沿海地區10 kV 配電線路設計電桿選型分析

覃 丹，陳奕達，王玫尹

（海南電網公司，海南 海口 570203）

自2018-04 海南建設自由貿易試驗區和中國特色自由貿易港以來，海南的經濟發展及城市建設提速，居民用電水平快速攀升，為全面支撐海南“一區一港”建設，海南的配電網設計管理需更加精細化。

1 當前海南10 kV 配電網桿塔設計過程中存在的問題以及難點

由于海南特殊的地理位置，部分沿海風區最大風速達39 m/s，標準設計風速超出35 m/s 區域防風校驗為空白，無法為配網線路設計和評審提供可靠依據；其次，配網工程勘測設計單位桿塔選型計算過程、參數選擇存在錯誤，計算結果也差異較大，導致不同設計單位設計的線路標準不統一，單位造價也相差較大。其結果要么給電網的工程質量及運行維護埋下隱患；要么標準過高，給國家和企業造成不必要的資金浪費。隨著海南自貿港建設的推進，美麗鄉村建設的全面鋪開，電力需求快速增加，大截面導線的設計使用越來越普遍，而受征地及安全性限制，使用普通電桿達打拉線的方式越來越難實施，高強度電桿及鐵塔的使用越來越多，因此在桿塔選型計算上應更加嚴謹，結合海南實際的風區分布提出統一的設計標準。

2 10 kV 配電線路設計電桿選型場景選取分析

海南四面環海，臺風多發，“三高”氣候環境常常給沿海電力設備帶來巨大的運行風險與經濟損失，根據海南省地區的氣象條件，考慮到經濟性、安全性和通用性，最大設計風速采用離地10 m 高，30 年一遇10 min 平均最大風速，分別取30 m/s 、35 m/s 和40 m/s 三種場景下電桿選型進行分析。其中 30 m/s、35 m/s 場景下的安全系數及檔距的選取可根據典型設計，按統一標準選取；40 m/s 場景下的參數選取沒有依據。因此通過測算和驗證，在安全性和經濟性之間尋找最優方案：JKLYJ-70 mm2導線（安全系數取3），檔距不宜超過60 m；JKLYJ-120 mm2導線（安全系數取4）、JKLYJ-185mm2導線（安全系數取5）、JKLYJ-240 mm2導線（安全系數取6）。

3 10 kV 配電線路設計電桿選型參數選取分析

10 kV 配電線路電桿受力計算過程中參數的選取對結果的影響較大，目前各設計單位參數的選取遵循不同的規范，如μZ為風壓高度變化系數，GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》與《工業與民用供配電設計手冊（第四版）》取值標準就不一樣，究竟在配電網的設計中應該如何選擇。本次按照發布時間最新、最適用于配電網設計的原則進行分析，最終統一參數標準如下。

3.1 運行工況下導線風荷載及電桿風荷載參數的選取

導線自身風荷載標準值計算公式如下：

式（1）中：ɑ為風壓不均勻系數，按《南方電網公司配電線路防風設計技術規范》表7.1.2 取值0.9；Wo=V2/1 600 kN/m2（基本風壓標準值）；μs為導線風荷載體系系數，線徑大于17 mm 時取1.1；d為導線的外徑，m；LP為水平檔距，m。

電桿自身風荷載標準值計算公式如下：

式（2）中：β為風振系數，按GB 50061—2010《66kV 及以下架空電力線路設計規范》表8.1.5 取值1；μs為風荷載體型系數，環形混凝土電桿、鋼管桿干身取0.7；μZ為風壓高度變化系數，根據《工業與民用供配電設計手冊（第四版）》10.3.9 取值0.74；A為桿塔結構構件迎風面的投影面積，風壓投影面積=（稍徑+底徑）×高度/2；Wo=V2/1 600 kN/m2（基本風壓標準值）。

此外，按GB 50061—2010《66 kV 及以下架空電力線路設計規范》第10.1.13 條無拉線錐形單桿可按受彎構件進行計算，彎矩應乘以增大系數1.1。

3.2 斷線工況(僅考慮直線耐張和轉角耐張)

斷線張力計算公式為σ斷線張力=σmax（最大使用張力百分比）%。

導線的最大使用應力σmax=0.95σp/K，σp為額定拉斷力，K為放線安全系數。由于導線上有接續管、耐張管、補修管，使導線拉斷力降低，因此設計使用的導線保證計算拉斷力為就散拉斷力的95%。

（最大使用張力百分比）%，按GB 50061—2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》表8.1.12 和8.1.13 取值70%。耐張型桿塔的斷線工況選取應按GB 50061—2010《66 kV 及以下架空電力線路設計規范》第8.1.10 和8.1.11 要求，耐張型桿塔單回路及雙回路均按同檔斷兩相導線考慮。

導線張力作用下電桿的彎矩標準值計算公式：T1為斷線張力之和，T2為未斷導線角度合力之和。

單回：T1=σ斷線張力×上導線力臂+σ斷線張力×下導線力臂，T2=2T最大拉力×sin（α/2）×下導線力臂。

雙回：T1=σ斷線張力×上導線力臂×2，T2=2T最大拉力×sin（α/2）×中導線力臂×2+2T最大拉力×sin（α/2）×下導線力臂×2。

4 經濟性比較

經過上述參數的選取，以單回架設絕緣導線，以35 m/s風速場景下的應用計算為例，進行經濟性比較。單回架設絕緣導線如表1 所示。

表1 單回架設絕緣導線（風速v=35m/s）

表1 中的桿塔選型推薦是由設計值得出，但不一定是最經濟的，以JKLYJ-70 mm2在90°轉角桿的選型為例，在滿足安全性的要求下，可以選擇最經濟的鐵塔型號H1J37-10，綜合造價為4.46 萬元；在地形沒有特殊要求的情況下，也可以選擇BY-Z-350×15-250 kN·m，綜合造價為3.25 萬元，造價減少1.21 萬元。

以此類推，以一條12 km 的架空絕緣線路設計，路徑曲折系數取1.15，同樣場景下，按照之前的設計標準，造價約在580 萬元，按照優化參數后經濟比選，造價降低約61 萬元，在確保配網線路安全性的基礎上，將為公司節約大量的投資。

5 結論

通過統一電桿選型計算過程中參數的選取，統一了全省10 kV 配電網設計及評審標準，彌補了標準設計風速超出35 m/s 區域防風校驗空白，為配網線路設計和評審提供了可靠依據，保證配網線路的安全性和經濟性。