電網升級改造中架空輸電線路導線對地及交叉跨越距離研究

廣東電網有限責任公司 張志強 朱文衛 王彥峰 廣東省電力設計研究院 麻閩政 林玉章

現行國家標準GB 50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》（簡稱《設計規范》）采用選擇導線截面的經濟電流密度所對應或相近的導線運行溫度50℃（或40℃）進行排位設計，并通過在對地及交叉跨越安全距離中預留一定裕度以補償系統出現N-1短時過載的弧垂增量，不容許導線按允許溫度80℃（或70℃）長期運行。

對于每年迎峰度夏期間處于重載運行且檔距不均勻的線路，由于系統運行方式變化、外部環境苛刻等因素影響，導線溫度有可能達到70或80℃允許溫度的工況，大檔距段內導線的交叉跨越距離將嚴重不足。此外，對于按最大輸送功率選擇導線截面的增容改造線路，若仍采用《設計規范》要求的對地及交叉跨越距離值，勢必導致線路改造范圍擴大、工程投資增多、改造周期變長。

1 導線對地及交叉跨越距離現行規范分析

按《設計規范》13.0.1條規定：導線對地面、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，應根據導線運行溫度40℃（若導線按允許溫度80℃設計時，導線運行溫度取50℃）情況或覆冰無風情況求得的最大弧垂計算垂直距離；輸電線路與標準軌距鐵路、高速公路及一級公路交叉時，當交叉檔距超過200m時，最大弧垂應按導線允許溫度計算，導線的允許溫度按不同要求取70℃或80℃計算。在最大計算弧垂情況下，導線對地面、耐火屋頂建筑物、樹木（考慮自然生長高度）以及與鐵路、公路、各種架空線路交叉的最小垂直距離應符合規定的要求值。

110kV、220kV、500kV輸電線路對地及交叉跨越垂直距離的要求值（m）分別為：居民區7.0/7.5/14.0；非居民區6.0/6.5/11.0（10.5，用于導線三角形排列的單回路）；交通困難地區（步行可以到達的山坡）5.0/5.5/8.5；耐火屋頂建筑物5.0/6.0/9.0；樹木（考慮自然生長高度）4.0/4.5/7.0；標準軌鐵路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。

《設計規范》采用選擇導線截面的經濟電流密度所對應或相近的導線運行溫度50℃（或40℃）進行排位設計，并通過在對地及交叉跨越安全距離中預留一定裕度以補償系統出現N-1短時過載的弧垂增量；由于未按導線實際最高運行溫度的弧垂和交叉跨越間隙控制工況的間隙值進行排位設計，故不容許導線按允許溫度80℃（或70℃）長期運行。該方法不但容易導致線路設計人員概念不清晰，而且電力調度部門也很難理解及把控N-1短期過載的時間長短。

2 導線弧垂及對地及交叉跨越距離在不同條件下的變化研究

2.1 不同運行工況分析

對于按經濟電流密度0.9～1.15A/mm2選擇導線截面的輸電線路[1]，常年運行時導線溫度是不高的，達到允許溫度的時間在全年運行中所占比重很小，僅在系統事故調度轉移負荷的短時間內導線運行溫度才能達到70℃（或80℃）。

如表1所示，我國大多數地區常年的平均氣溫約為15℃，此時導線的實際溫度為36.5～40.2℃；對于廣東珠江三角洲及海南省等我國南部沿海地域，常年平均氣溫多為20℃、夏季最熱月平均最高氣溫為35℃，此時導線的溫度分別為41.4～45.0℃、56.0～59.3℃。亦即按照經濟電流密度選擇的導線，在線路全年大多數時間輸送經濟電流的條件下導線溫度未超出50℃的排位溫度，僅當夏季環境溫度較高、日照強烈、風速較小時，導線溫度有可能設計排位溫度。

表1 各截面導線通過經濟電流的實際線溫

根據DL/T 5429-2009《電力系統設計技術規程》規定，不論是電廠送出線路還是系統間的交流聯絡線路，導線的長期允許載流量應大于事故運行方式下的最大輸電容量，從而實現系統任一回線路事故停運后其余在運線路能轉送規定的最大電力。在廣東珠江三角洲區域，每年迎峰度夏期間有相當數量的線路處于重載運行狀況，同時相應的環境溫度高、風速低、日照強烈，線路外部運行條件嚴酷。對于同塔雙回線路，若此時統故障出現N-1情況，則剩余回路轉送滿負荷時的導線電流密度可達1.8～2.3A/mm2，導線線溫有可能達到甚至超過允許溫度80℃。

2.2 不同運行工況下導線弧垂的變化

以廣東珠江三角洲區域110kV、220kV和500kV三種電壓等級的輸電線路為實例，選擇鋁標稱截面為400～720mm2的四種常用導線，分別計算其在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；導線最大使用張力的安全系數取2.5，年平張力系數取25%；氣象條件為基本風速31m/s、無覆冰。

表2 JL/G1A-400/35線型不同工況弧垂計算結果（m）

表3 JL/G1A-630/45線型不同工況弧垂計算結果（m）

表4 JL/G1A-720/50線型不同工況弧垂計算結果（m）

結合其結果可知，對于某一代表檔距Lo，ΔF21隨著實際檔距L增大成平方關系增加，當耐張段較長且檔距不均勻時，在大檔距內的ΔF21值不容忽視；不同截面的導線，其弧垂差值ΔF21大致相同。

2.3 不同工況下導線對地距離及交叉跨越距離的變化

當線路在不同工況下運行時，導線的溫度及檔內各點的弧垂也將發生變化，以檔距中央的弧垂變化量為最大。為便于分析運行工況2（80℃線溫）的導線對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，且原線路在運行工況1（50℃線溫）時的交叉跨越垂直距離剛好滿足《設計規范》的要求值。對110kV、220kV和500kV三種電壓等級線路，分別選取400、630和720mm2截面導線，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，結合表2～4結果，得到線路在工況1（50℃線溫）和工況2（80℃線溫）時導線對地及交叉跨越物的實際垂直距離。

根據結果可知，當輸電線路處于運行工況2（80℃線溫）時，110kV～500kV線路導線對樹木、電力線的安全距離嚴重不足，另外500kV線路下方的電場強度也將嚴重超標。基于上述原因，并考慮到電力線與鐵路、高速及一級公路交叉跨越的重要性，《設計規范》要求該類交叉跨越在檔距超過200m時，最大弧垂應按導線允許溫度（70或80℃線溫）計算。

3 電網升級改造中的導線對地及交叉跨越距離建議

電網運行和升級改造中，常見有迎峰度夏期間處于重載運行且檔距不均勻的線路和因導線截面較小、輸送容量瓶頸制約需要增容改造的線路。對于前者，由于系統運行方式變化、外部環境苛刻等因素影響，導線溫度有可能達到70℃或80℃允許溫度的工況，大檔距段內導線的交叉跨越距離將嚴重不足，因此需采用合適的對地及交叉跨越間隙值進行安全校驗，以確保線路安全可靠運行；對于后者，一般采用更換增容導線的改造方案[1]以縮短建設工期和減小工程投資，增容導線的截面一般按最大輸送功率選擇，此時若仍采用國標《設計規范》要求的對地及交叉跨越距離值，勢必引起線路改造范圍擴大、改造周期變長、工程投資增多的影響，因此有必要研究合適的對地及交叉跨越間隙值。

依據國家電氣絕緣強度及電磁環境等技術標準的基本要求，結合線路下方交叉跨越類別、活動目標及特性，本文提出表5所示的110kV～500kV輸電線路對地及交叉跨越垂直距離的建議值，可用于長期重載按允許線溫70或80℃運行的線路對地及交叉跨越距離安全校驗，以及作為按最高運行溫度設計的增容改造線路對地及交叉跨越距離設計標準。表中：＊的值用于導線三角形排列的單回路；＊＊考慮測量、設計和施工的綜合誤差，統一考慮對地距離裕度0.5m；對鐵路、高速公路及一級公路的交叉跨越距離，需同時滿足相關行業的設計要求，建議執行《設計規范》規定的各行業統一值。

表5 110kV～500kV輸電線路對地及交叉跨越垂直距離的建議值（m）