淺談高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

摘 要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，建設(shè)智能電網(wǎng)提出建立以特高壓工程為網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)同步發(fā)展的戰(zhàn)略，高壓架空輸電線路日益增多，本文結(jié)合筆者自身經(jīng)驗(yàn)，從高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)需求、高壓架空輸電線路對(duì)城市的影響等分析入手，從環(huán)境影響限值優(yōu)化、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化和智能化優(yōu)化等三方面，淺談了高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：高壓；架空輸電線路；優(yōu)化

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)電能的需求不斷提升，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、電壓等級(jí)逐漸提高、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，對(duì)高壓架空線路的設(shè)計(jì)質(zhì)量要求也越來(lái)越高。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市空間日益擁擠，為了靠近負(fù)荷中心，高壓變電站靠近市區(qū)，由此帶來(lái)了關(guān)于輸電線路的生態(tài)環(huán)境影響、智能化設(shè)計(jì)、在線監(jiān)測(cè)等方面的新問(wèn)題，本文結(jié)合筆者自身工作實(shí)踐，淺談高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

1 高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)需求

架空線路與電纜線路是目前常用的兩種送電線路，目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用架空線路作為輸送電能的最主要方式。其中，架空線路一般使用無(wú)絕緣的裸導(dǎo)線，通過(guò)絕緣子將導(dǎo)線懸架在輸電線路桿塔上，來(lái)進(jìn)行送電。所以，架空輸電線路可以認(rèn)為是由輸電線路桿塔、輸電線路導(dǎo)地線和絕緣子金具串共同構(gòu)成。

1.1 輸電線路桿塔

高壓架空輸電線路桿塔多為鋼筋混凝土桿塔或鐵塔，是架空輸電線路的主要支撐結(jié)構(gòu)，高壓架空輸電線路桿塔根據(jù)需求不同又分為直線塔、轉(zhuǎn)角塔、終端塔、換位塔、分支塔、輕重冰區(qū)分界塔、大跨越塔、特高壓酒杯塔、分體塔、雙柱塔等。

架空輸電線路桿塔的設(shè)計(jì)包括基礎(chǔ)上拔穩(wěn)定計(jì)算、基礎(chǔ)下壓和地基計(jì)算、構(gòu)件和基礎(chǔ)底板承載力計(jì)算等，這對(duì)于高壓輸電線路桿塔來(lái)說(shuō)尤為重要。

1.2 輸電線路導(dǎo)線

架空線路的導(dǎo)線一般由導(dǎo)電性能良好的金屬制成，為保持合適的通流密度，導(dǎo)線應(yīng)該根據(jù)工程輸送容量的需要來(lái)選擇截面，為降低電暈放電的可能，導(dǎo)線應(yīng)具有較大的曲率半徑。

高壓架空輸電線路多采用分裂導(dǎo)線來(lái)提高輸送容量，為防止架空輸電線路的感應(yīng)過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓帶來(lái)的傷害，多在輸電線路導(dǎo)線的上方采用避雷線，對(duì)于重要的輸電線路，通常設(shè)置兩根防雷線且增大地線架保護(hù)角。在設(shè)計(jì)架空輸電線路時(shí)，應(yīng)考慮到線路沿線的氣候環(huán)境、自然條件（雷閃、雨淋、結(jié)冰、洪水、濕霧）等的影響。此外，架空輸電線路的路徑還應(yīng)具備充裕的地面寬度和凈空走廊。

1.3 輸電線路絕緣子

作為高壓架空線路的重要構(gòu)件之一，絕緣子主要作用是在一定的荷載和過(guò)電壓條件下，支撐導(dǎo)線，并使得導(dǎo)線的帶電部分與大地絕緣。高壓架空線路因其電壓水平高，對(duì)絕緣的要求相應(yīng)提高。絕緣子的性能主要取決于絕緣材料的質(zhì)量，目前在高壓架空線路上常用的絕緣子有：懸式盤型絕緣子、玻璃絕緣子、有機(jī)復(fù)合材料絕緣子等。在高壓架空線路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)注意絕緣子的機(jī)械荷載、電氣強(qiáng)度、抗腐蝕、抗劣化的性能滿足要求。

2 高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)優(yōu)化

高壓架空線路的電壓高、占地面積較廣，周圍存在較強(qiáng)的電暈現(xiàn)象和電場(chǎng)效應(yīng)，以及工頻電磁場(chǎng)引起的高頻信號(hào)。尤其是近年來(lái)，隨著我國(guó)城市空間的日益擁擠，用地走廊的壓縮，一些大城市的高壓變電站逐漸靠近市區(qū)，這對(duì)高壓架空線路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

2.1 高壓架空輸電線路對(duì)城市的影響

高壓架空線路在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的因素很多，下文僅從高壓架空輸電線路對(duì)城市的影響方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化分析。

2.1.1 可聽噪聲

高壓輸電線路由于電暈放電，會(huì)產(chǎn)生較寬頻帶的“嗡嗡”聲，影響身心健康，特高壓輸電線路產(chǎn)生的寬頻帶噪聲、無(wú)規(guī)則噪聲、100Hz整數(shù)倍的純音，對(duì)人居的舒適度造成極大影響，噪聲因素成為高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的內(nèi)容。

2.1.2 跨步電壓

跨步電壓是指，在高壓接地網(wǎng)中流過(guò)的大量交流和直流電流，在電流的入地點(diǎn)周圍電位分布區(qū)行走的行人，其兩腳之間的電位差。行人的兩腳之間以0.8米計(jì)，當(dāng)跨步電壓超過(guò)一定值，達(dá)到40-50V時(shí)，會(huì)使行人遭受電擊危險(xiǎn)。尤其是跨步電壓可能使人摔倒，加大人體的接觸電壓，增加危險(xiǎn)性。

2.1.3 電磁污染

高壓架空輸電線路的電磁場(chǎng)強(qiáng)度大于某一限值后，會(huì)對(duì)周圍的廣播、電視信號(hào)帶來(lái)干擾，產(chǎn)生電磁輻射。

2.2 高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的優(yōu)化

2.2.1 城市地區(qū)高壓架空線路的環(huán)境影響限值優(yōu)化

目前，對(duì)于超高壓輸電線路設(shè)計(jì)，在工頻電磁場(chǎng)的強(qiáng)度限值方面，還沒(méi)有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合我國(guó)環(huán)保總局制定的環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T24-1998（《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》，同樣適應(yīng)于110kV、220kV、330kV線路的電磁輻射和環(huán)境影響的評(píng)價(jià)）、輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)定、其它國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，我國(guó)目前以4kV/m為居民區(qū)的工頻電場(chǎng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以工頻磁場(chǎng)0.1mT（約為80A/m）為工頻磁場(chǎng)的限值。而對(duì)于噪聲和電磁污染，對(duì)于架空線路的距離邊導(dǎo)線投20m距離處，以晴天的測(cè)試頻率為0.5Hz為準(zhǔn)，無(wú)線電干擾值為53dB（uV/m），線路噪聲限值55dB（A）。2007年，世界衛(wèi)生組織WHO發(fā)布《極低頻場(chǎng)環(huán)境健康準(zhǔn)則（EHC，No.238）》，將我國(guó)目前采用的標(biāo)準(zhǔn)與WHO推薦的國(guó)際導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，在噪聲、電磁污染方面還是存在一定距離，有改進(jìn)和優(yōu)化空間。

2.2.2 城市地區(qū)高壓架空線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

當(dāng)新建的高壓架空輸電線路導(dǎo)線的最低點(diǎn)大于12m時(shí)，如果導(dǎo)線是按照逆相序來(lái)排列的，則：地面1.5m處的工頻電場(chǎng)<2.5kV/m，工頻磁場(chǎng)<0.05mT，離邊相導(dǎo)線的投影20m處的0.5MHz的無(wú)線電干擾值<43dB，均低于國(guó)家規(guī)定的限值；2.5kV/m，低于國(guó)家規(guī)定的限值，結(jié)合實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在城市地區(qū)的高壓架空線路下，工頻電磁場(chǎng)基本不超標(biāo)，當(dāng)架空線下存在房屋時(shí)，最有可能存在電磁場(chǎng)超標(biāo)，對(duì)于城市居民居住的房頂和陽(yáng)臺(tái)，可能存在畸變電磁場(chǎng)，超過(guò)國(guó)家規(guī)定的限值（工頻電場(chǎng)4kV/m，工頻磁場(chǎng)0.1mT）。基于上述結(jié)果，城市地區(qū)高壓架空線路的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)化措施，改善高壓架空輸電線路下的建筑物畸變的電磁場(chǎng)，可以采取：提高桿塔高度、給桿塔增設(shè)屏蔽線、給建筑物增設(shè)接地線等方法。

2.2.3 城市地區(qū)高壓架空線路走廊的設(shè)計(jì)優(yōu)化

隨著我國(guó)城市空間的日益擁擠，用地走廊的壓縮，為滿足高速發(fā)展帶來(lái)的用電負(fù)荷日益增長(zhǎng)的需求。因此，新建高壓架空線路可采用同塔雙回、多回架設(shè)，鐵塔類型可采用鋼管桿、窄基鋼管塔的設(shè)計(jì)方案，滿足城市擁擠電力走廊的需要。

2.2.4 高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)的智能化優(yōu)化

隨著國(guó)家建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的步伐不斷推進(jìn)，作為電網(wǎng)重要組成部分的輸電網(wǎng)也在日益智能化，建立輸電線路綜合性的防災(zāi)和安全信息共享平臺(tái)，是高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)智能化的重要體現(xiàn)。例如，福建省全年溫暖濕潤(rùn)，夏秋季節(jié)多臺(tái)風(fēng)，經(jīng)常造成較大的桿塔倒塌、輸電線路斷線事故，如果采用先進(jìn)的傳感技術(shù)，結(jié)合高速通信技術(shù)，對(duì)導(dǎo)線、絕緣子進(jìn)行在線檢測(cè)，將其各種狀態(tài)及時(shí)傳送到信號(hào)監(jiān)控中心，對(duì)提高架空線路的智能化、降低線路故障和倒塔事故有重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)

在智能電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，隨著高壓架空輸電線路的不斷增大，對(duì)高壓架空線路的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)等方面的研究也進(jìn)一步增強(qiáng)。伴隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等的發(fā)展，電網(wǎng)將朝著日益堅(jiān)強(qiáng)的方向發(fā)展。大規(guī)模的區(qū)域聯(lián)網(wǎng)給電網(wǎng)帶來(lái)了新的隱患，必須加強(qiáng)電網(wǎng)的自愈功能，優(yōu)化高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)，提高應(yīng)對(duì)地震、冰災(zāi)、雨雪天氣的能力，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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