淺談高壓架空輸電線路設計的優化措施

莫錫

摘要：輸電線路承擔著由電源子系統向電能消費子系統進行電能傳輸、交換、調節和分配的重任，是電力系統重要的不可缺少的組成部分，是現代電力系統的主動脈。本文以高壓架空輸電線路設計為研究對象，就其在設計需要注意的問題進行了分析，并從環境影響、智能優化等方面提出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;輸電線路設計;無線通信技術

前言

在輸電線路工程建設中，一般都優先采用高壓架空輸電線路，只是在城區，線路走廊擁擠地段，對環境保護有特殊要求的地區，或跨越大的水域不能采用架空線路時，才采用電纜線路。高壓架空輸電線路工程涉及電氣、力學、機械等許多學科領域的知識，工程建設中還會牽涉到許多行業和部門。因此，高壓架空輸電線路是一種綜合性工程，高壓架空輸電線路設計是一項綜合性很強的工作，線路設計正確與否，不僅決定著線路工程建設本身的技術經濟的合理性，也對電力系統的運行可靠性、經濟性起著關鍵的作用。

1.高壓架空輸電線路的設計要求

1.1輸電線路導線

導線是架空輸電線路的主體，擔負著傳輸電能的作用，導線架設在桿塔上，它在陽光、風、雨、冰雪、雷電和大氣溫度變化等自然條件和重力場作用下運行，同時還會受到周圍大氣環境所含化學物質的侵蝕。因此，架空輸電線路的導線應滿足如下要求：①具有良好的導電性能;②要能承受機械力的作用，必須具有足夠高的機械強度，而且為了便于施工，導線應堅韌、有柔性;③架空導線在大氣環境中運行，應能承受大氣環境中有侵蝕性物質的作用，應具有一定的抗氧化、抗腐蝕能力;④應價格低廉、質量較輕[1]。

1.2避雷線

避雷線架設在導線上方，其主要功能是防止導線遭受雷擊。架空線路是否架設避雷線應根據線路電壓等級、負荷性質和系統運行方式，并結合當地已有線路的運行經驗、地區雷電活動的強弱、地形地貌特點及土壤電阻率高低等因素來決定。避雷線要求機械強度高，耐振、耐腐蝕，具有一定的導電性和足夠的熱穩定性。

1.3輸電線路絕緣子

架空線路的絕緣子是用來支持導線并使之與桿塔問絕緣的，它由絕緣部件與金屬部件膠裝在一起而構成，絕緣材料有電瓷、鋼化玻璃、塑料、環氧樹脂及合成材料等，目前使用最廣泛的是電瓷。絕緣子應具有足夠的絕緣強度和機械強度，同時對化學雜質的侵蝕具有足夠的抵抗能力，并適應周圍大氣條件的變化，如溫度、濕度變化的影響。

1.4輸電線路桿塔

桿塔是架空輸電線路的重要組成部分，使導線與導線之間、導線與地線之間、導線與桿塔之間、導線與地面、交叉跨越物之間保持一定的安全距離，為線路運行提供必要條件。目前常用的桿塔有鋼筋混凝土電桿和鐵塔兩種。在線路總投資中，桿塔部分約占40%，因此設計時應盡量做到桿塔結構簡單、材料消耗量少、機械強度高、便于施工安裝和維護。

2.高壓架空輸電線路的設計優化

2.1輸電線路的優化選線

高壓架空輸電線路建設的成本主要包括桿塔、電線等的本體造價，對現有環境破壞造成的賠償費用（如房屋拆遷、林木砍伐等），線路勘察、設計、施工的費用等。優化選線設計的主要目的就是盡量使路徑走向更合理、桿塔布置更經濟，同時減少對現有環境的影響，從而達到節省工程投資的目的。

由于輸電線路穿越空間有著嚴格的條件限制，因此輸電線路的選線是一項極為細致與復雜的工作。一般而言，輸電線路選線是先在1：10000或者1：50000地形圖上初步確定一條較好的路徑，結合各重點區域踏勘進行局部變動。設計人員所使用的地形圖資料由測量專業工作提供，或從測繪局購買地形圖。部分設計單位使用遙感圖來做線路的初選，這大大提高了初選線路的準確性和科學性，減少后期改線的幾率，提高工作效率[2]。

2.2絕緣配合及防雷設計

（1）污區劃分及鹽密取值

準確劃分全線污穢等級，確定各級污區范圍是直流輸電線路絕緣配置合理的重要前提條件。污穢等級的劃分需根據線長等值附鹽密度、結合污濕特征和運行經驗三因素綜合考慮。按此原則，對工程線路走廊沿線進行了污染情況調查，并按工程實際情況進行污區的劃分。

（2）絕緣子片數選擇

輸電線路的絕緣配合主要是選擇絕緣子型式、絕緣子串的片數和空氣間隙。它們應同時滿足工作電壓、操作過電壓和雷電過電壓的要求。

直流輸電線路的絕緣子片數選擇主要取決于工作電壓下的污穢耐壓特性。因此，一般是根據污穢性能選擇絕緣子片數，再對操作過電壓、雷電沖擊及防覆冰閃絡要求進行校核。

2.3桿塔選型

工程直線塔和耐張塔均采用比較成熟的干子型塔。直線塔采用V型串布置型式，橫擔端部采用方形斷面，可以在基本不增加塔重的前提下，增加橫擔剛度，保證節點連接可靠;直線轉角塔采用L串，既可縮小極間距，壓縮線路走廊寬度，又可減輕塔重。

通過優化對比計算，根據高壓架空輸電線路鐵塔的受力特點，塔身斷面采用方型斷面;并且對塔身斜材布置方式、鐵塔接腿方式進行優化，使其達到最優經濟坡度組合[3]。

此外隨著科學技術的不斷進步，輸電網也日趨智能化，對于季節臺風多發區可采取先進的傳感技術和高速通信技術，來對絕緣子及導線情況進行檢測，從而降低線路故障及線路事故發生概率。

2.4基礎設計優化

（1）現澆基礎的混凝土強度等級不應低于C20級。

（2）基礎深埋應大于0.5m，在季節性凍土地區，當地基具有凍脹性時應大于土壤的標準凍結深度。

（3）跨越河流或位于洪泛區的基礎，應收集水文地質資料，必要時考慮沖刷作用和漂浮物的撞擊影響，并應采取相應的防護措施。

（4）對位于地震烈度7度及以上地區的高桿塔基礎及特殊重要的桿塔基礎、8度及以上地區的220kV及以上耐張型桿塔的基礎，當場地為飽和砂土或飽和粉土時，均應考慮地基液化的可能性，并應采取必要的穩定和抗震措施。

（5）轉角塔、終端塔的基礎應采取預偏措施，預偏后的基礎頂面應在同一坡面上。

2.5交叉跨越的優化措施

當輸電線路與甲類火災危險性的生產廠房、甲類物品庫房、易燃、易爆材料堆場以及可燃或易燃、易爆液體貯罐的防火間距不應小于桿塔高度加3m，還應滿足其他的相關規定;當輸電線路跨越220kV及以上線路，鐵路，高速公路及特殊管道等時，懸垂絕緣子串宜采用雙聯串或兩個單聯串。

2.6環境保護的優化措施

（1）輸電線路設計應符合國家環境保護、水土保持和生態環境保護的有關法律法規的要求。

（2）輸電線路的設計中應對電磁干擾、噪聲等污染因子采取必要的防治措施，減少其對周圍環境的影響。

（3）輸電線路無線電干擾限值、可聽噪聲限值和房屋附近未畸變電場值應符合相關標準。

（4）對沿線相關的弱電線路和無線電設施應進行通信保護設計并采取相應的處理措施。

（5）山區線路應采用全方位長短腿與不等高基礎配合使用。

（6）輸電線路經過經濟作物或林區時，宜采取跨越設計。

3.結語

總體來說，高壓架空線路設計是一項綜合性很強的工作，所涉及的專業知識面廣。因此，架空輸電線路設計人員不僅要掌握本專業的專門知識，而且還要了解相關專業的知識，熟悉國家有關方針政策及相關部門的特殊要求。此外，隨著計算機網絡技術、傳感技術的不斷發展，電網的發展也日益復雜，相關人員更要加強對高壓架空輸電線路設計的優化，來不斷提高電網應對自然災害的能力和自愈能力，進而保障電網安全穩定的運行。

參考文獻：

[1]劉揚.淺析架空輸電線路設計[J].中國電力教育，2012（S2）：21-22.

[2]唐正文，豐阿麗.淺析高壓輸變電線路的設計與維護電源技術應用[J].2013（10）：55-56.

[3]唐違生.輸電線路施工過程中管理問題探究[J].黑龍江科技信息，2012（36）：90-91