淺談高壓架空輸電線路設計的優化措施

摘 要：隨著我國國民經濟發展和社會進步，建設智能電網提出建立以特高壓工程為網架、各級電網同步發展的戰略，高壓架空輸電線路日益增多，本文結合筆者自身經驗，從高壓架空輸電線路的設計需求、高壓架空輸電線路對城市的影響等分析入手，從環境影響限值優化、設計標準優化和智能化優化等三方面，淺談了高壓架空輸電線路設計的優化措施。

關鍵詞：高壓；架空輸電線路；優化

近年來，隨著我國經濟的飛速發展，對電能的需求不斷提升，電網規模不斷擴大、電壓等級逐漸提高、網架結構日益復雜，對高壓架空線路的設計質量要求也越來越高。隨著城市化進程的不斷加快，城市空間日益擁擠，為了靠近負荷中心，高壓變電站靠近市區，由此帶來了關于輸電線路的生態環境影響、智能化設計、在線監測等方面的新問題，本文結合筆者自身工作實踐，淺談高壓架空輸電線路設計的優化。

1 高壓架空輸電線路的設計需求

架空線路與電纜線路是目前常用的兩種送電線路，目前，國內外普遍采用架空線路作為輸送電能的最主要方式。其中，架空線路一般使用無絕緣的裸導線，通過絕緣子將導線懸架在輸電線路桿塔上，來進行送電。所以，架空輸電線路可以認為是由輸電線路桿塔、輸電線路導地線和絕緣子金具串共同構成。

1.1 輸電線路桿塔

高壓架空輸電線路桿塔多為鋼筋混凝土桿塔或鐵塔，是架空輸電線路的主要支撐結構，高壓架空輸電線路桿塔根據需求不同又分為直線塔、轉角塔、終端塔、換位塔、分支塔、輕重冰區分界塔、大跨越塔、特高壓酒杯塔、分體塔、雙柱塔等。

架空輸電線路桿塔的設計包括基礎上拔穩定計算、基礎下壓和地基計算、構件和基礎底板承載力計算等，這對于高壓輸電線路桿塔來說尤為重要。

1.2 輸電線路導線

架空線路的導線一般由導電性能良好的金屬制成，為保持合適的通流密度，導線應該根據工程輸送容量的需要來選擇截面，為降低電暈放電的可能，導線應具有較大的曲率半徑。

高壓架空輸電線路多采用分裂導線來提高輸送容量，為防止架空輸電線路的感應過電壓和雷擊過電壓帶來的傷害，多在輸電線路導線的上方采用避雷線，對于重要的輸電線路，通常設置兩根防雷線且增大地線架保護角。在設計架空輸電線路時，應考慮到線路沿線的氣候環境、自然條件（雷閃、雨淋、結冰、洪水、濕霧）等的影響。此外，架空輸電線路的路徑還應具備充裕的地面寬度和凈空走廊。

1.3 輸電線路絕緣子

作為高壓架空線路的重要構件之一，絕緣子主要作用是在一定的荷載和過電壓條件下，支撐導線，并使得導線的帶電部分與大地絕緣。高壓架空線路因其電壓水平高，對絕緣的要求相應提高。絕緣子的性能主要取決于絕緣材料的質量，目前在高壓架空線路上常用的絕緣子有：懸式盤型絕緣子、玻璃絕緣子、有機復合材料絕緣子等。在高壓架空線路的設計中，應當注意絕緣子的機械荷載、電氣強度、抗腐蝕、抗劣化的性能滿足要求。

2 高壓架空輸電線路的設計優化

高壓架空線路的電壓高、占地面積較廣，周圍存在較強的電暈現象和電場效應，以及工頻電磁場引起的高頻信號。尤其是近年來，隨著我國城市空間的日益擁擠，用地走廊的壓縮，一些大城市的高壓變電站逐漸靠近市區，這對高壓架空線路的設計提出了更高的要求。

2.1 高壓架空輸電線路對城市的影響

高壓架空線路在設計時，需要考慮的因素很多，下文僅從高壓架空輸電線路對城市的影響方面來進行優化分析。

2.1.1 可聽噪聲

高壓輸電線路由于電暈放電，會產生較寬頻帶的“嗡嗡”聲，影響身心健康，特高壓輸電線路產生的寬頻帶噪聲、無規則噪聲、100Hz整數倍的純音，對人居的舒適度造成極大影響，噪聲因素成為高壓架空輸電線路設計時必須考慮的內容。

2.1.2 跨步電壓

跨步電壓是指，在高壓接地網中流過的大量交流和直流電流，在電流的入地點周圍電位分布區行走的行人，其兩腳之間的電位差。行人的兩腳之間以0.8米計，當跨步電壓超過一定值，達到40-50V時，會使行人遭受電擊危險。尤其是跨步電壓可能使人摔倒，加大人體的接觸電壓，增加危險性。

2.1.3 電磁污染

高壓架空輸電線路的電磁場強度大于某一限值后，會對周圍的廣播、電視信號帶來干擾，產生電磁輻射。

2.2 高壓架空輸電線路設計的優化

2.2.1 城市地區高壓架空線路的環境影響限值優化

目前，對于超高壓輸電線路設計，在工頻電磁場的強度限值方面，還沒有明確的國家標準。結合我國環?？偩种贫ǖ沫h境保護行業標準HJ/T24-1998（《500kV超高壓送變電工程電磁輻射環境影響評價技術規范》，同樣適應于110kV、220kV、330kV線路的電磁輻射和環境影響的評價）、輸電線路設計規定、其它國家的相關規定，我國目前以4kV/m為居民區的工頻電場評價標準，以工頻磁場0.1mT（約為80A/m）為工頻磁場的限值。而對于噪聲和電磁污染，對于架空線路的距離邊導線投20m距離處，以晴天的測試頻率為0.5Hz為準，無線電干擾值為53dB（uV/m），線路噪聲限值55dB（A）。2007年，世界衛生組織WHO發布《極低頻場環境健康準則（EHC，No.238）》，將我國目前采用的標準與WHO推薦的國際導則和標準對比，在噪聲、電磁污染方面還是存在一定距離，有改進和優化空間。

2.2.2 城市地區高壓架空線路的設計標準優化

當新建的高壓架空輸電線路導線的最低點大于12m時，如果導線是按照逆相序來排列的，則：地面1.5m處的工頻電場<2.5kV/m，工頻磁場<0.05mT，離邊相導線的投影20m處的0.5MHz的無線電干擾值<43dB，均低于國家規定的限值；2.5kV/m，低于國家規定的限值，結合實際調查發現，在城市地區的高壓架空線路下，工頻電磁場基本不超標，當架空線下存在房屋時，最有可能存在電磁場超標，對于城市居民居住的房頂和陽臺，可能存在畸變電磁場，超過國家規定的限值（工頻電場4kV/m，工頻磁場0.1mT）?；谏鲜鼋Y果，城市地區高壓架空線路的設計時，應優化措施，改善高壓架空輸電線路下的建筑物畸變的電磁場，可以采?。禾岣邨U塔高度、給桿塔增設屏蔽線、給建筑物增設接地線等方法。

2.2.3 城市地區高壓架空線路走廊的設計優化

隨著我國城市空間的日益擁擠，用地走廊的壓縮，為滿足高速發展帶來的用電負荷日益增長的需求。因此，新建高壓架空線路可采用同塔雙回、多回架設，鐵塔類型可采用鋼管桿、窄基鋼管塔的設計方案，滿足城市擁擠電力走廊的需要。

2.2.4 高壓架空輸電線路設計的智能化優化

隨著國家建設堅強智能電網的步伐不斷推進，作為電網重要組成部分的輸電網也在日益智能化，建立輸電線路綜合性的防災和安全信息共享平臺，是高壓架空輸電線路設計智能化的重要體現。例如，福建省全年溫暖濕潤，夏秋季節多臺風，經常造成較大的桿塔倒塌、輸電線路斷線事故，如果采用先進的傳感技術，結合高速通信技術，對導線、絕緣子進行在線檢測，將其各種狀態及時傳送到信號監控中心，對提高架空線路的智能化、降低線路故障和倒塔事故有重要作用。

3 結語

在智能電網的建設過程中，隨著高壓架空輸電線路的不斷增大，對高壓架空線路的設計、運行、維護等方面的研究也進一步增強。伴隨著傳感技術、計算機網絡技術、通信技術等的發展，電網將朝著日益堅強的方向發展。大規模的區域聯網給電網帶來了新的隱患，必須加強電網的自愈功能，優化高壓架空輸電線路的設計，提高應對地震、冰災、雨雪天氣的能力，保障電網的安全穩定運行。

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