山區110 kV架空輸電線路設計規劃分析

王楊陽，曾軍琴

（湖南經研電力設計有限公司，湖南 長沙 410001）

0 引 言

架空輸電線路是山區電網的重要組成部分，由于山區電網系統相對于城市較為落后，架空框架和線路損耗較為嚴重，因此急需加快山區110 kV架空輸電線路的設計規劃和優化調整，從而促進山區電網的建設發展。

1 山區110 kV架空輸電線路的應用現狀

高壓輸電線路中的110 kV線路在電網中起著關鍵作用，其建設數量較多，大多數與用戶直接相連，在經濟建設快速增長的背景下，原有的設計規劃標準已經無法滿足用電需求，在提高山區110 kV架空輸電線路電力傳輸量的同時，還需配合電網系統增加山區輸電線路的經濟效益和環境效益。當前輸電線路輸送容量較小，建設成本較高，而且山區的特點也決定了土地應用和線路架設受到許多限制，利用架空線路設計能夠最大限度解決此類問題，幫助山區輸電網絡持續發展。

2 山區110 kV架空輸電線路的設計規劃

2.1 設計的前期準備

山區110 kV架空輸電線路設計規劃需要從施工準備和設計方案入手，根據模擬的數據對導線類型、線路規劃、桿塔受力以及避雷情況進行分析。施工準備方面，需要結合山區實際情況和電網建設需求對當地環境進行全面分析，得出適宜的規劃負荷要求以及導線型號，并且還要考慮到山區110 kV架空輸電線路實際運行后長時間或后續的負荷要求，避免因線路損耗或局部過熱等造成各類安全問題。

在初期設計過程中，山區110 kV架空輸電線路很容易受到氣候條件的影響，為保障施工建設的質量，在輸電線路架設中，還需了解當地最高溫度和最低溫度，計算線路的最大弧垂以及線路距離線路的安全距離，避免架空線路落地或刮碰樹木引起線路故障。導線參數設計應當結合夏季與冬季的平均溫度計算，保障導線安全載荷，這在高原山區應重點考慮。此外，山區110 kV架空輸電線路還會受到風力和雷電的影響，導線距離及防雷設計也需收集數據，為后續導線選型、施工建設以及防雷設計提供參考。準備階段需要明確山區110 kV架空輸電線路的計算方向和規劃方案，以此提高架空輸電線路的可靠性[1]。

2.2 導線選型

在山區110 kV架空輸電線路建設中，對周圍環境影響較大的是電磁環境和噪聲，架空輸電線路建設也需考慮對生態環境的影響。根據前期收集的一些數據可以對110 kV架空輸電線路產生的工頻電場進行預測，根據疊加原理計算出空間任意一點的電場強度。在預測點(x,y)的電場強度分量為Ex和Ey，可表示為：

式中，Xi和Yi為分別為導線i的橫坐標和縱坐標，M為導線數目，Li為導線i及其鏡像至計算點的距離。在工頻情況下電磁性能具有準靜態特性，可應用安培定律將計算結構按矢量疊加得出導線周圍的磁場強度，以此判斷何種導線更適合山區110 kV架空輸電線路建設。

而噪音的計算可根據《110 kV～750 kV交流架空輸電線路可聽噪聲控制技術導則》進行計算，輸電線路可聽噪聲PA計算方法為：

單相導線產生的可聽噪音AN的計算方法為：

式中，E為導線表面最大電場強度的平均值，D為測點到被測點的距離，d為子導線直徑，n為導線分裂數，ANo為A計權聲級校正常數[2]。

本文選擇了兩種導線型號進行測定，如表1所示。

表1 導線相關參數

山區110 kV架空輸電線路多選用雙回路桿塔作為建設對象，設定地線與最下端導線間距為11.2 m，與中間導線間距為7.2 m，與最上端導線間距為3.0 m。模擬實際雙回路桿塔進行設計規劃，計算出兩種導線對周圍地面1.5 m高以上的電場強度，如圖1所示。

圖1 工頻電場強度模擬結果

從圖1可以得出2*JL/GLA-240/30導線強度最大值為0.96 kV·m-1，而LGJ-500/45最大工頻電場強度約為0.74 kV·m-1。在0～30 m范圍內，2*JL/GLA-240/30模擬結果明顯高于LGJ-500/45，并且噪聲在山區110kV架空輸電線路影響程度較小，從而可以得出LGJ-500/45單根導線比2*JL/GLA-240/30分裂導線的效益更高[3]。

2.3 施工建設

在施工建設階段需要考慮到山區110 kV架空輸電線路的地理環境比較特殊，其線路故障因素更多，在施工建設時需按照設計圖紙和方案進行。明確勘測施工位置后，需結合地質情況建設桿塔，避免出現倒塔現象。在進行線路桿塔設計時需根據輸電線配置情況，優化調整輸電線路位置，檢驗運行安全情況，保證輸電線路之間的有效配合。此外，上文提及的導線選型模擬只是粗略分析，實際導線截面大小、分裂間距以及導線類別都需要根據供電區域載荷規劃和線路運行標準進行確定。為保證施工建設的合理性，還應結合當地電網系統的發展規律進行預測，計算出線路的傳輸容量，為后續可能出現的擴建或調整保留空間，以便應對山區110 kV架空輸電線路的規劃要求。

2.4 絕緣防雷

雷電對于山區110 kV架空輸電線路來說是一個不容忽視的問題，由于沒有城市中其他避雷設施的防護再加上山區本身的特點，都使得架空輸電線路更容易受到雷電的影響，因此必須要做好架空輸電線路的防雷保護，促進輸電線路的可靠供電。

雷電對輸電線路的影響主要是輸電線路受到雷擊之后出現的過電壓問題，雷電首先擊穿氣體介質，作用在導線絕緣子上的電壓比它表面閃絡電壓高30%～50%，會產生一個電場造成空氣中的自由電子形成一個閉合電路，從而導致絕緣短路，損壞絕緣物質，若線路表皮損壞還會直接影響內部電纜，出現電纜被擊穿破壞的情況。我國對離地距離小于40 m的輸電線路不采取防雷擊措施，其計算公式為：

式中：a代表感應過電壓系數，單位為kV·m-1；hd為導線懸掛的平均高度。

存在避雷線且雷擊位置距離輸電線路小于65 m時的感應雷過電壓計算公式為：

式中：k表示導線和避雷線的耦合系數。在規劃設計中，通常情況下忽略110 kV輸電線路的工頻電壓對線路絕緣產生的影響。

通過計算和模擬數據可知，在接地電阻不變時，在110 kV輸電線路中增加絕緣子，可以減少線路跳閘次數。另外架設耦合地線也能夠起到對雷電流的分流作用，不過山區110 kV架空輸電線路在施工建設中可行性低，經濟成本較高，非必要設計時應避免首選。

避雷器的不斷發展給設計規劃帶來了更多的幫助，不過在實際設計中需要注意山區線路桿塔環境惡劣，一般要采用不需要和導線直接相連的外串聯間隙型避雷器，其在設備運行中不會受到工頻電壓的影響，即便避雷器出現故障問題，也不會影響線路的正常工作。另外，經過山坡的線路中避雷器應安裝在下山坡側桿塔邊相，而雙回線路塔適宜安裝在中相[4]。

目前很多山區110 kV架空輸電線路避雷線的保護角都大于10°，尤其在山坡桿塔保護角還會變大。在絕緣防雷設計中要適度減少容易遭受雷電攻擊的桿塔保護角，可以將避雷線掛點外延，對橫擔進行改造，但在實際施工建設中此方法較為復雜。此外，也可以將導線掛點向內移動，只需要在實施過程中考慮電氣距離即可[5]。

3 結 論

山區110 kV架空輸電線路是電網系統建設的關鍵環節，在保障架空輸電線路建設質量的同時，還需考慮整體電網的運行載荷、生態效益以及經濟成本。通過前期準備、導線選型、施工建設規劃以及絕緣防雷設計來保障110 kV架空輸電線路的供電質量及安全性，結合山區實際情況科學合理地制定設計方案，才能促進山區110 kV架空輸電線路建設的有效落實。