s。另外，还要考虑一些极端恶劣天气对输电线路架设、运行产生的影响，例如高、低温天气，雷暴和覆冰等。全线设计气象条件如表1 所示。

表1 110KV 架空输电线路权限设计气象组合条件

3 导线及地线的型式选择

3.1 导线设计

在输电线路设计方案中，导线的选型是关键内容。必须要综合考虑多项因素，既要满足输电需要，还要保证稳定运行，以及在成本、环保等方面也要做到统筹兼顾。例如，要关注导线的机械性能，以保证输电线路在通过风口，或覆冰时，仍然能够保证线路安全。设计中重点考虑以下两项指标：（1）最高允许温度。受到电流热效应的影响，导线在输送电能过程中不可避免会出现发热现象。并且随着运行时间的增加、电流的加大，发热情况也会更加明显。钢芯铝绞线耐热温度达150℃，可作为导线选型的优选材料。（2）表面电场强度。电晕除了增加输电线路运行时的电能损耗，还会对线路中的电气设备造成损害，因此对导线表面电场强度也要予以限制。参考相关规范的要求，该值不得超过全面电晕电场强度的85%。除了上述两项指标外，还包括无线电干扰限值、工频磁场限值和机械特性等指标，具体要求如表2 所示。

表2 导线选型关键指标要求

3.2 地线设计

地线选型时，要考虑到出现单相短路故障情况后，短路电流带来的冲击影响，因此为了使短路容量留出裕度，本次工程中选择了OPGW 光缆。试验表明，对于110KV 输电线路，发生单相短路问题时，形成的短路电流通常为15-20KA。设计两条地线，按照每根地线均匀分担，故设计短路容量应在30-40KA。导线与地线的选型要求如表3 所示。

表3 导线与地线的选型要求

4 输电线路的绝缘配置

在设计绝缘配置时，应遵循“绝缘到位，留有裕度”的要求。全线爬电比距设计为50mm/KV。绝缘子的选型也是输电线路设计的关键点，为满足绝缘要求，本次工程中使用复合绝缘子，具体要求为：（1）导线悬垂串和跳线串均采用了FXBW-110/120 型合成绝缘子，结构1440mm 高度，最小公称爬电距离3520mm。核心成分为耐酸芯棒，具有防污染效果好、承受张力大、易于维护等特点。（2）地线处采用U70CN 型绝缘子，将地线与变压站接地网区分开来。同时，参考《电力系统污区分级与外绝缘选择标准》（Q/GDW152-2006）中对于各级污区绝缘水平的有关规定，采用的爬电比距如表4 所示。

表4 不同电压等级下爬距、统一爬电比距的要求

5 杆塔及基础型式设计

5.1 杆塔型式

结合输电线路沿线地形环境，以及导线、地线的设计，本次工程中所用杆塔主要分为两种形式：一种是普通的钢管杆，直径为2.2 米，材质为Q235B，具体又分成了1GGF3 和1GGF4 两种类型。钢管杆使用条件为海拔1000mm 以内，最大承受风速不超过30m/s；另一种是双回角钢塔，材质为Q345，使用条件为海拔1000m 以内，最大承受风速不超过35m/s。两种型式的杆塔具体指标如表5 所示。

表5 110KV 架空输电线路杆塔选型

5.2 基础型式

结合地质勘察资料可知本次工程全线以平地为主，其中表层地质70%为松砂石，30%为岩石，为基础设计和施工提供了有利条件。另外，沿线不经过水利工程、铁路线路，只跨过小面积农田。综合上述条件，在基础设计是选择用支柱板式基础，配合使用直线塔、转角塔压腿，基础部分采用HPB300 级热轧钢筋，并浇筑C30 混凝土成型。基础选型及设计内容如表6 所示。

表6 110KV 架空输电线路基础型式

6 防腐、防震等措施

考虑到110KV 架空输电线路长期处于野外露天环境，因此对金属构件的防腐要求较高。本次工程中所用的金属构件，如钢管杆、角钢塔，以及螺栓等，都必须经过热镀锌处理，以提高其防腐、防锈能力。对于导线、地线，在选型和设计时充分考虑最大使用应力，例如导线为95.09N/mm2，而地线为191.26N/mm2，保证输电线路具有较好的抗震、抗拉效果。在设计方案中还增加了预绞式防震锤，对于消除雨水、冰雪沉积，或者风力影响产生的不同频率的振动，能够进行有效吸收，从而降低滑线情况，延长了输电线路的使用寿命，对保证输电稳定也有积极效果。

7 节能与环保措施

7.1 线路节能措施

基于电力公司自身经济效益的考虑，在110kV 架空输电线路设计与安装过程中，在保证电力系统稳定运行、满足客户用电需求的前提下，必须要尽量选用节能措施降低投资和运维成本。本次工程中采取的节能措施包括：（1）优化线路架设方式，用同塔双回路架设线路，节约线路走廊，降低成本；（2）在满足区域供电需要的基础上，使用了钢芯铝绞线2×JL/G1A-300/40，其导电率是同等截面下铜芯的80%左右，但是成本仅为铜芯的1/2。长距离架设输电线路时，钢芯铝绞线节约的成本十分显著；（3）使用节能金具，如导线处的铝合金防晕线夹，导地线处的预绞式防震锤等，都起到了一定的节能效果。

7.2 线路环保措施

为最大程度上降低110kV 输电线路安装中对沿线环境造成的破坏，在设计环节还充分考虑了环保要求。具体如下：（1）输电线路的路径规划中，尽量避让既有建筑物。穿过树林时，采取高跨处理，避免砍伐树木，起到了保护环境的效果。在临近村落的位置设置显眼的警示牌，避免意外触电事故。（2）大量使用自立塔，减少对农田的侵占。对于因修建杆塔等线路基础设施造成植被破坏的，在施工结束后采用栽种草木等方式恢复植被。埋设杆塔时，基坑开挖产生弃土就近堆放，后期回填时重复利用，降低对环境的破坏。

8 结论

为满足日益增长的用电需求，需要新建、扩建输电线路。在110kV 架空输电线路工程中，前期的地质与气象调查以及工程方案设计十分重要。在提前掌握了沿线地质状况、气象条件的基础上，分别从导线、地线的选型，绝缘子的配置，以及杆塔和基础型式的选用上进行充分考虑，才能保证设计方案的可行性。