高壓輸電線路電氣設計中存在問題及對策分析

孫明靈

（福建省匯億電力工程有限公司 福建省泉州市 362000）

隨著可持續用電需求的增加，高壓輸電線路的安全性與穩定性受到了更大的重視，作為高壓輸電線路中重要的組成部分，電氣設計的科學合理與安全有效性一直備受關注，然而現階段的線路電氣設計中還存在著一些問題亟待解決，這對于高壓輸電線路的安全穩定性運行有著一定的阻礙作用。基于這種狀況，需要電力企業相關從業人員對高壓輸電線路電氣設計過程進行全方位的分析，從而找出其中存在的問題，經過科學的研討與分析，提出合理的對策進行解決，促進電氣設計的可持續運行，進而保障電力的可持續運輸，為民眾提供一個優質的用電環境。

1 高壓輸電線路特點

高壓輸電線路的特征可從以下三個方面進行簡單論述：

1.1 安全保障要求高

高壓輸電線路電壓較高，需帶動整體的電量，類似高速運轉的大型電池，如果出現安全問題，將會帶來較大的經濟損失，因此高壓輸電線路對安全保障要求較高。保障高壓線路的安全穩定性，可有效促進人們的可持續用電[1]。

1.2 難度大

部分高壓線路會建在河域、丘陵與山區等復雜危險的區域，且線路較長，整體鋪設開來難度特別大，整體項目突出工藝技術要求高、投資高、施工時間長、施工難度大與施工條件惡劣等。

1.3 高壓參數高

高壓是輸電線路的主要特征，主要是因為高壓電纜可維持較高的電壓來進行電力的傳輸，但是若是高壓電纜出現問題，維修是一項較為困難與復雜的工程，這需要在建設早期即考慮在內，為后期的維護提供一定的條件。

2 高壓輸電線路電氣設計過程

高壓輸電線路電氣設計過程如圖1 所示。

2.1 高壓輸電線路電氣設計前期分析

對高壓輸電線路設計前期進行分析，主要是因為高壓輸電線路電氣設計的流程較為復雜且包含內容較多，很容易造成工序的混亂以及工程內容的忽略等，因此通過前期的分析與探討，能夠及時的發現潛在的隱患與問題，并及時的彌補與完善，如此可降低施工階段問題發生的概率，要保障前期設計分析的合理有效性，需相關設計人員具備較高的綜合素養，除了對線路沿線的地質與地形進行綜合的考察外，還應考慮到實際施工時電氣設計與線路架設的具體要求，以此來對設計方案進行不斷的調整與優化。

2.2 高壓輸電線路電氣設計初期分析

電氣設計初期分析的主要作用是為設計草圖的擬定做準備，以電氣設計的實際需求與具體情況對設計方案進行修改，如此可提升電氣設計方案的科學合理與準確有效性。在此階段，可選擇適用于輸電線路的導地線，并以此為基礎設計抗冰、防雷設計方案[2]。

圖1：高壓輸電線路電氣設計過程

圖2：直線桿塔

圖3：塔頭電壓

2.3 高壓輸電線路電氣設計施工階段分析

這一階段的電氣設計分析目的是結合施工中出現的一系列問題，提出合理的解決措施，并對施工過程中不適宜的程序或者步驟內容等進行適當的刪減與補充，維持施工的合理性，以此來確保施工的合理推進。

3 高壓輸電線路電氣設計中存在的幾個常見問題及解決辦法

隨著國網通用設計的推廣和深化，以及各省電力公司都出臺對當地冰區、風區、污穢區等條件設定的指導性文件，還有各地規劃部門配合電力部門對于當地的電網布局及高壓輸電線路的路徑都進行了完善的規劃，因此高壓輸電線路的幾個重大原則問題如氣象條件、路徑走向、桿塔選型基本都較為明確了，本文著重對在高壓輸電線路設計或者后期施工過程中常遇到的幾個問題進行分析。

3.1 直線桿塔的安全空氣間隙問題

如圖2 和圖3 所示，在線路，連續上下山時很容易出現直線塔搖擺角超限的問題，即導線在工頻電壓、操作過電壓和雷電過電壓中的至少一種工況下出現導線絕緣子串隨風搖擺，導致導線對桿塔構件（包括拉線、腳釘等）安全距離不滿足要求的情況。圖中所示的α、β 和γ 分別代表雷電過電壓、操作過電壓和工頻電壓工況下允許搖擺角，該數值根據《110kV～750kV 架空輸電線路設計規范》（GB50545-2010）表1 再結合塔頭尺寸，以懸垂串掛點位圓心，絕緣子串長度為半徑畫圓得出。

表1：110kV～500kV 帶電部分與桿塔構件（包括拉線、腳釘等）的最小間隙（m）

再根據下面的公式計算出三種工況下的最大搖擺角的設計值。

式中φ 為搖擺角，g1 代表導線自重比載，g4 代表導線風壓比載，S 為導線截面積，P 為絕緣子風壓，G 為絕緣子串重量，LH 為水平檔距，LV 為垂直檔距。

將設計值與允許值進行比較，若設計值小于允許值即安全，若設計值大于允許值則危險，必須進行調整。要使得設計值小于允許值，就是要么減小設計值，要么增大允許值。

（1）減小設計值：即減小tanφ，根據公式可知增大垂直檔距LV 或者增加絕緣子串重量G，增大LV 可增加桿塔的呼稱高或降低相鄰高位的桿塔的呼稱高，增加絕緣子串重量G 的一般做法是懸掛重錘，由于新時代對于交跨距離要求的提升（均要求高跨），降低相鄰桿塔的呼稱高不符合林業部門和運維部門的要求，增加該基桿塔的呼稱高會導致投資增加，不經濟；因此最好的辦法是加重錘增加絕緣子串重量。

（2）增加允許值：即減小絕緣子串長度或者選擇橫擔長而塔身窄的塔型，根據現在通常采用的國網通用設計的絕緣子串和塔型，絕緣子串和塔型已經是最短和最經濟了，因此增加允許值的做法在實際工程中可操作性較小。

（3）綜上所述，如果直線桿塔出現搖擺角危險的情況下，最好的辦法是增加重錘，每個重錘座最多能放置5 片重錘，如果仍不能滿足安全要求則必須更換塔型，甚至改用耐張桿塔。

3.2 直線桿塔帶轉角的問題

現在國網通用設計的桿塔的設計轉角均為0°，直線桿塔在設計階段也都是按轉角0°進行定位，然而在工程實施過程中，受征地問題和現場地形條件限制，直線桿塔很難實現設計的0°角，尤其是沿道路建設的桿塔，因受已建管線影響，直線桿塔普遍存在需要帶轉角的情況，此種情況存在兩個問題：1 個是一側懸垂絕緣子串向桿身偏移，造成安全空氣間隙問題；另1 個是導線張力因轉角而產生的角度合力增加了桿塔的水平荷載造成的桿塔安全問題。

（1）針對第一個問題，結合上1 點講的直線桿塔的安全空氣間隙問題，只是水平力多了個角度合力，及分子需增加一個角度合力，把角度合力設為F，則公式變為：

解決方法一樣，不再重復敘述。

（2）針對第二個問題則需要比較導線造成的桿塔的水平荷載的原設計值和現設計值，必須要強調的是這不是結構專業的問題，以作者工作的南方沿海地區為例（無覆冰地區），由導線造成的直線桿塔的水平荷載的原設計值F1=g4*S*LH1（LH1 為該塔型的水平檔距設計值），而工程中的現設計值F2=g4*S*LH2+F（LH2 為該塔在工程中的水平檔距，本文不討論塔型以大代小的情況，假定實際工程氣象條件和原塔型設計氣象條件一致，導線及安全系數一致即兩式中導線風壓比載g4 和導線截面S 相同），式中F 為導線的角度合力，設工程中的導線張力為F′，則F=2F′*sin(θ/2)（θ為線路轉角）。比較F1 和F2，F1>F2 則受力安全，否則危險，必須更換塔型。

（3）綜上所述，如果直線桿塔出現需要帶角度的情況下，必須同時滿足安全空氣間隙和塔身受力兩個條件才能保留原塔型，否則必須更換塔型。此方法還可以推廣到轉角塔的實際轉角超過其設計轉角的情況下的驗算。

3.3 導線布置變化而導致的線間距離問題

導線布置變化的情況一般常見的有三種：

（1）同塔雙回路線路分為兩個單回路線路情況（同塔雙回線路一般導線為垂直排列，單回路桿塔一般導線為水平或三角排列）；

（2）同塔多回線路在下穿高電壓等級架空線路又同時跨越低電壓等級架空線路情況下，有時會因為高度限制需要改變導線布置；

（3）一些跨越果園的在運行的老舊線路，這些舊線路一般桿塔呼高較低，因果樹長高導致導線對樹安全距離不足，而如果清除或修剪果樹，果農會提出高額的賠償，導致難以處理果樹，此時將導線上提，在塔身增加2 個導線掛點，這樣空出了下導線橫擔，將下導線提升至少3.5 米，有效解決了對樹安全距離不足的問題。

上述三種常見的情況都需要改變導線布置，在此過程中有可能會導致導線線間距離不足，因此需要進行仔細驗算。方法如下：

（1）求出該段導線的最大弧垂fc。

（2）根據《110kV～750kV 架空輸電線路設計規范》（GB50545-2010）第8.0.1 點第1 小點公式：

式中：ki為懸垂絕緣子串系數，Lk為懸垂絕緣子串長度，U 為系統標稱電壓。

求出水平線間距離D。

（3）根據根據《110kV～750kV 架空輸電線路設計規范》（GB50545-2010）第8.0.1 點第3 小點公式

式中：DP為導線間水平投影距離，Dz為導線間垂直投影距離。（DP和Dz根據塔型結構和線路轉角得出）

算出等效水平線間距離DX，如果DX>D 則安全，否則則很危險，必須調整。

如果DX

4 結語

綜上所述，現階段的電氣設計中還存在著一些問題需要電氣設計相關人員進行挖掘與發現，從而提出合理的應對策略，在解決問題的同時，促進電氣設計與高壓輸電線路的共同可持續發展。