高壓架空輸電線路設計探討

儲賢超

(寧夏回族自治區電力設計院，寧夏 銀川 750001)

高壓架空輸電線路設計探討

儲賢超

(寧夏回族自治區電力設計院，寧夏 銀川 750001)

伴隨跨越式發展，電網輸送能力大大增強，但輸電線路建設的內部環境和外部空間卻越來越小?，F針對高壓(35～220 kV)架空輸電線路設計，分析了氣象條件收集與用途，討論了導線和避雷線截面的選擇，采用慣用法進行了架空輸電線路的絕緣配合計算。

高壓架空輸電線路；氣象條件；導線；避雷線；絕緣

0 引言

架空線路具有線路結構簡單、施工周期短、建設費用低、輸送容量大、維護檢修方便等顯著優點。而架空線路設計涉及的內容復雜，本文將從氣象條件收集與用途、導線和避雷線截面的選擇、架空輸電線路的絕緣配合計算等3個方面，對高壓架空輸電線路設計進行探討。

1 氣象條件收集與用途

對線路力學計算影響較大的主要因素是風速、覆冰及氣溫。氣象資料收集的內容和用途：

(1) 歷年極端最高氣溫：用以計算導線最大弧垂和導線發熱。

(2) 歷年極端最低氣溫：用以計算桿塔強度，檢驗導線上拔力等。

(3) 歷年年平均氣溫：用以確定年平均氣溫，計算導線在年平均氣溫下的應力，以確定導線的防振設計。

(4) 歷年最大風速及最大風速月的平均氣溫：這是線路設計氣象條件的主要資料。最大風速是計算桿塔和導線機械強度的基本條件之一。

(5) 地區最多風向及其出現頻率：用以考慮導線防振設計、防腐及絕緣子串的防污設計。

(6) 導線覆冰厚度：用以計算桿塔和導線的機械強度以及驗算不均勻覆冰時，垂直排列的導線間接近距離。

(7) 年平均雷電日數：作為防雷設計的依據。

2 導線和避雷線截面的選擇

2.1 導線截面的選擇

2.1.1 按經濟電流密度選擇截面

(1) 導線的經濟截面計算公式如下：

S=I/J

式中，S為導線的經濟截面(mm2)；I為最大負荷電流(A)；J為導線的經濟電流密度(A/mm2)。

(2) 輸電線路經濟電流密度(鋼芯鋁絞線)：

最大負荷利用小時<3 000(一班制)時為1.65 A/mm2，最大負荷利用小時3 000～5 000(二班制)時為1.65 A/mm2，最大負荷利用小時>5 000(三班制)時為0.90 A/mm2。

(3) 根據計算所得截面，再選擇適當的導線截面。經濟電流截面的選擇原則是就近選擇。

2.1.2 按載流量選擇截面

(1) 按導線的載流量選擇導線截面時，應使其在最大連續負荷電流運行條件下，不超過允許值。導線的允許溫度，鋁線及鋼芯鋁絞線可采用+70 ℃；大跨越檔可采用+90 ℃；鍍鋅鋼絞線可采用+125 ℃

(2) 環境氣溫應采用最高氣溫月的最高平均氣溫。

2.1.3 按電壓損失效驗截面

按電壓損失效驗截面時，應使各種用電設備端電壓符合現行規范，35～110 kV線路電壓損失一般不超過5%。

對三相平衡負荷線路，幾個負荷用電流矩(A·km)表示：

對三相平衡負荷線路，幾個負荷用負荷矩(kW·km)表示：

式中，Δu%為線路電壓損失百分數；Un為標稱電壓；R、X為三相線路單位長度的感抗；I為負荷計算電流；l為線路長度；P為有功負荷；cosφ為功率因數。

2.1.4 按機械強度效驗截面

由于輸電線路導線懸掛于桿塔上且全部露天放置，導線不但要承受自身重力作用，而且要承受外界氣候的各種不利條件的影響，所以導線必須有足夠的機械強度。

2.2 避雷線截面的選擇

(1) 鋼絞線。避雷線的截面積一般不小于25 mm2。架空線路避雷線截面的選擇應與導線配合，具體如表1所示。

(2) 復合光纜的避雷線選擇與鋼絞線的選擇方法相同。

3 架空輸電線路的絕緣配合

本節以慣用法作架空輸電線路的絕緣配合，主要內容為：線路絕緣子串的選擇、確定線路上各空氣間隙的極間距離——空氣間距。

3.1 絕緣子串的選擇

線路絕緣子串應滿足3方面的要求：在工作電壓下不發生污閃；在操作過電壓下不發生濕閃；具有足夠的雷電沖擊絕緣水平，能保證線路的耐雷水平與雷擊跳閘率滿足規定要求。

3.1.1 按工作電壓要求

線路的閃絡率與該線路的爬電比距λ密切相關，根據線路所在地區的污穢等級來選定λ值，就能保證必要的運行可靠性。設每片絕緣子的幾何爬電距離為L0(cm)，即可按爬電比距的定義得：

式中，n為絕緣子片數；Ke為絕緣子爬電距離有效系數；Um為系統最高工作電壓有效值。

3.1.2 按操作過電壓要求

絕緣子串在操作過電壓的作用下，也不應發生濕閃。在沒有完整的絕緣子串在操作波下的濕閃電壓數據的情況下，只能近似地用絕緣子串的工頻濕閃電壓來代替。電網中操作過電壓幅值的計算值=K0Uφ，其中K0為操作過電壓倍數。

設此時應有的絕緣子片數為n2，則由n2片組成的絕緣子串的工頻濕閃電壓幅值為：

UW=1.1K0Uφ

3.1.3 按雷電過電壓要求

雷電過電壓方面的要求在絕緣子片數選擇中的作用一般不大，這是由于線路的耐雷性能取決于各種防雷措施的綜合效果，影響因素很多。一般也不再增加絕緣子片數，而是采用諸如降低桿塔接地電阻等其他措施來解決。

3.2 空氣間距的選擇

根據上述3種要求，空氣間距也有所不同。

3.2.1 工作電壓要求的凈間距S0

S0的工頻擊穿電壓幅值：

U50～=K1Uφ

式中，K1為綜合考慮工頻電壓升高、氣象條件、必要的安全裕度等因素的空氣間隙工頻配合系數。

3.2.2 操作過電壓要求的凈間距SS

要求SS的正極性操作沖擊波下的50%擊穿電壓：

U50%(S)=K2US=K2K0Uφ

式中，US為計算用最大操作過電壓；K2空氣間隙操作配合系數，對范圍Ⅰ取1.03，對范圍Ⅱ取1.1。

3.2.3 雷電過電壓要求的凈間距S1

通常取S1的50%雷電沖擊電壓等于絕緣子串的50%雷電沖擊閃絡電壓UCFO的85%，即：

U50%(1)=0.85UCFO

其目的是減少絕緣子串的沿面閃絡，減少釉面受損的可能性。

4 結語

高壓架空輸電線路設計是一門復雜的科學，本文從氣象條件收集與用途、導線和避雷線截面的選擇、架空輸電線路的絕緣配合計算等3個方面，對高壓架空輸電線路設計進行了探討。合理設計高壓輸電線路仍需要大家的不斷努力與研究。

[1] 胡毅.輸電線路運行故障分析與防治[M].北京：中國電力出版社，2007

[2] 賀博，林輝.基于泄漏電流的污穢絕緣子閃絡風險預測[J].高電壓技術，2006(11)

2014-09-04

儲賢超(1987—)，男，寧夏石嘴山人，助理工程師，從事輸電線路設計工作。