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摘要: 随着国民经济的发展与电力需求的不断增长，架空送电线路也遇到了一些问题。本文从线路走径、杆塔定位等方面浅谈了高压架空送电线路的设计，提出了高压架空送电线路设计中遇到的一些问题，并对此做出了分析，提出了解决措施。
关键词:送电线路；路径；杆塔定位；架空送电
前言
架空送电线路是电力系统的重要组成部分，其安全可靠的运行，很重要的一方面在于精确的计算、经济合理的设计、高质量的施工和日常的运行维护，这可降低工程建设成本。笔者从线路走径、杆塔定位等方面，阐述了高压架空送电线路的设计中遇到的问题，并提出诸如直线耐张、绝缘子串倒挂等方法,保证了线路的可靠运行。
1 线路走径和铁塔定位
1.1 线路走径选择
架空线路的路径选择是一项综合性和实践性很强的工作。下文主要从线路路径的选择应结合各种因素、多种情况考虑论述。
线路走径选择的原则：选择线路路径时应遵守我国有关法律和法令。线路路径的选择应结合交通条件及地质地形情况考虑。沿线交通便利，便于施工、运行，但不要因此使线路长度增加较多。若条件允许，最好将路径选在交通相对便利的地方，现在的施工及运输一般都由较大型的机械来承担，若交通不便，势必影响施工进度。在可能的情况下，应使路径长度最短、转角少、角度小、特殊路越少、水文地质条件好、投资少、省材料、施工方便、运行方便、安全可靠。
地质方面一般应观察记录沿线地质地貌现象，对土、石、水等做必要的物理与化学分析，如土壤种类、湿度、水质对混凝土的侵蚀程度等。除按上述常规经验选择外，还应特别注意避开采空区，以免地面塌陷而危及线路安全。如一些采掘业发展史较长的省份，采空区相当多，再加上部分小矿私挖滥采，造成了许多地区地面塌陷而危及建构筑物的安全。
另外，线路应尽可能避开森林、绿化区、果木林、防护林带、公园等，必须穿越时也应选择最窄处通过，尽量减少砍伐树木。路径选择应尽量避免拆迁，减少拆迁房和其它建筑物。线路应避开不良地质地段，以减少基础施工量。应尽量少占农田，不占良田。应避免和同一河流或工程设施多次交叉。
如：该线路引自某区域变电所,全长3千米,沿线翻山越涧、地形复杂,起伏较大,进出线走廊十分狭窄见图1。因此,该线采用双回路铁塔共杆,鉴于当地属多雷区,全线架设架空避雷线,其导线为LGJ-185,避雷线为GJ-50。按照在保证安全的条件下尽量使线路最短的原则,考虑地形、地物、电力和电讯线路等外部约束条件,以及计算线路对铁路讯号的干扰影响后,选择线路路径如图1所示。
圖1110千伏送电线路路径平面图
1.2 电线弧垂应力计算
考虑到线路短,地形复杂,外部约束条件多,使得线路转角多,代表档距小,可以适当放松导线,选取安全系数为4,可计算出最大电线平均运行应力为71N/mm2。根据气象条件(见表1)和导线的比载,可以计算出有效临界档距lj=90m。即090,为B控区。
表1 当地气象条件
若已知某代表档距为l,气温tm、电线比载gm条件下应力σm,而待求气象条件下gn、tn的应力σn、弧垂fn,考虑到电线的弹性伸长和温度伸长,可得电线的状态方程式[1]如下
(1)
(2)
式中:l—线路的代表档距(m);α—电线的温度线膨胀系数(l/℃);E—电线的弹性模数(N/mm2);gm、gn—已知和待求气象条件下的电线比载(N/m•mm2);σm、σn—已知和待求
气象条件下电线应力(N/mm2);fn—待求气象条件下电线的弧垂(m)
以A、B控区的控制条件为已知条件代入式(1)、(2)可求得各有关气象条件下导线的应力弧垂曲线如图2所示。同时,以避雷线+15℃无风、无冰时应力为已知条件可求避雷线的应力弧垂曲线如图3所示。据此,可以计算杆塔强度、验算电线与杆塔的电气间隙,进行杆塔定位及电线防震设计和施工架线弧垂计算。
图2 导线应力弧垂直线图3 避雷线弧垂应力曲线
1.2 铁塔定位
在已经选好的线路路径上，进行定线、断面测绘，在纵断面图上置杆塔的位置，称之为定位。它是线路设计的一个重要环节，其质量关系到线路的造价和施工、运行与维护的方案与安全。因此，必须进行细致的工作，排定出杆塔配置的最佳方案。
定位时应注意下列情况；
（1）应尽量避免孤立档距，尤其是档距较小的孤立档，它易使杆塔受力情况变坏，造成施工困难，给检修带来不便。
（2）山地定位时，除应考虑边坡的稳固外，尚须保证电杆的焊接排杆、立杆、临时打拉线紧线等条件是否具备。
（3）立于陡坡的杆塔，应考虑其基础有无被冲刷的可能。
（4）引拉线杆塔应注意拉线的位置，平地应注意避免拉线打在路边或池塘洼地，山地应注意避免顺坡打拉线使拉线过长。
（5）在重冰区，应尽量避免大档距，尽可能使档距均匀一些。
本线路纵断面及杆塔布置如图4所示。杆塔型号见表2。
表2 铁塔一览表
图4 线路纵断面简图
2问题的处理
2.1 直线耐张
由图4可知,杆塔N15、N16间水平距离为315m,高差达53m,垂直档距较大,使得导线悬垂角超过线夹允许悬垂角。验算表明,N15塔经常处于上拔状态,所受上拔力较大,又考虑到两杆塔间相当于一个大跨越,所以直线杆位N15选用90°耐张塔DSnT390。
2.2 耐张绝缘子串倒挂
当相邻杆塔高差较大致使位于低处的耐张杆塔上绝缘子串上仰时,其裙边将积水,从而降低绝缘程度。验算表明,杆塔N15、N16的绝缘子串须倒挂。
2.3 交叉跨越
如图4所示,杆塔N1、N2间线路与煤气管道交叉,且线路与管道的垂直距离仅2m,而设计规范要求3m。因为加高N1铁塔(3m)投资大,合理的解决方法是提高N1塔的标高,考虑加高基础1m即可满足规范要求。杆塔N2、N3间线路与某6千伏临时电力线交叉。为满足规范要求,在施工前临时线路尚未拆除时必须将其标高降低。
2.4 降低施工基面
由于线路大部分的杆塔位于山坡下或山腰间,横断面坡度大。如以中心标高为施工基面,则杆塔基础埋入地下部分太浅,为满足基础受上拔力或倾复力时的稳定要求,杆塔计算基础埋深的起始基面应降低到杆塔中心桩高以下。施工基面值可根据土壤的上拔角或抗剪角计算。
2.5 杆塔中心位移
由于铁塔横担较宽,为尽量减少转角塔两侧直线杆塔所受角度荷重的影响,杆塔中心必须与线路转角中心桩有一段位移距离S0,可以计算出各国转角塔中心位移值如表3所示。
2.6 导线换位
其主要作用是减小电力系统正常运行时电流和电压的不对称。因为不换位线路的每相阻抗和导纳是不相等的,将引起负序和零序电流,而过大的负序电流将会引起系统内电机的过热,零序电流超过一定值后有可能引起灵敏度较高的接地继电器的误动作。由于线路短,只在进入总降时才进行一次导线换位。表3 转角杆中心位移值
3 结束语
在架空电力线路设计中，有一个非常重要的环节就是路径选择与杆塔定位，它是一项技术性、政策性、实践性很强的工作。设计人员应在确保线路设计安全可靠的前提下，综合考虑线路工程的经济造价、施工条件及日后的运行维护等因素，慎重对待，选出最佳路径方案，并做好每一墓杆塔的排杆定位。本文运用电线力学计算电线弧垂应力曲线,针对某110KV送电线路的特殊情况进行验算,采取诸如直线耐张、绝缘子串倒挂等方法,保证了线路的可靠运行。
参考文献：
[1]郑信国 高压架空输电线路设计中的环境评估 中国科技信息 2005
[2]张俊生 架空输电线路设计小议 科技情报开发与经济 2006
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:送电线路；路径；杆塔定位；架空送电
前言
架空送电线路是电力系统的重要组成部分，其安全可靠的运行，很重要的一方面在于精确的计算、经济合理的设计、高质量的施工和日常的运行维护，这可降低工程建设成本。笔者从线路走径、杆塔定位等方面，阐述了高压架空送电线路的设计中遇到的问题，并提出诸如直线耐张、绝缘子串倒挂等方法,保证了线路的可靠运行。
1 线路走径和铁塔定位
1.1 线路走径选择
架空线路的路径选择是一项综合性和实践性很强的工作。下文主要从线路路径的选择应结合各种因素、多种情况考虑论述。
线路走径选择的原则：选择线路路径时应遵守我国有关法律和法令。线路路径的选择应结合交通条件及地质地形情况考虑。沿线交通便利，便于施工、运行，但不要因此使线路长度增加较多。若条件允许，最好将路径选在交通相对便利的地方，现在的施工及运输一般都由较大型的机械来承担，若交通不便，势必影响施工进度。在可能的情况下，应使路径长度最短、转角少、角度小、特殊路越少、水文地质条件好、投资少、省材料、施工方便、运行方便、安全可靠。
地质方面一般应观察记录沿线地质地貌现象，对土、石、水等做必要的物理与化学分析，如土壤种类、湿度、水质对混凝土的侵蚀程度等。除按上述常规经验选择外，还应特别注意避开采空区，以免地面塌陷而危及线路安全。如一些采掘业发展史较长的省份，采空区相当多，再加上部分小矿私挖滥采，造成了许多地区地面塌陷而危及建构筑物的安全。
另外，线路应尽可能避开森林、绿化区、果木林、防护林带、公园等，必须穿越时也应选择最窄处通过，尽量减少砍伐树木。路径选择应尽量避免拆迁，减少拆迁房和其它建筑物。线路应避开不良地质地段，以减少基础施工量。应尽量少占农田，不占良田。应避免和同一河流或工程设施多次交叉。
如：该线路引自某区域变电所,全长3千米,沿线翻山越涧、地形复杂,起伏较大,进出线走廊十分狭窄见图1。因此,该线采用双回路铁塔共杆,鉴于当地属多雷区,全线架设架空避雷线,其导线为LGJ-185,避雷线为GJ-50。按照在保证安全的条件下尽量使线路最短的原则,考虑地形、地物、电力和电讯线路等外部约束条件,以及计算线路对铁路讯号的干扰影响后,选择线路路径如图1所示。
圖1110千伏送电线路路径平面图
1.2 电线弧垂应力计算
考虑到线路短,地形复杂,外部约束条件多,使得线路转角多,代表档距小,可以适当放松导线,选取安全系数为4,可计算出最大电线平均运行应力为71N/mm2。根据气象条件(见表1)和导线的比载,可以计算出有效临界档距lj=90m。即0
表1 当地气象条件
若已知某代表档距为l,气温tm、电线比载gm条件下应力σm,而待求气象条件下gn、tn的应力σn、弧垂fn,考虑到电线的弹性伸长和温度伸长,可得电线的状态方程式[1]如下
(1)
(2)
式中:l—线路的代表档距(m);α—电线的温度线膨胀系数(l/℃);E—电线的弹性模数(N/mm2);gm、gn—已知和待求气象条件下的电线比载(N/m•mm2);σm、σn—已知和待求
气象条件下电线应力(N/mm2);fn—待求气象条件下电线的弧垂(m)
以A、B控区的控制条件为已知条件代入式(1)、(2)可求得各有关气象条件下导线的应力弧垂曲线如图2所示。同时,以避雷线+15℃无风、无冰时应力为已知条件可求避雷线的应力弧垂曲线如图3所示。据此,可以计算杆塔强度、验算电线与杆塔的电气间隙,进行杆塔定位及电线防震设计和施工架线弧垂计算。
图2 导线应力弧垂直线图3 避雷线弧垂应力曲线
1.2 铁塔定位
在已经选好的线路路径上，进行定线、断面测绘，在纵断面图上置杆塔的位置，称之为定位。它是线路设计的一个重要环节，其质量关系到线路的造价和施工、运行与维护的方案与安全。因此，必须进行细致的工作，排定出杆塔配置的最佳方案。
定位时应注意下列情况；
（1）应尽量避免孤立档距，尤其是档距较小的孤立档，它易使杆塔受力情况变坏，造成施工困难，给检修带来不便。
（2）山地定位时，除应考虑边坡的稳固外，尚须保证电杆的焊接排杆、立杆、临时打拉线紧线等条件是否具备。
（3）立于陡坡的杆塔，应考虑其基础有无被冲刷的可能。
（4）引拉线杆塔应注意拉线的位置，平地应注意避免拉线打在路边或池塘洼地，山地应注意避免顺坡打拉线使拉线过长。
（5）在重冰区，应尽量避免大档距，尽可能使档距均匀一些。
本线路纵断面及杆塔布置如图4所示。杆塔型号见表2。
表2 铁塔一览表
图4 线路纵断面简图
2问题的处理
2.1 直线耐张
由图4可知,杆塔N15、N16间水平距离为315m,高差达53m,垂直档距较大,使得导线悬垂角超过线夹允许悬垂角。验算表明,N15塔经常处于上拔状态,所受上拔力较大,又考虑到两杆塔间相当于一个大跨越,所以直线杆位N15选用90°耐张塔DSnT390。
2.2 耐张绝缘子串倒挂
当相邻杆塔高差较大致使位于低处的耐张杆塔上绝缘子串上仰时,其裙边将积水,从而降低绝缘程度。验算表明,杆塔N15、N16的绝缘子串须倒挂。
2.3 交叉跨越
如图4所示,杆塔N1、N2间线路与煤气管道交叉,且线路与管道的垂直距离仅2m,而设计规范要求3m。因为加高N1铁塔(3m)投资大,合理的解决方法是提高N1塔的标高,考虑加高基础1m即可满足规范要求。杆塔N2、N3间线路与某6千伏临时电力线交叉。为满足规范要求,在施工前临时线路尚未拆除时必须将其标高降低。
2.4 降低施工基面
由于线路大部分的杆塔位于山坡下或山腰间,横断面坡度大。如以中心标高为施工基面,则杆塔基础埋入地下部分太浅,为满足基础受上拔力或倾复力时的稳定要求,杆塔计算基础埋深的起始基面应降低到杆塔中心桩高以下。施工基面值可根据土壤的上拔角或抗剪角计算。
2.5 杆塔中心位移
由于铁塔横担较宽,为尽量减少转角塔两侧直线杆塔所受角度荷重的影响,杆塔中心必须与线路转角中心桩有一段位移距离S0,可以计算出各国转角塔中心位移值如表3所示。
2.6 导线换位
其主要作用是减小电力系统正常运行时电流和电压的不对称。因为不换位线路的每相阻抗和导纳是不相等的,将引起负序和零序电流,而过大的负序电流将会引起系统内电机的过热,零序电流超过一定值后有可能引起灵敏度较高的接地继电器的误动作。由于线路短,只在进入总降时才进行一次导线换位。表3 转角杆中心位移值
3 结束语
在架空电力线路设计中，有一个非常重要的环节就是路径选择与杆塔定位，它是一项技术性、政策性、实践性很强的工作。设计人员应在确保线路设计安全可靠的前提下，综合考虑线路工程的经济造价、施工条件及日后的运行维护等因素，慎重对待，选出最佳路径方案，并做好每一墓杆塔的排杆定位。本文运用电线力学计算电线弧垂应力曲线,针对某110KV送电线路的特殊情况进行验算,采取诸如直线耐张、绝缘子串倒挂等方法,保证了线路的可靠运行。
参考文献：
[1]郑信国 高压架空输电线路设计中的环境评估 中国科技信息 2005
[2]张俊生 架空输电线路设计小议 科技情报开发与经济 2006
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。