110 kV輸電線路的設計及優化路徑探究

［摘 要］文章通過深入分析輸電線路設計的基本原則、關鍵設計要素及路徑優化措施，提出了一套綜合優化方案。尤其針對前鋒—公忽洞110 kV 輸電線路工程，研究涉及線路勘察、路徑選擇及架空線間距優化，以此提升系統的安全性、效率及環境適應性。研究結果表明，通過精細的規劃和設計，能顯著提高輸電線路的運行效率和可靠性，同時有效減少環境影響，為類似的輸電線路設計提供了重要的參考價值。

［關鍵詞］110 kV 輸電線路；線路設計；路徑優化；接地設計

［中圖分類號］TM75 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0061–03

1 110 kV輸電線路的設計原則

1.1 安全性原則

安全性原則是確保輸電系統可靠運行與人員安全的核心要求。在設計階段，須嚴格遵循相關的電氣安全標準與規定，輸電線路的路線選擇須避開人口密集區及易受自然災害影響的區域，減少對居民生活及環境的潛在威脅，桿塔的結構設計必須能承受極端天氣條件。

1.2 經濟性原則

經濟性原則要求110 kV 輸電線路的設計要在確保安全、可靠及環保的前提下，通過成本效益分析來優化設計方案，實現經濟效益的最大化。經濟性原則涉及對材料成本、建設成本、運營維護費用及長期運行成本的全面評估。

1.3 可靠性原則

可靠性原則是確保電力系統持續穩定運行的基礎，要求110 kV 輸電線路的設計充分考慮各種潛在的風險因素，從而保障輸電系統的高效和穩定運行。

1.4 環境保護與協調性原則

環境保護與協調性原則涉及在110 kV 輸電線路設計和施工過程中，要最大限度地減少對自然環境和生態系統的負面影響。具體來講：①線路的規劃和布局應盡量避免對生物多樣性敏感區域、自然保護區及重要的水源地造成干擾。②應采用環境友好型材料和建設方法，降低施工過程中的污染和資源消耗。③考慮線路對周圍景觀的影響，努力實現技術設施與自然環境的和諧共存。例如，合理的桿塔設計不僅能提高輸電效率，還能降低對視覺環境的影響。④在建設和運營過程中，還應定期進行環境影響評估，并采取必要措施減輕可能產生的負面效應。

2 110 kV輸電線路的設計要素

2.1 導線、地線選型

在110 kV 輸電線路設計中，導線與地線的選型是關鍵環節，其選擇必須滿足特定的技術標準和性能要求。導線的主要功能是傳輸電力，而地線則用于保護系統免受雷擊和電磁干擾，同時確保運行安全。在選型過程中，首要考慮因素包括導線的電阻、承受力、溫度特性及經濟性。表1 為基于GB 50545—2010《110 kV～750 kV 架空輸電線路設計規范》（以下簡稱《規范》）要求的導線與地線選型參數。

結合表1，在設計110 kV 輸電線路時，選擇鋁包鋼芯導線，不僅具備高強度，而且具備良好導電性。該導線的標準截面積為240 mm2，以保證足夠的傳輸能力和經濟性。其最大工作溫度設定為80℃，能夠承受夏季高溫和載流量大時的溫度升高。計算斷點強度為70 kN，確保在極端氣候條件下的穩定性。

對于地線，鍍鋅鋼絲是較為理想的材料，因其具有良好的機械強度和耐腐蝕性。地線的截面積通常較小，一般為35 mm2，以滿足機械強度和成本效益的要求。其最大工作溫度通常低于導線，設定在70℃。安全系數設置為3，確保在極端條件下的可靠性。

2.2 金具選型與接地設計

金具用于固定、連接導線，而接地設計則關乎整個系統的安全運行。在選型和設計時，必須滿足《規范》要求，考慮到強度、耐腐蝕性及電氣性能。表2 為金具選型與接地設計參數，用于指導110 kV 輸電線路的設計。

結合《規范》要求，在金具的選擇上，主要考慮機械負荷能力和耐腐蝕性。懸垂金具和張緊金具是兩種常用的類型，分別用于導線的懸掛和張緊。這些金具通常采用高強度熱鍍鋅鋼制造，以滿足長期耐腐蝕和機械負荷的要求。懸垂金具的標準機械負荷為40 kN，而張緊金具為100 kN，確保在各種氣候條件和負載下的穩定性。

接地設計方面，重點在于確保低接地電阻和良好的耐腐蝕性。根據《規范》要求，接地電阻不應超過10Ω。接地體通常采用鍍銅鋼或不銹鋼材料，并深埋至地下2.5 m，以保證良好的接地效果和耐久性；接地體的形狀可以是圓鋼或角鋼，根據土壤條件和工程需求選擇。

2.3 桿塔設計

桿塔設計涉及桿塔的類型選擇、布局規劃及強度計算，以保證輸電系統的穩定性和安全性。桿塔類型的選擇取決于線路布局、地形條件及電氣要求。表3為針對110 kV 輸電線路的桿塔設計參數。

在桿塔布局規劃時，考慮地形、避讓障礙物（如建筑物、自然保護區）及電磁場影響，以優化線路路徑并減少土地占用。對于桿塔強度計算，還需考慮風荷載、冰荷載等自然因素對桿塔的影響，確定桿塔設計需滿足的最小力學性能標準。在實際設計中，還需結合詳細的地質和氣象數據，進行更精細的結構分析和模擬，以確保設計的安全性和可靠性。

3 110 kV輸電線路優化路徑

3.1 線路路徑選擇

以某110 kV 輸電線路工程為例，該工程線路自西南向東北方向架設，全程位于內蒙古巴彥淖爾烏拉特前旗境內，海拔為1 050～1 120 m。關鍵的設計挑戰在于避免與現有的至紅同110 kV 線路交叉。解決方案是從前鋒220 kV 變110 kV 側北起第6、第7 出線間隔出線，此部分原本屬于至紅同110 kV 線路。這一策略使得原1～10 號塔得以重新用于新線路，僅需對10 號塔按照轉角要求進行重新安裝。工程的另一關鍵部分是對原有線路的調整。由于新線路占用了原至紅同110 kV 線路的部分走廊，因此需要新建至紅同110 kV 線路的1～10 號段。這一新建段將從10 號塔接入原有線路。同時，為了保障通信的連續性，新線路上安裝了2 根OPGW 光纜，分別與原至紅同110 kV線路和至大佘太110 kV 線路的光纖連接。

在現有前佘110 kV 線路與新線路的交接處，實施了精細的設計工作。新線路從10 號塔右轉平行于前佘110 kV 線路南側約30 m， 再經過一系列轉向，最終沿著原水佘35 kV 線路平行至擬建的公忽洞110 kV 變電站。在前佘110 kV 線路12 號塔附近新建了一個單回路轉角塔（90°），使得前佘線路可以T 接至新工程的10 號轉角塔北側線路上。

3.2 線路勘察

在本次110 kV 輸電線路工程的線路勘察中，需做好線路調查和分析工作，其中涵蓋了地理、環境、社會經濟因素及現有基礎設施的評估。地理與地形勘察聚焦于內蒙古巴彥淖爾烏拉特前旗的特定區域，海拔高度為1 050～1 120 m，這需要詳細記錄土壤類型、坡度、地表覆蓋情況及潛在的地質隱患，如滑坡和地震帶等，同時特別注意高海拔地區的氣候條件對材料和施工的影響。環境影響評估聚焦于生態環境，考慮植被覆蓋、野生動植物棲息地及保護區的分布，同時對水源、濕地等敏感區域的潛在工程影響進行評估。社會經濟因素調研則涉及與當地社區的接觸和利益相關方咨詢，特別是線路經過或鄰近人口密集區域時的影響，此外，對當地基礎設施（如道路、建筑物）的分布進行調查，以確定最合適的線路走向。在勘察現有基礎設施時，詳細記錄輸電線路與其他線路的交叉情況、距離及角度，確保新建線路的平行和交叉布局符合技術規范，同時最小化對現有線路的影響。

3.3 架空線間距優化

在110 kV 輸電線路的設計及優化路徑探究中，架空線間距的優化是保證安全運行和提高效率的關鍵因素。以前鋒—公忽洞110 kV 輸電線路工程為例，該工程面臨的主要挑戰之一是在有限的空間內安排多條輸電線路，同時確保安全間隔和減少電磁干擾。表4 為針對該工程的架空線間距優化參數。

在此工程中，架空線間距的優化重點在于確保足夠的安全間隔，減少線路之間的相互干擾。通過優化，本工程不僅確保了安全運行，也最大限度地減少了對環境和周邊設施的影響，實現了技術與環境保護的平衡。

4 結束語

本研究對110 kV 輸電線路的設計及優化路徑進行了全面探究，提出了一系列切實可行的設計和優化策略。通過案例分析，本研究展示了在復雜地理環境和技術條件下如何有效規劃輸電線路，強調了在設計中綜合考慮地形、環境、社會經濟因素及現有基礎設施的重要性。此外，對于架空線間距的優化，本研究不僅關注提升安全性和減少電磁干擾，還兼顧了環境保護和成本效益。總體而言，本研究對110 kV 輸電線路的設計及優化路徑提供了深入的理論分析和實踐指導，對于提高輸電線路的安全性、可靠性及經濟性具有重要指導意義，同時為相關領域的研究提供了寶貴的參考。

參考文獻

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