架空輸電線路設計分析

齊冬輝

摘 要：隨著城市化建設的推進，輸電線路設計面臨的環境更加復雜，路徑選擇的限制較多，智能化設計中也存在一定的問題。因此，相關設計人員應不斷發現現有架空輸電線路中存在的問題，并借鑒成功案例，不斷優化架空輸電線路的設計。

關鍵詞：架空輸電線路；線路設計；高壓線路；桿塔

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.099

架空輸電線路設計一直是國內外學者關注的重點問題，其對電網的正常運行和電力行業的發展具有重要意義。其中，架空輸電線路的主體結構和安全監測系統是整個系統關鍵所在。本文對架空輸電線路的重要基礎結構和安全監測系統分別進行了探討，以求完善之道。

1 架空輸電線路設計的重點

電力線路包括低壓、高壓、超高壓、特高壓四種。其中，高壓線路的使用較為廣泛，城市供電采用的就是高壓線路中的220 kV架空輸電線路。以下對220 kV架空輸電線路中的重點結構進行設計分析。

1.1 桿塔設計的重點

桿塔在架空輸電線路中的作用是在保證本身滿足絕緣安全限制條件和電磁場的要求下支撐導線和底線。桿塔在整體線路施工中所占的比例較大，其種類不同，在運輸費用、施工工期、運行安全、占地面積、建設造價等方面也有所不同。設計人員在設計桿塔時，要綜合考慮施工現場的地質情況和氣候特點進行桿塔的選型和施工。在初步設計桿塔時，相關人員應依據規定計算桿塔總造價。通常情況下，設計人員應采用在實際應用中較為成熟的桿塔種類，在必須使用新型桿塔時，要反復對其進行科學試驗，確保其符合運行要求后方可使用，防止造成不必要的損失。

1.2 導線選擇的重點

作為架空輸電線路的核心部分，導線起著輸送電能的重要作用。導線一般由電桿支撐，直接暴露在空氣中，會受到風、日照、氣溫和雨等外界因素的影響。設計人員在選擇導線時，應綜合考慮導線的機械強度、電氣性能、所處環境。目前，鋼芯鋁絞導線在我國的應用范圍最廣，其外部由鋁線絞制合成，線芯為鋼制，機械強度和電氣性能俱佳。220 kV架空輸電線路的電壓級別高、輸送容量大，易對高頻通訊造成干擾。因此，220 kV架空輸電線路至少要包含2根導線，同時，導線應滿足下列標準：導線外表應平滑、圓整，不可含腐蝕斑點和雜物；導線絞合的緊密程度需滿足對應的機械張力的放線標準。

1.3 線路路徑設計的重點

線路設計是220 kV架空輸電線路設計中的基本內容，包括輸電線路的可行性、經濟型、技術性和可靠性，其會直接影響線路的整體質量。設計人員在設計輸電線路時，應盡量降低工程造價，并確保線路運行的可靠性和穩定性。在220 kV架空輸電線路設計中，線路路徑設計分為圖上選線和現場選線兩個步驟。在圖上選線中，設計人員需先收集施工地地質、氣象、通信、水文、林業和交通等方面的資料，在此基礎上根據以往的經驗在輸電線路圖紙中標出線路的起點、終點和必經點，并選擇最合理的設計方案；在現場選線中，設計人員要提前徒步考察線路，需要投入較多的時間和人力，現場線路選線要以少占、不占森林、農田和果園等為原則，為了方便維修和施工，應選擇交通方便的路徑。

1.4 防雷設計

電力系統的正常運行需要有效的防雷設計，設計人員應根據電力系統的結構選擇相應的防雷結構設計。220 kV架空輸電線路采用雷裝置防止雷電干擾和破壞整個線路。防雷設計包括以下4個方面：①設備保護。當避雷器、計算機等相關設備遭到損壞時，相關人員應及時更換。②屏蔽保護。在確保線路有效連接的條件下，盡量屏蔽外部干擾信息。③接地保護。其原理是通過接地的方法，將輸電線路中被施加的強電流、強電壓導出線路，并導入地下，進而防止雷電對系統的干擾和破壞。④裝置保護。設計人員應對相關防雷裝置進行全面保護，并在一定條件下改進防雷裝置。

2 安全監測系統的設計

由于現階段的供電壓力較大、輸電線路所處的環境惡劣，要想保障輸電線路的正常運行，就必須提高架空輸電線路抵御災害和防范故障的能力。下面對架空輸電線路設計中的防災保障信息監測系統設計進行探討。

2.1 架空輸電線路的運行安全監測設計

近年來，設計人員開始將各種先進的傳感器應用于架空輸電線路中，在輸電線路的探測熱點上設置了相應的傳感探頭，以獲取檢測信息。傳感器能監測輸電線路的實時運行環境和輸電線路的運行狀態，其性能對架空輸電線路的在線監測非常重要。在線監測系統的主要設備包括紅外傳感器、電流互感器、絕緣子污閃傳感器和覆冰拉力傳感器等。其中，紅外傳感器的作用在于監測導線溫度，電流互感器的作用是檢測電流。目前，在設計架空輸電線路時，大多選用鋼芯合金線和鋼芯鋁絞線。在輸電線路的安全方面，設計人員重點關注的是導線連接處和導線機械強度等。根據規定，設計人員應該在保證導線溫度低于70 ℃的條件下，盡可能地提高線路的輸電能力，并保證電網安全。

2.2 輸電導線絕緣子的閃污檢測設計

絕緣子是架空輸電導線中的重要部件，主要起到導線與桿塔、橫擔之間的絕緣作用。在架空輸電線路的實際運行中，絕緣要承擔水平方向的拉力和導線的荷重，受雨雪、大風和日曬的影響，其性能會發生改變。因此，設計人員選擇絕緣子的機械性能和電氣性能時，必須符合標準。一旦發生絕緣子污閃現象，架空輸電線路會發生大范圍停電，進而影響電網的安全運行。現階段，在預防絕緣子閃污的方法中，以絕緣子污穢在線監測較為有效。該方法是在收集分析絕緣子污穢信息的基礎上，評估發生事故的概率，進而預防事故發生。絕緣子污穢程度的監測是該方法的重點。發達國家多采用最大泄漏電流法預防絕緣子污閃事故，該方法是通過測量漏電電流獲得氣候、電壓、絕緣子污穢等因素，評估絕緣子污穢現象，進而完成自動報警和檢測。其中，測量漏電電流是指利用在絕緣子上的電流傳感器實時檢測漏電電流，且操作簡單、方便。

2.3 輸電線路覆冰檢測的設計

在實際運行中，輸電線路所處的自然環境多變，常發生覆冰現象。發生覆冰現象后，導線舞動振幅會變大，進而產生跳閘、相見閃絡和導線損毀問題。預防覆冰現象最有效的方法是在線監測法，其相應設備可及時記錄導線覆冰的有關信息，管理人員可采取相應措施預防和處理。在在線監測中，圖像法、弧垂法和稱重法應用較為廣泛。圖像法是利用在桿塔上的攝像頭采集實時圖片，并從圖片信息中獲取覆冰的厚度和面積，但這種方法具有一定局限性，無法獲得距離桿塔較遠導線的覆冰情況；稱重法是通過輸電線路上的拉力傳感器測量導線質量的，進而去除導線凈重獲得覆冰的質量和厚度等。這種方法相比于圖像法更加可靠、簡單，是應用范圍最廣的一種檢測方法。

3 結束語

電力是當今社會生產和人們生活的主要能源之一，其發展關系著社會的進步。架空輸電線路是電力系統的重要組成部分，是變電站與用戶間的輸電通路，因此，保證架空輸電線路的運行安全對促進電力系統的發展具有重要意義。基礎設計和安全監測系統設計是架空輸電線路安全、穩定運行的前提和基礎。因此，相關設計人員在實踐中應重視架空輸電線路設計，不斷總結相關經驗，結合我國的行業特點，并借鑒國外設計中的有益成分，從而提高我國架空輸電線路的設計水平。

參考文獻

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