電網(wǎng)升級(jí)改造中架空輸電線路導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 張志強(qiáng) 朱文衛(wèi) 王彥峰 廣東省電力設(shè)計(jì)研究院 麻閩政 林玉章

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》）采用選擇導(dǎo)線截面的經(jīng)濟(jì)電流密度所對(duì)應(yīng)或相近的導(dǎo)線運(yùn)行溫度50℃（或40℃）進(jìn)行排位設(shè)計(jì)，并通過(guò)在對(duì)地及交叉跨越安全距離中預(yù)留一定裕度以補(bǔ)償系統(tǒng)出現(xiàn)N-1短時(shí)過(guò)載的弧垂增量，不容許導(dǎo)線按允許溫度80℃（或70℃）長(zhǎng)期運(yùn)行。

對(duì)于每年迎峰度夏期間處于重載運(yùn)行且檔距不均勻的線路，由于系統(tǒng)運(yùn)行方式變化、外部環(huán)境苛刻等因素影響，導(dǎo)線溫度有可能達(dá)到70或80℃允許溫度的工況，大檔距段內(nèi)導(dǎo)線的交叉跨越距離將嚴(yán)重不足。此外，對(duì)于按最大輸送功率選擇導(dǎo)線截面的增容改造線路，若仍采用《設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的對(duì)地及交叉跨越距離值，勢(shì)必導(dǎo)致線路改造范圍擴(kuò)大、工程投資增多、改造周期變長(zhǎng)。

1 導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離現(xiàn)行規(guī)范分析

按《設(shè)計(jì)規(guī)范》13.0.1條規(guī)定：導(dǎo)線對(duì)地面、建筑物、樹木、鐵路、道路、河流、管道、索道及各種架空線路的距離，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線運(yùn)行溫度40℃（若導(dǎo)線按允許溫度80℃設(shè)計(jì)時(shí)，導(dǎo)線運(yùn)行溫度取50℃）情況或覆冰無(wú)風(fēng)情況求得的最大弧垂計(jì)算垂直距離；輸電線路與標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路、高速公路及一級(jí)公路交叉時(shí)，當(dāng)交叉檔距超過(guò)200m時(shí)，最大弧垂應(yīng)按導(dǎo)線允許溫度計(jì)算，導(dǎo)線的允許溫度按不同要求取70℃或80℃計(jì)算。在最大計(jì)算弧垂情況下，導(dǎo)線對(duì)地面、耐火屋頂建筑物、樹木（考慮自然生長(zhǎng)高度）以及與鐵路、公路、各種架空線路交叉的最小垂直距離應(yīng)符合規(guī)定的要求值。

110kV、220kV、500kV輸電線路對(duì)地及交叉跨越垂直距離的要求值（m）分別為：居民區(qū)7.0/7.5/14.0；非居民區(qū)6.0/6.5/11.0（10.5，用于導(dǎo)線三角形排列的單回路）；交通困難地區(qū)（步行可以到達(dá)的山坡）5.0/5.5/8.5；耐火屋頂建筑物5.0/6.0/9.0；樹木（考慮自然生長(zhǎng)高度）4.0/4.5/7.0；標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路7.5/8.5/14.0；電氣軌鐵路11.5/12.5/16.0；公路7.0/8.0/14.0；弱電線路3.0/4.0/8.5；電力線（檔中、塔頂）3.0/4.0/6.0、8.5。

《設(shè)計(jì)規(guī)范》采用選擇導(dǎo)線截面的經(jīng)濟(jì)電流密度所對(duì)應(yīng)或相近的導(dǎo)線運(yùn)行溫度50℃（或40℃）進(jìn)行排位設(shè)計(jì)，并通過(guò)在對(duì)地及交叉跨越安全距離中預(yù)留一定裕度以補(bǔ)償系統(tǒng)出現(xiàn)N-1短時(shí)過(guò)載的弧垂增量；由于未按導(dǎo)線實(shí)際最高運(yùn)行溫度的弧垂和交叉跨越間隙控制工況的間隙值進(jìn)行排位設(shè)計(jì)，故不容許導(dǎo)線按允許溫度80℃（或70℃）長(zhǎng)期運(yùn)行。該方法不但容易導(dǎo)致線路設(shè)計(jì)人員概念不清晰，而且電力調(diào)度部門也很難理解及把控N-1短期過(guò)載的時(shí)間長(zhǎng)短。

2 導(dǎo)線弧垂及對(duì)地及交叉跨越距離在不同條件下的變化研究

2.1 不同運(yùn)行工況分析

對(duì)于按經(jīng)濟(jì)電流密度0.9～1.15A/mm2選擇導(dǎo)線截面的輸電線路[1]，常年運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線溫度是不高的，達(dá)到允許溫度的時(shí)間在全年運(yùn)行中所占比重很小，僅在系統(tǒng)事故調(diào)度轉(zhuǎn)移負(fù)荷的短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線運(yùn)行溫度才能達(dá)到70℃（或80℃）。

如表1所示，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)常年的平均氣溫約為15℃，此時(shí)導(dǎo)線的實(shí)際溫度為36.5～40.2℃；對(duì)于廣東珠江三角洲及海南省等我國(guó)南部沿海地域，常年平均氣溫多為20℃、夏季最熱月平均最高氣溫為35℃，此時(shí)導(dǎo)線的溫度分別為41.4～45.0℃、56.0～59.3℃。亦即按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的導(dǎo)線，在線路全年大多數(shù)時(shí)間輸送經(jīng)濟(jì)電流的條件下導(dǎo)線溫度未超出50℃的排位溫度，僅當(dāng)夏季環(huán)境溫度較高、日照強(qiáng)烈、風(fēng)速較小時(shí)，導(dǎo)線溫度有可能設(shè)計(jì)排位溫度。

表1 各截面導(dǎo)線通過(guò)經(jīng)濟(jì)電流的實(shí)際線溫

根據(jù)DL/T 5429-2009《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，不論是電廠送出線路還是系統(tǒng)間的交流聯(lián)絡(luò)線路，導(dǎo)線的長(zhǎng)期允許載流量應(yīng)大于事故運(yùn)行方式下的最大輸電容量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)任一回線路事故停運(yùn)后其余在運(yùn)線路能轉(zhuǎn)送規(guī)定的最大電力。在廣東珠江三角洲區(qū)域，每年迎峰度夏期間有相當(dāng)數(shù)量的線路處于重載運(yùn)行狀況，同時(shí)相應(yīng)的環(huán)境溫度高、風(fēng)速低、日照強(qiáng)烈，線路外部運(yùn)行條件嚴(yán)酷。對(duì)于同塔雙回線路，若此時(shí)統(tǒng)故障出現(xiàn)N-1情況，則剩余回路轉(zhuǎn)送滿負(fù)荷時(shí)的導(dǎo)線電流密度可達(dá)1.8～2.3A/mm2，導(dǎo)線線溫有可能達(dá)到甚至超過(guò)允許溫度80℃。

2.2 不同運(yùn)行工況下導(dǎo)線弧垂的變化

以廣東珠江三角洲區(qū)域110kV、220kV和500kV三種電壓等級(jí)的輸電線路為實(shí)例，選擇鋁標(biāo)稱截面為400～720mm2的四種常用導(dǎo)線，分別計(jì)算其在50℃排位溫度（工況1）及80℃允許溫度（工況2）兩種典型運(yùn)行工況下的弧垂變化，如表2～4所示，其中ΔF21為工況2（80℃線溫）與工況1（50℃線溫）的弧垂差值；導(dǎo)線最大使用張力的安全系數(shù)取2.5，年平張力系數(shù)取25%；氣象條件為基本風(fēng)速31m/s、無(wú)覆冰。

表2 JL/G1A-400/35線型不同工況弧垂計(jì)算結(jié)果（m）

表3 JL/G1A-630/45線型不同工況弧垂計(jì)算結(jié)果（m）

表4 JL/G1A-720/50線型不同工況弧垂計(jì)算結(jié)果（m）

結(jié)合其結(jié)果可知，對(duì)于某一代表檔距Lo，ΔF21隨著實(shí)際檔距L增大成平方關(guān)系增加，當(dāng)耐張段較長(zhǎng)且檔距不均勻時(shí)，在大檔距內(nèi)的ΔF21值不容忽視；不同截面的導(dǎo)線，其弧垂差值ΔF21大致相同。

2.3 不同工況下導(dǎo)線對(duì)地距離及交叉跨越距離的變化

當(dāng)線路在不同工況下運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)線的溫度及檔內(nèi)各點(diǎn)的弧垂也將發(fā)生變化，以檔距中央的弧垂變化量為最大。為便于分析運(yùn)行工況2（80℃線溫）的導(dǎo)線對(duì)地面及交叉跨越距離的變化情況，假定線下交叉跨越物位于線路檔距中央處，且原線路在運(yùn)行工況1（50℃線溫）時(shí)的交叉跨越垂直距離剛好滿足《設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求值。對(duì)110kV、220kV和500kV三種電壓等級(jí)線路，分別選取400、630和720mm2截面導(dǎo)線，并以耐張段代表檔距/交叉跨越檔架線檔距350/600、450/800、450/800為例，結(jié)合表2～4結(jié)果，得到線路在工況1（50℃線溫）和工況2（80℃線溫）時(shí)導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越物的實(shí)際垂直距離。

根據(jù)結(jié)果可知，當(dāng)輸電線路處于運(yùn)行工況2（80℃線溫）時(shí)，110kV～500kV線路導(dǎo)線對(duì)樹木、電力線的安全距離嚴(yán)重不足，另外500kV線路下方的電場(chǎng)強(qiáng)度也將嚴(yán)重超標(biāo)。基于上述原因，并考慮到電力線與鐵路、高速及一級(jí)公路交叉跨越的重要性，《設(shè)計(jì)規(guī)范》要求該類交叉跨越在檔距超過(guò)200m時(shí)，最大弧垂應(yīng)按導(dǎo)線允許溫度（70或80℃線溫）計(jì)算。

3 電網(wǎng)升級(jí)改造中的導(dǎo)線對(duì)地及交叉跨越距離建議

電網(wǎng)運(yùn)行和升級(jí)改造中，常見有迎峰度夏期間處于重載運(yùn)行且檔距不均勻的線路和因?qū)Ь€截面較小、輸送容量瓶頸制約需要增容改造的線路。對(duì)于前者，由于系統(tǒng)運(yùn)行方式變化、外部環(huán)境苛刻等因素影響，導(dǎo)線溫度有可能達(dá)到70℃或80℃允許溫度的工況，大檔距段內(nèi)導(dǎo)線的交叉跨越距離將嚴(yán)重不足，因此需采用合適的對(duì)地及交叉跨越間隙值進(jìn)行安全校驗(yàn)，以確保線路安全可靠運(yùn)行；對(duì)于后者，一般采用更換增容導(dǎo)線的改造方案[1]以縮短建設(shè)工期和減小工程投資，增容導(dǎo)線的截面一般按最大輸送功率選擇，此時(shí)若仍采用國(guó)標(biāo)《設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的對(duì)地及交叉跨越距離值，勢(shì)必引起線路改造范圍擴(kuò)大、改造周期變長(zhǎng)、工程投資增多的影響，因此有必要研究合適的對(duì)地及交叉跨越間隙值。

依據(jù)國(guó)家電氣絕緣強(qiáng)度及電磁環(huán)境等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，結(jié)合線路下方交叉跨越類別、活動(dòng)目標(biāo)及特性，本文提出表5所示的110kV～500kV輸電線路對(duì)地及交叉跨越垂直距離的建議值，可用于長(zhǎng)期重載按允許線溫70或80℃運(yùn)行的線路對(duì)地及交叉跨越距離安全校驗(yàn)，以及作為按最高運(yùn)行溫度設(shè)計(jì)的增容改造線路對(duì)地及交叉跨越距離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。表中：＊的值用于導(dǎo)線三角形排列的單回路；＊＊考慮測(cè)量、設(shè)計(jì)和施工的綜合誤差，統(tǒng)一考慮對(duì)地距離裕度0.5m；對(duì)鐵路、高速公路及一級(jí)公路的交叉跨越距離，需同時(shí)滿足相關(guān)行業(yè)的設(shè)計(jì)要求，建議執(zhí)行《設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的各行業(yè)統(tǒng)一值。

表5 110kV～500kV輸電線路對(duì)地及交叉跨越垂直距離的建議值（m）