某110KV 架空輸電線路設計的研究

池英鎊

（三明億源電力勘察設計有限公司，福建 三明 365000）

為了應對日益增長的用電負荷，近幾年新建的架空輸電線路工程呈現出明顯增長趨勢。要想使110KV 架空輸電線路在安裝完畢后穩定運行，一方面要基于線路運行要求和沿線環境調查，科學設計方案；另一方面還必須進行嚴格的施工管控，保證輸電線路的整體協調。在工程設計階段，像地理環境、材料選型、絕緣配置、桿塔型式、地基處理等，都是需要關注的焦點。

1 工程概況

某110KV 架空輸電線路全長3.7km，共分為兩部分：其一是現有備用雙回架空線路2.65km，導線為NRLH60GJ-240/30 型雙分裂耐熱鋼芯鋁合金絞線；其二是新架雙回雙側掛線線路1.05km，導線為JL/G1A-300/40 型雙分裂鋼芯鋁絞線。

2 沿線環境調查

2.1 路徑規劃

做好沿線環境調查、科學規劃鋪設線路是輸電線路設計的重點內容。根據調查結果，全線平地占92%，其余為起伏丘陵。部分線路需穿過農田，總長度約為0.8km。另外，設計線路與既有的10KV 架空輸電線路發生路徑沖突，故需要對10KV 線路進行改造。

2.2 沿線氣象條件

由于架空輸電線路的安裝屬于高空作業，必須考慮氣象因素的影響。在設計規劃時，應結合本地氣象部門提供的資料，以及輸電線路周邊的環境（如有無建筑物遮擋），計算出允許的最大風速。氣象資料表明，該地區工程離地10m 高30 年一遇10min 平均最大風速為23.7m/s。對于有樹木、建筑物遮擋的，設計基本風速為27m/s，對于無樹木、建筑物遮擋的，設計基本風速為25m/s。另外，還要考慮一些極端惡劣天氣對輸電線路架設、運行產生的影響，例如高、低溫天氣，雷暴和覆冰等。全線設計氣象條件如表1 所示。

表1 110KV 架空輸電線路權限設計氣象組合條件

3 導線及地線的型式選擇

3.1 導線設計

在輸電線路設計方案中，導線的選型是關鍵內容。必須要綜合考慮多項因素，既要滿足輸電需要，還要保證穩定運行，以及在成本、環保等方面也要做到統籌兼顧。例如，要關注導線的機械性能，以保證輸電線路在通過風口，或覆冰時，仍然能夠保證線路安全。設計中重點考慮以下兩項指標：（1）最高允許溫度。受到電流熱效應的影響，導線在輸送電能過程中不可避免會出現發熱現象。并且隨著運行時間的增加、電流的加大，發熱情況也會更加明顯。鋼芯鋁絞線耐熱溫度達150℃，可作為導線選型的優選材料。（2）表面電場強度。電暈除了增加輸電線路運行時的電能損耗，還會對線路中的電氣設備造成損害，因此對導線表面電場強度也要予以限制。參考相關規范的要求，該值不得超過全面電暈電場強度的85%。除了上述兩項指標外，還包括無線電干擾限值、工頻磁場限值和機械特性等指標，具體要求如表2 所示。

表2 導線選型關鍵指標要求

3.2 地線設計

地線選型時，要考慮到出現單相短路故障情況后，短路電流帶來的沖擊影響，因此為了使短路容量留出裕度，本次工程中選擇了OPGW 光纜。試驗表明，對于110KV 輸電線路，發生單相短路問題時，形成的短路電流通常為15-20KA。設計兩條地線，按照每根地線均勻分擔，故設計短路容量應在30-40KA。導線與地線的選型要求如表3 所示。

表3 導線與地線的選型要求

4 輸電線路的絕緣配置

在設計絕緣配置時，應遵循“絕緣到位，留有裕度”的要求。全線爬電比距設計為50mm/KV。絕緣子的選型也是輸電線路設計的關鍵點，為滿足絕緣要求，本次工程中使用復合絕緣子，具體要求為：（1）導線懸垂串和跳線串均采用了FXBW-110/120 型合成絕緣子，結構1440mm 高度，最小公稱爬電距離3520mm。核心成分為耐酸芯棒，具有防污染效果好、承受張力大、易于維護等特點。（2）地線處采用U70CN 型絕緣子，將地線與變壓站接地網區分開來。同時，參考《電力系統污區分級與外絕緣選擇標準》（Q/GDW152-2006）中對于各級污區絕緣水平的有關規定，采用的爬電比距如表4 所示。

表4 不同電壓等級下爬距、統一爬電比距的要求

5 桿塔及基礎型式設計

5.1 桿塔型式

結合輸電線路沿線地形環境，以及導線、地線的設計，本次工程中所用桿塔主要分為兩種形式：一種是普通的鋼管桿，直徑為2.2 米，材質為Q235B，具體又分成了1GGF3 和1GGF4 兩種類型。鋼管桿使用條件為海拔1000mm 以內，最大承受風速不超過30m/s；另一種是雙回角鋼塔，材質為Q345，使用條件為海拔1000m 以內，最大承受風速不超過35m/s。兩種型式的桿塔具體指標如表5 所示。

表5 110KV 架空輸電線路桿塔選型

5.2 基礎型式

結合地質勘察資料可知本次工程全線以平地為主，其中表層地質70%為松砂石，30%為巖石，為基礎設計和施工提供了有利條件。另外，沿線不經過水利工程、鐵路線路，只跨過小面積農田。綜合上述條件，在基礎設計是選擇用支柱板式基礎，配合使用直線塔、轉角塔壓腿，基礎部分采用HPB300 級熱軋鋼筋，并澆筑C30 混凝土成型。基礎選型及設計內容如表6 所示。

表6 110KV 架空輸電線路基礎型式

6 防腐、防震等措施

考慮到110KV 架空輸電線路長期處于野外露天環境，因此對金屬構件的防腐要求較高。本次工程中所用的金屬構件，如鋼管桿、角鋼塔，以及螺栓等，都必須經過熱鍍鋅處理，以提高其防腐、防銹能力。對于導線、地線，在選型和設計時充分考慮最大使用應力，例如導線為95.09N/mm2，而地線為191.26N/mm2，保證輸電線路具有較好的抗震、抗拉效果。在設計方案中還增加了預絞式防震錘，對于消除雨水、冰雪沉積，或者風力影響產生的不同頻率的振動，能夠進行有效吸收，從而降低滑線情況，延長了輸電線路的使用壽命，對保證輸電穩定也有積極效果。

7 節能與環保措施

7.1 線路節能措施

基于電力公司自身經濟效益的考慮，在110kV 架空輸電線路設計與安裝過程中，在保證電力系統穩定運行、滿足客戶用電需求的前提下，必須要盡量選用節能措施降低投資和運維成本。本次工程中采取的節能措施包括：（1）優化線路架設方式，用同塔雙回路架設線路，節約線路走廊，降低成本；（2）在滿足區域供電需要的基礎上，使用了鋼芯鋁絞線2×JL/G1A-300/40，其導電率是同等截面下銅芯的80%左右，但是成本僅為銅芯的1/2。長距離架設輸電線路時，鋼芯鋁絞線節約的成本十分顯著；（3）使用節能金具，如導線處的鋁合金防暈線夾，導地線處的預絞式防震錘等，都起到了一定的節能效果。

7.2 線路環保措施

為最大程度上降低110kV 輸電線路安裝中對沿線環境造成的破壞，在設計環節還充分考慮了環保要求。具體如下：（1）輸電線路的路徑規劃中，盡量避讓既有建筑物。穿過樹林時，采取高跨處理，避免砍伐樹木，起到了保護環境的效果。在臨近村落的位置設置顯眼的警示牌，避免意外觸電事故。（2）大量使用自立塔，減少對農田的侵占。對于因修建桿塔等線路基礎設施造成植被破壞的，在施工結束后采用栽種草木等方式恢復植被。埋設桿塔時，基坑開挖產生棄土就近堆放，后期回填時重復利用，降低對環境的破壞。

8 結論

為滿足日益增長的用電需求，需要新建、擴建輸電線路。在110kV 架空輸電線路工程中，前期的地質與氣象調查以及工程方案設計十分重要。在提前掌握了沿線地質狀況、氣象條件的基礎上，分別從導線、地線的選型，絕緣子的配置，以及桿塔和基礎型式的選用上進行充分考慮，才能保證設計方案的可行性。