基于輸電線路改造的設計優化研究

摘要：文章結合最新的設計規范及電網規劃，對達到運行改造年限或者配合本地區規劃建設的需要對原有的高壓輸電線路進行改造，分析了老舊輸電線路改造的特點和措施；根據多年對老舊輸電線路的改造經驗，總結在以往工程實施中存在的主要問題，對老舊輸電線路改造的設計優化進行了闡述。

關鍵詞：輸電線路；線路改造；設計優化；設計規范；電網規劃 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM633 文章編號：1009-2374（2017）03-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.011

輸電線路的改造主要由三方面的原因引起：一是運行時間長，線路設備已經老化，達到了使用壽命，已不滿足電網運行可靠性的要求；二是隨著國民經濟的快速增長，用電量也在迅速增長，導致部分線路的輸送容量增加，導致線路重載運行；三是城市建設的飛速發展，道路建設、工民用設施建設過程中與現有的輸電線路有沖突，為了配合城市的發展建設，對輸電線路進行遷改。輸電線路是電網的骨架，對原有輸電線路的改造很多時候往往是改造其中一小段，在改造過程中，要考慮對原有線路安全運行，結合電網的長遠規劃發展和結合最新的電網建設標準進行改造，需要考慮的因素比新建線路更復雜，在輸電線路改造中要嚴格考慮每個環節，避免出現問題。針對輸電線路改造的各個環節，從設計方面進行優化，保證輸電線路改造的順利進行。

1 勘察現場

輸電線路的改造一般是對原線路進行改造，雖然能夠拿到原先線路的運行資料，還是要對現場的情況進行認真核查，重新核實桿塔型號、檔距、交叉跨越及地形的情況，特別是原線路的重要交叉跨越點。對現場的地質情況進行勘探，為基礎設計型式提供依據，由于線路一般位于野外和農田中，受到交通不便和民事問題，有些塔位的鉆機進場進行地質鉆探很困難，一般只能是在塔位附近100～200m位置鉆探作為參考，另外可以采用人工勘探，采用人工挖電桿坑方式，掏挖3m深判斷地下土質和地下水情況作為基礎設計形式的安靠依據。需要充分掌握原有線路的現場情況才能提出合理的設計方案。

2 基礎設計

2.1 基礎型式的選擇

依據現場的地質勘探、現場情況、桿塔型式及基礎受力，選取合理的基礎型式。輸電線路改造工程中，線路一般都是利用原線行建設的，基礎一般都是建設于原線行線底。受地形限制，部分基礎的建設離原桿塔基礎位置很近，這時要充分考慮新建基礎施工不會影響原線路的安全運行。如果是采用鉆孔灌注樁形式需要考慮樁基施工過程中對原導線的距離是否滿足要求，根據以往經驗導線對地距離在12m以上滿足鉆孔灌注樁的施工。挖孔樁基礎占地小，不需要大型機械參與施工，主要適用于地質條件比較好，塌方風險小的地質情況。大開挖基礎適用于地質條件良好和一般的土質，比如水田，有少量的地下水地質，如果土質達不到承載力要求，可以采用在坑底打松木樁或者換填土等措施。

2.2 原有水泥桿的保護措施

針對門型拉線轉角水泥桿更換鐵塔的工程，新建鐵塔只能建于原水泥桿的位置，受地形和施工條件的限制，只能采用分腿板式柔性基礎，基礎開挖深度2.8m，地下水位2.5m，有少量流沙土質，邊坡存在一定程度的塌方。分坑后4個基坑坑邊對原水泥桿最近只有1m的距離，對原水泥桿的安全運行風險較大。針對該情況，在設計階段就需要考慮方案的可行性，對原水泥桿的加固措施。結合以往的實踐經驗，制定了相應的設計方案（見圖1）。

2.2.1 開挖前在靠近水泥桿的基坑邊沿，打一排松木樁加擋板，松木樁樁頭直徑大于120mm，樁長5000mm，間距400mm。擋板采用長3500mm、寬1500mm、厚15mm的鋼板，每個基坑靠水泥桿側使用3塊。鋼板打入地下深度為3500mm，下部主要靠松木樁固定鋼板，鋼板上部由對側鋼板加鋼絲繩緊固，每塊鋼板緊固2處。

2.2.2 在水泥桿的底部，安裝2根#14槽鋼，與原水泥桿采用抱箍緊固。在槽鋼下方要敷設墊板，可以采用20mm厚、1500mm寬的木板作為墊板，以此增加水泥桿的承載面積，原水泥桿有2塊底盤（1.0m×1.0m）的承載面積是2m2，實施該加固方案后的承載面積（12m×1.5m）為18m2，比現有的承載力增加近9倍，只要不出現大面積的基坑塌方，可以滿足原水泥桿的安全運行。

3 桿塔設計

桿塔設計的選型根據南方電網桿塔標準設計V2.0選取，桿塔選型首先要弄清楚采用的導地線型號，氣象條件，使用的水平檔距、垂直檔距等使用條件。風速的選取根據南網發部的《廣東沿海地區風速風壓分布圖》確定設計風速。有些工程只是單純的更換鐵塔，不更換導線，我們在選用鐵塔的時候，要考慮未來是否要擴容更換截面更大的導線或者按大一級導線截面去選擇塔型。比較早的線路設計選取的桿塔呼稱高度較低，根據《35～500kV交流輸電線路裝備技術導則》，輸電線路樹木采用高跨原則，盡量減少對青苗的砍伐，因此在目前的輸電線路設計中都采用高跨設計，桿塔呼稱高相對老線路大幅度的提高。如果只是改造輸電線路中的幾基桿塔，設計過程中要考慮新建桿塔對前后桿塔的影響，是否會造成原有桿塔的上拔，或者造成懸垂絕緣子串的風偏角變大，或者部分桿塔加高后，耐張段的線長是否夠長及耐張段代表檔距變化后使得導線應力的變化，是否超出原有桿塔的使用條件等。改造線路中出現的一系列問題，均需要在設計階段對其驗算，使新建的桿塔對原線路的運行不產生影響。

4 機電設計

4.1 導地線選擇

對原有的輸電線路進行改造時，老舊的輸電線路的導線截面普遍都是很小的，比如110kV線路，欠發達地區的導線截面在150mm2左右，較發達地區的導線截面在240mm2左右。要根據當地的用電負荷增長情況來確定選用導線截面，按未來5～10年的負荷增長情況并結合電網規劃確定合適的截面。根據江門地區的電網發展情況，目前新建的架空線路導線截面情況，110kV線路導線截面最少按300mm2截面設計，220kV線路導線截面最少按2分裂400mm2截面設計。但是在輸電線路改造中，如果是單純的更換導線，我們需要對原有的鐵塔進行驗算，根據現場鐵塔的實際水平和垂直檔距，驗算得出最大的導線截面。由于原有的鐵塔呼稱高較低，一些交叉跨越的安全距離也是滿足規范且余都不大，在更換大截面導線后，弧垂會比原導線增大，比如110kV線路檔距300m，導線由240mm2更換為300mm2截面后，弧垂會比原來的增加0.5～1m，這就需要提前驗算導線對地距離和交叉跨越是否滿足要求。

根據江門供電局的要求，110kV線路的地線一般選用鋁包鋼絞線，220kV以上線路地線一般選用鋼芯鋁絞線，地線的選取除了考慮機械強度外，短路電流熱穩定計算也是重要因素。

4.2 絕緣配合

根據廣東電網公司編制的《廣東省電力系統污區分布圖（2016版）》，確定地區的污穢等級，考慮該地區以后大開發建設，提高一級污穢區設計。耐張串一般選用雙聯玻璃絕緣子串，懸垂串一般選用雙串復合絕緣子串。耐張玻璃絕緣子串的片數根據爬電比距計算出片數后，還應考慮零值絕緣子，根據電壓等級和運行要求增加1～2片。

4.3 金具

金具主要采用國標2010年修訂的《電力金具手冊》中的產品，少量不足部分采用非標金具，金具的安全系數不應小于2.5。目前，導地線的耐張線夾均選用液壓型耐張線夾，懸垂線夾為常用的螺栓型線夾。線路的防震一般還是選用防震錘，考慮到防振錘有效保護頻率范圍廣、電磁損耗低、防電暈性能好，具備較佳的節能性能，另根據運行經驗，一般推薦采用節能型FDY預絞絲防振錘，比螺栓緊固型安裝后更牢固。

4.4 防雷接地

江門地區的輸電線路地處雷電活動頻繁，年雷電日數達88天之多，屬于典型的多雷區，為提高線路的防雷水平，降低線路雷擊跳閘率，高壓輸電線路必須架設地線，地線的保護角要滿足《110～750kV架空輸電線路設計規范》中對保護角的要求。目前很多的改造線路位于城市規劃道路邊建設，接地型式的選擇不能采用放射型接地方式，常采用垂直接地方式，接地材料選用Φ20的銅包鋼材料，該材料散流能力強、耐腐蝕。

5 結語

當前是高壓輸電線路基建工程投資減少的時期，城市建設的迅速發展，使得輸電線路的改造工程成為了當前的主要任務，必須對輸電線路的改造加以重視，首先就必須要對設計進行優化。經過多年對輸電線路的技改修理項目和用戶投資的遷改項目的實施，從許多的問題中吸取經驗教訓，反過來從設計源頭促使其優化，提高設計水平。對于電網的發展，需要不斷更新，努力提高設計水平和施工水平，避免原有的不足，防止意外的發生，確保電力系統的安全可靠運行，為我國的經濟發展提供有力保障。

參考文獻

[1] 110～750kV架空輸電線路設計規范（GB 50545-

2010）[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[2] 35～500kV交流輸電線路裝備技術導則（Q/CSG

1203004.2-2015）[S].

作者簡介：陳濤（1984-），男，湖北宜昌人，開平市翰聯電力設計有限公司電氣工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責任編輯：蔣建華）