20kV四回同桿架空線路直線段的優化設計與應用

金 榮 裴東斗

淮陰供電公司，江蘇省淮安市 223300

20kV四回同桿架空線路直線段的優化設計與應用

金 榮 裴東斗

淮陰供電公司，江蘇省淮安市 223300

針對江蘇省大力推廣20kV配電線路，并考慮到在城市中架空線路的建設與城市的亮化、地方用地規劃的矛盾越來越突出，線路走廊投資也越來越高。本文結合以往10kV同桿四回的設計經驗，通過大量的參數計算，得出了20kV同桿四回直線段采用15M砼桿的可行性結論，并給出了桿型尺寸的參數設計，保證了20kV同桿四回直線段桿塔選型設計的安全性和經濟性，大大降低了20kV同桿四回架空線路的投資成本。

20kV；同桿四回；設計原則

1 城市20kV同桿四回設計的必要性

隨著我國電力負荷密度與用電量的極大增長，廣泛應用于中壓配電網的10kv電壓級已明顯暴露出在輸電距離、輸電功率、電能損失等方面的不足。與10kV相比，20kV以其送電能力提高一倍、供電半徑增大1.6倍、中壓電網損耗降低四分之三、提高中壓電網的供電質量、節約有色金屬等優勢，在城市的配網建設中已經逐漸被采用。但在城市中由于工業和人口相對集中，負荷密度很高，中壓線路的建設和地方用地規劃的矛盾越來越突出，線路走廊的投資也越來越高，往往制約著城市電網的規劃和建設。因此，發展20kV與10kV一樣，也同樣存在著建設用地少的問題。鑒于中壓線路走廊越來越有限和珍貴，城市對市容環境的高要求，為節約整體社會資源，充分利用線路走廊通道，降低供電線路走廊投資，有必要對提高單位線路走廊的供電能力進行深入研究。同塔（桿）多回路是提高單位線路走廊供電能力的一種有效手段，為此，本文針對20kV同塔（桿）四回中的直線段選用的砼桿進行了優化設計，節約了線路投資。

2 設計原則

2.1 氣象條件

20kV架空絕緣線路設計所采用的氣象條件， 應根據當地的氣象資料和附近已有線路的運行經驗確定。最大設計風速、設計冰厚及風荷載計算按相關規程確定。江蘇省大部分都是典型Π級氣象區，對氣象條件的取值如表1。

表1 采用的氣象條件

2.2 絕緣導線的選型及應力控制

20kV架空絕緣配電線路的設計應與發展規劃相協調，導線截面和載流量宜20年用電負荷發展規劃確定，架空絕緣線路所采用的導線應符合GB12527、GB14049的規定，本設計絕緣電纜的選擇不是傳統的黑色交聯聚乙烯絕緣架空電纜，而是新型銀灰色硅烷聚乙烯絕緣架空電纜。該絕緣架空電纜具有吸熱系數小，抗老化不易開裂，使用壽命長，載流量較傳統絕緣架空電纜提高15%等優點。

絕緣導線的安全系數不應小于3，本設計中K=5。

絕緣導線截面的確定原則：主干線為鋁芯185mm2～240mm2， 次干線為鋁芯95mm2～150mm2，分支線不小于70mm2。

絕緣導線的連接， 應符合下列要求：

1）不同金屬、不同規格、不同絞向的導線嚴禁在檔內連接。

2）在一個檔內， 每根導線不應超過一個承力接頭。

3）接頭距導線固定點， 不應小于500mm。

絕緣導線的弧垂應根據計算確定。導線初伸長宜通過減少弧垂法補償， 弧垂減少的百分數為鋁芯絕緣線20%。

在導線應力σ的確定方面， 除了最大使用應力滿足規程規定的設計安全系數外，還應考慮到以下兩點：

1）由于檔距小， 所以盡量降低導線最大使用應力， 以減輕基塔的外荷載， 特別是承力塔的外負荷， 同時， 也便于線路運輸、架設。

2）對導線的控制應力不宜過小， 一方面考慮到減少線路所需的走廊及高度， 另一方面又要考慮到如何加強多回路的絕緣水平。

2.3 絕緣子、金具及絕緣部件

20kV架空絕緣線路所使用的絕緣支架、絕緣拉棒應符合下列規定。

表面泄露距離不小于370mm， IV級污穢區可適當加大泄露距離。

交流耐壓42kV，1min 。

絕緣支架的安全系數不應小于5， 絕緣拉棒的破壞拉力不小于導線計算拉斷力的90%， 且絕緣支架及絕緣拉棒的破壞應力均應滿足最大短路電動力的要求。

20kV架空絕緣線路的絕緣子、金具及絕緣部件的使用應符合下列要求。

1）直線桿應采用懸掛線夾。

2）耐張桿絕緣導線采用絕緣拉棒及耐張線夾。

3）檔距中應采用絕緣支架。

4）金具的使用安全系數不應小于2.5。

2.4 20kV線路運行荷載計算

設計條件：

① 20kV導線型號JKLYJ—240、 K=5、四回直線、水平檔距80m、錐度1/75

② 最低氣溫-20°C、最高氣溫+40°C、最大風速：25m/s、覆冰5mm

計算：查表 JKLYJ—240型號導線最大拉斷力=34679N、風載=9.453N/m

單根導線

參數取值如下：βZ=1 μZ=1.14 VS=0.7 梢徑Φ270 高度15米

2.5 20kV絕緣導線線間距離

計算條件，以240鋁芯架空絕緣導線為例（絕緣層厚5.5mm，重量為1073kg/ km），考慮在15米/秒時，相間導線不同步擺動之間的間距，但考慮相與相之間允許零距離接觸。

f-弧垂、a-風偏角、u-額定電壓（20kV）、r-導線半徑（2r=0.022m）

得出初步結果如下：

在多回路上采用絕緣導線可以進一步緊縮線間距離，把線路走廊壓縮到最小。

2.6 20kV多回路同桿架設橫擔之間的垂直距離

橫擔之間的垂直距離，除了要考慮檔距、導線覆冰等因素外還應滿足桿上作業時的安全距離的要求，同桿架設10kV橫擔之間的垂直距離為0.8m～1.0m，運行經驗表明是安全的，因此建議20kV架空絕緣導線同桿架設橫擔最小垂直距離為0.8m。

2.7 20kV多回路同桿架設導線的排列方式

20kV架空絕緣線路同桿多回架設，導線的排列有三角排列、水平排列、垂直排列三種方式。本設計中20kV同桿四回均采用三角排列，分四層布置，上、下兩層間垂直間距1.2m，砼桿每邊各設兩回。線路平均檔距為80m， 耐張段長度不宜大于1km，減少了線路所占空間走廊和電桿數量。

2.8 20kV四回路同桿架設直線桿的選型與設計

20kV架空絕緣線路直線桿考慮采用環形鋼筋混凝土電桿， 耐張、轉角及終端桿采用鋼管塔等自立桿塔。桿塔橫擔可采用角鋼橫擔或錐形橫擔。本設計采用20SSZ-15直線砼桿，電桿的尺寸、基礎等設計圖紙如下：

圖1 20SSZ-15直線砼桿組裝圖

圖2 20SSZ-15直線砼桿基礎施工圖

圖3 20SSZ-15直線砼桿地腳螺栓組裝圖

說明：

① 地質力為110kP

② 材料中φ表示的鋼筋φ級鋼，Π表示的鋼筋為Π級鋼。

③ 圖中序號2表示的箍筋在主筋各500mm范圍內間距為100mm，剩余的間距為200mm。

④ 地腳螺栓予埋前要根據桿塔組裝圖，基礎圖和線路走向來定位。

⑤ 基礎混凝土標號為C20，混凝土標號為C10。

⑥ 回填土要夯實。

2.9 防雷及接地

絕緣導線線路桿塔宜接地， 鋼筋混凝土電桿鐵橫擔和鋼筋混凝土橫擔線路的地線支架、導線橫擔與絕緣子的固定部分，宜有可靠的電氣連接并與接地引下線相連。外敷的接地引下線可采用鍍鋅鋼絞線，截面不應小于25mm2，接地引出截面不應小于50mm2，接地電阻應不大于10Ω。

多雷區或根據運行經驗容易受雷擊的地區，可考慮采用架設避雷線，絕緣子加保護間隙。

絕緣導線線路如在500m的線路段內無防雷設施時， 宜采取裝防斷線用避雷器或防雷線夾等保護方式。

柱上斷路器設備應裝設防雷裝置， 經常開路運行而又帶電的柱上斷路器設備兩側均應裝設防雷裝置， 其接地電阻應不大于10 Ω。斷路器設備的外殼應接地， 接地電阻應不大于10Ω。

2.10 不同接地方式下的絕緣配合

工頻過電壓：

20kV系統

中性點經小電阻接地系統，1.3p.u.

經消弧線圈接地，p.u.

操作過電壓：

線路合閘和重合閘過電壓一般不超過3.0p.u.，66kV及以下系統發生單相間歇性電弧接地過電壓的高低隨接地方式不同而異。一般情況下最大電壓不超過下列數值：

中性點經小電阻接地系統，2.5p.u.

不接地系統，3.5p.u.

經消弧線圈接地，3.2 p.u.

電氣設備的絕緣水平選擇可以根據不同接地方式進行選擇。目前國內配電網以架空線為主，中性點主要運行方式為不接地或經消弧線圈接地。

2.11 關于跨步電壓和接觸電壓

在20kV配電網系統中，由于城區或道路上表面土壤電阻率及電桿接地極的施工條件較難滿足跨步電壓和接觸電壓的要求，在條件允許的地區，可通過對接地極采取部分措施，如地下敷設瀝青、引下線采用絕緣導線等，基本能滿足跨步電壓和接觸電壓的要求。

2.12 連接

線路斷聯或分支線的連接：同種材質導線的連接一般應采用壓接不同材質導線的連接應采用過渡壓接板壓接。電纜與架空線路的連接宜采用型線夾連接，不同材質的連接要加包銅鋁過渡線夾或采用膜銅鋁過渡線夾。

2.13 附屬設施

線路應有完備的桿號、警示、相序線、故障指示器、接地環及禁止標志。

3 總結

本論文主要對20kV四回同桿架空線路中的直線段進行了優化設計，闡述了20kV四回同桿架空線路中直線段的絕緣導線、絕緣子及金具的選型、導線的排列方式、防雷保護及絕緣配合等，通過計算確定了導線的線間距離、橫擔之間的垂直距離及線路的運行荷載，論證了20kV四回同桿架空線路中直線段采用15M砼桿的可行性，既保證了線路設計的安全性，又保證了經濟性，大大地降低了線路的投資成本，很大程度上緩解了城市線路走廊日益緊張和負荷日益攀升的矛盾，且具有很強的可操作性，為江蘇省電力公司推廣20kV配電系統作出了有益的嘗試。

[1]66kV及以下架空電力線路設計規范.（GB 50061-97）

[2]高壓送電線路設計手冊

[3]交流電氣裝置的接地.（DL 621-1997）

[4]交流電氣裝置的電壓保護和絕緣配合.（DL 620-1997）

[5]架空絕緣配電線路設計技術規程

[6]工程建設標準強制性條文電力工程部分按下表選擇確定：

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.020

金榮（1972-）.淮安市淮陰供電公司設計咨詢處，大學科本科，工程師，從事電力設計工作22余年；

裴東斗（1984-）.淮安市天能電力設備安裝有限公司，大學科本科。