110 kV輸電線路設計研究

李乾飛

(璞信電力工程設計有限公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

輸電線路設計應堅持“安全可靠、技術先進、環(huán)境友好、投資合理、標準統一”等設計理念，提高資源利用率，提高電網工程的建設效率[1]。在輸電線路設計中，路徑規(guī)劃是否合理，導線、地線的選擇以及沿線的氣象條件、地質數據情況，都會影響設計人員后面對桿塔和基礎型式的選擇[2]。下面結合實際工程，介紹輸電線路設計中的注意事項。

1 工程資料

按照“京津冀協同發(fā)展”的安排部署，未來幾年，將有眾多鑄造企業(yè)搬遷至河北南部某縣工業(yè)園區(qū)，屆時，用電負荷將高速增長。同時，隨著政府加大大氣污染治理力度，園區(qū)燃煤鍋爐全部關停，園區(qū)內鑄造企業(yè)將燃煤鍋爐改為電鍋爐，用電負荷快速增長。預計至2024 年，園區(qū)負荷將達到130 MW，雖然園區(qū)附近某110 kV 變電站2024 年將擴建1 號主變(10 kV 側供電容量50 MVA)，但其現有2 號、3 號主變10 kV 側供電容量均僅為25 MVA，擴建完成后，3 臺主變的10 kV 側總的供電容量僅為100 MVA，難以滿足負荷接入需求，而且1 號主變因檢修或故障停電，2 號、3 號主變難以轉供1號主變主供的10 kV 負荷。因此在園區(qū)附近新建一座110 kV 變電站是非常必要的。

2 接入系統

根據接入系統報告，從某220 kV 變電站新出一回110 kV 線路至新建110 kV 變電站，從現有其他110 kV 線路T 接一回110 kV 線路至新建110 kV 變電站。本工程規(guī)劃擬建A 線路為單回路，導線截面為300 mm2的鋼芯鋁絞線，地線配置兩根，其中一根截面為100 mm2的鋁包鋼絞線，另一根根據通信專業(yè)要求，選擇48 芯光纖復合架空地線(簡稱OPGW 光纜)。現選取220 kV 變電站新出一回110 kV 線路，對110 kV 輸電線路設計進行闡述。

3 輸電線路設計

在輸電線路設計中，常規(guī)的110 kV 輸電線路是從220 kV 變電站的110 kV 間隔直出一回至新建的110 kV 變電站。但隨著區(qū)域用電負荷的增加，電網的不斷發(fā)展，上級電源點(220 kV 變電站)的110 kV 直出間隔會出現全部占用的現象。這就導致了現在很多輸電線路會T 接于其他輸電線路的現象，從而對輸電線路設計人員如何選擇輸電線路的T 接方式以及相關的T 接位置，提出了更高的設計要求。一般來說，常見的輸電線路T 接方式包括“電纜T 接”“雙回路耐張塔T 接”和“單回路耐張塔T 接”等幾種。不同的T 接方式有著不同的要求，輸電線路設計人員一般需要針對工程現場的實際地形地貌，結合周邊環(huán)境地物信息，以及輸電線路附近交叉跨越的障礙物等方面進行綜合考慮，進而確定適合本工程的T 接設計方式。

3.1 路徑方案的選取

路徑方案的選取一般遵循以下原則。

1) 據系統規(guī)劃和要求，結合已有線路的走徑和沿線地形條件，保證線路運行安全，施工、運輸、維護方便。

2) 盡量避開村莊等地物，保持并滿足對各種現有設施規(guī)定的安全距離，以及環(huán)保要求。

3) 充分考慮沿線政府和相關部門、單位對路徑的意見，同時兼顧工程造價因素。

根據已批復的接入系統報告，了解新建變電站的電源點位置后，優(yōu)先考慮使用衛(wèi)星地圖進行路徑的基本規(guī)劃[3]。從衛(wèi)星地圖上可以看出兩端變電站站址位置，而擬建輸電線路沿線地形以平地為主，村落密集交錯，有河流及省道需要跨越，初步判斷，擬建線路曲折系數較大。

根據路徑選取原則，路徑初步選取后，需要去現場對沿線進行實地勘察，對線路轉角位置進行準確定位，從而使線路的路徑規(guī)劃在后期實施階段具備可行性。線路勘察定位后，需要把影響路徑走向的障礙物信息一同繪制在路徑圖中，以供評審單位審查。通常在可行性研究階段，會選取多個路徑方案進行對比，綜合對比各項因素后，最終選取最優(yōu)的方案開展工程的具體設計。

3.2 導線和地線的選取

3.2.1 導線的選取

在輸電線路設計中，導線的截面選取一般根據接入系統的批復來進行。110 kV 常用的導線為鋼芯鋁絞線，隨著技術的發(fā)展，近年來鋼芯高導電率鋁絞線和鋁合金芯鋁絞線等節(jié)能導線得以推廣使用。在同樣截面下，需要對三種導線進行“載流量、損耗、弧垂、年費用”等方面的技術經濟對比，綜合因素考慮后，選取具體的導線規(guī)格[4]。

各導線的詳細計算過程不再詳細描述，僅提供最終計算結果進行對比，如表1 所示，表1 中JL3/G1A-300/40 為鋼芯高導電率鋁絞線，JL/G1A-300/25 為鋼芯鋁絞線，JL1/LHA1-165/170-18/19 為鋁合金芯鋁絞線。

表1 三種導線載流量和輸送容量

由表1 可知，三種導線均能夠滿足接入系統的要求。三種導線的載流量相差不大，節(jié)能導線要比普通導線高出0.9 %～4.1 %。

從表2 數據可以看出，節(jié)能導線與常規(guī)導線相比，其節(jié)能效果明顯。

表2 三種導線結構的電能熱損失

從表3 可看出，JL1/LHA1-165/170-18/19導線弧垂效果最好，JL3/G1A-300/40 弧垂其次，JL/G1A-300/25 弧垂效果最差；JL1/LHA1-165/170-18/19 的過載能力最好，其余導線基本相近，過載允許覆冰都能滿足輕中冰區(qū)的設計要求，且都有較大的裕度。

表3 三導線40 ℃弧垂

由表4 可知，年最大損耗小時數2 200 h 時，當電價低于0.42 元/kWh 時，正常輸送容量的年費用JL3/G1A-300/40 導線最低，其次是JL1/LHA1-165/170-18/19，JL/G1A-300/25 年費用最高；當電價高于0.42 元/kWh 時，JL3/G1A-300/40 較低，JL1/LHA1-165/170-18/19、JL/G1A-300/25 較高。

表4 正常輸送容量的年費用 單位：萬元

通過以上各方面的綜合分析對比，本工程導線優(yōu)先選擇鋼芯高導電率鋁絞線JL3/G1A-300/40。

3.2.2 地線的選取

地線的規(guī)格選取和配置， 除了按照GB 50545—2010《110 kV ～750 kV 架空輸電線路設計規(guī)范》5.0.12 要求的最小截面以外，還應結合通信專業(yè)方面的需求。在110 kV 線路設計中，地線通常配置一根普通鍍鋅鋼絞線或鋁包鋼絞線，一根OPGW 光纜(光纖復合架空地線)；或為了遠期通信需要，采用兩根OPGW 光纜進行配置。若工程存在跨越“高速公路、高速鐵路和重要的輸電通道”時，該耐張段的設計方案，一般采用“耐—耐”“耐—直—耐”“耐—直—直—耐”和“耐—直—直—直—耐”的方式進行跨越，相應的地線也會配置兩根OPGW 光纜。

兩根地線在選擇時，應該注意技術參數中的“拉斷力、單位自重，彈性模量、膨脹系數和短路容量”等信息，須使兩根地線的弧垂配合得更加接近[5]。

3.3 氣象條件

在輸電線路設計中，氣象條件主要的影響因素有溫度、風速、覆冰、雷暴日等，氣象數據收集完成后，根據不同的工況進行組合。

在收集氣象資料過程中，需要說明氣象資料的來源，包括氣象臺(站)的名稱、與線路的相對關系(包括方位、距離)、周圍環(huán)境、風速記錄儀類型及記錄方式、冰雪資料的觀測方式、記錄年代等。基本風速的選取，應根據氣象臺(站)所記錄的風速資料，經數理統計換算為工程需要的風速值。覆冰厚度的選取應根據氣象臺(站)的觀測資料，以及附近已有線路(電力線、通信線)、建筑物、樹木等的覆冰資料選定。最高氣溫、最低氣溫、雷暴日數及土壤凍結深度則主要根據沿線氣象臺(站)的記錄選定。年平均氣溫的選取決定導線、地線全年平均運行張(應)力的大小，也是導線、地線張(應)力設計控制條件之一。

收集完成后，得出本工程設計采用的氣象條件一覽表，如表5 所示。

表5 氣象條件一覽表

3.4 桿塔的選擇

國家電網公司從保障能源安全、優(yōu)化能源結構、促進節(jié)能減排、發(fā)展低碳經濟、提高服務水平的要求出發(fā)，大力推廣輸變電工程通用設計、通用造價、通用設備和標準工藝。輸電線路的通用設計覆蓋了常規(guī)設計氣象條件、常用導線型號和主要地形條件，充分考慮防污閃、防冰閃、防風閃、防雷擊、防舞動、防鳥害等措施，從設計源頭提高線路運行的安全可靠性[6-8]。結合實際氣象條件，導線、地線，以及海拔高度等因素，工程選取國家電網有限公司基建部下發(fā)的《國家電網有限公司35 kV ～750 kV 輸變電工程通用設計、通用設備應用目錄(2021年版)》中的110-DB21S 模塊。

3.5 基礎型式的選擇

基礎型式的選擇要充分結合地質勘察資料、現場地形地貌等客觀因素綜合考慮。一般常見的基礎型式有開挖式基礎、原狀土基礎和樁基礎。

3.5.1 開挖式基礎

一般常見的開挖式基礎包含：階梯基礎和直柱大板基礎。用于地質有沙層、輸電線路下方，以及施工時輸電線路不涉及停電等小型機械就可以施工的環(huán)境場合。

3.5.2 原狀土基礎

一般常見的原狀土基礎包含：巖石錨桿基礎、掏挖基礎和螺旋錨基礎。用于地質較好地帶，施工機器作業(yè)時不會有蹋孔的風險。

3.5.3 樁基礎

一般常見的樁基礎包含：人工挖孔樁基礎和鉆孔灌柱樁基礎。樁基礎一般地下埋深較大，鑒于人工作業(yè)安全風險因素太高，目前僅推薦機械作業(yè)的鉆孔灌柱樁基礎。對于地質有蹋孔風險發(fā)生的地方，可以配合泥漿護壁進行施工作業(yè)。依據DL/T 5219—2014《架空輸電線路基礎設計技術規(guī)程》，按照安全可靠、技術先進、經濟適用、因地制宜、方便施工的原則，根據本工程的水文、地質情況及各塔型基礎作用力的特點，并充分采納詳細地質勘察報告的結論和建議，通過詳細的優(yōu)化計算，本工程鐵塔采用直柱大板式基礎鉆孔灌注樁基礎。

4 結束語

綜上，從路徑規(guī)劃、導線和地線、氣象條件、桿塔和基礎型式等方面對110 kV 輸電線路設計進行了討論，輸電線路設計還有絕緣配合、防雷接地、絕緣子和金具、防振設計、防舞動設計等方面需要進一步闡述。

隨著輸電線路通道的日益緊張、基礎建設工程的難度加大，各方面均要求設計人員采用更先進的技術手段來解決選線、設計、施工及運行的諸多問題；并對輸電線路設計人員在可行性研究階段就要充分理解規(guī)范以及最新“反輸電線路事故”等文件精神方面，提出了新的設計質量要求。

輸電線路工程可行性研究必須貫徹國家技術政策和產業(yè)政策，符合國家現行的有關設計標準的規(guī)定，即推進資源節(jié)約型、環(huán)境友好型線路的建設；積極穩(wěn)妥地采用新技術，提高輸電線路建設的技術水平；注重環(huán)境保護，促進節(jié)地、節(jié)能、節(jié)材；降低輸電成本，控制工程造價，提高輸電線路工程的建設效益。