20kV四回同杆架空线路直线段的优化设计与应用

金 荣 裴东斗

淮阴供电公司，江苏省淮安市 223300

20kV四回同杆架空线路直线段的优化设计与应用

金 荣 裴东斗

淮阴供电公司，江苏省淮安市 223300

针对江苏省大力推广20kV配电线路，并考虑到在城市中架空线路的建设与城市的亮化、地方用地规划的矛盾越来越突出，线路走廊投资也越来越高。本文结合以往10kV同杆四回的设计经验，通过大量的参数计算，得出了20kV同杆四回直线段采用15M砼杆的可行性结论，并给出了杆型尺寸的参数设计，保证了20kV同杆四回直线段杆塔选型设计的安全性和经济性，大大降低了20kV同杆四回架空线路的投资成本。

20kV；同杆四回；设计原则

1 城市20kV同杆四回设计的必要性

随着我国电力负荷密度与用电量的极大增长，广泛应用于中压配电网的10kv电压级已明显暴露出在输电距离、输电功率、电能损失等方面的不足。与10kV相比，20kV以其送电能力提高一倍、供电半径增大1.6倍、中压电网损耗降低四分之三、提高中压电网的供电质量、节约有色金属等优势，在城市的配网建设中已经逐渐被采用。但在城市中由于工业和人口相对集中，负荷密度很高，中压线路的建设和地方用地规划的矛盾越来越突出，线路走廊的投资也越来越高，往往制约着城市电网的规划和建设。因此，发展20kV与10kV一样，也同样存在着建设用地少的问题。鉴于中压线路走廊越来越有限和珍贵，城市对市容环境的高要求，为节约整体社会资源，充分利用线路走廊通道，降低供电线路走廊投资，有必要对提高单位线路走廊的供电能力进行深入研究。同塔（杆）多回路是提高单位线路走廊供电能力的一种有效手段，为此，本文针对20kV同塔（杆）四回中的直线段选用的砼杆进行了优化设计，节约了线路投资。

2 设计原则

2.1 气象条件

20kV架空绝缘线路设计所采用的气象条件， 应根据当地的气象资料和附近已有线路的运行经验确定。最大设计风速、设计冰厚及风荷载计算按相关规程确定。江苏省大部分都是典型Π级气象区，对气象条件的取值如表1。

表1 采用的气象条件

2.2 绝缘导线的选型及应力控制

20kV架空绝缘配电线路的设计应与发展规划相协调，导线截面和载流量宜20年用电负荷发展规划确定，架空绝缘线路所采用的导线应符合GB12527、GB14049的规定，本设计绝缘电缆的选择不是传统的黑色交联聚乙烯绝缘架空电缆，而是新型银灰色硅烷聚乙烯绝缘架空电缆。该绝缘架空电缆具有吸热系数小，抗老化不易开裂，使用寿命长，载流量较传统绝缘架空电缆提高15%等优点。

绝缘导线的安全系数不应小于3，本设计中K=5。

绝缘导线截面的确定原则：主干线为铝芯185mm2～240mm2， 次干线为铝芯95mm2～150mm2，分支线不小于70mm2。

绝缘导线的连接， 应符合下列要求：

1）不同金属、不同规格、不同绞向的导线严禁在档内连接。

2）在一个档内， 每根导线不应超过一个承力接头。

3）接头距导线固定点， 不应小于500mm。

绝缘导线的弧垂应根据计算确定。导线初伸长宜通过减少弧垂法补偿， 弧垂减少的百分数为铝芯绝缘线20%。

在导线应力σ的确定方面， 除了最大使用应力满足规程规定的设计安全系数外，还应考虑到以下两点：

1）由于档距小， 所以尽量降低导线最大使用应力， 以减轻基塔的外荷载， 特别是承力塔的外负荷， 同时， 也便于线路运输、架设。

2）对导线的控制应力不宜过小， 一方面考虑到减少线路所需的走廊及高度， 另一方面又要考虑到如何加强多回路的绝缘水平。

2.3 绝缘子、金具及绝缘部件

20kV架空绝缘线路所使用的绝缘支架、绝缘拉棒应符合下列规定。

表面泄露距离不小于370mm， IV级污秽区可适当加大泄露距离。

交流耐压42kV，1min 。

绝缘支架的安全系数不应小于5， 绝缘拉棒的破坏拉力不小于导线计算拉断力的90%， 且绝缘支架及绝缘拉棒的破坏应力均应满足最大短路电动力的要求。

20kV架空绝缘线路的绝缘子、金具及绝缘部件的使用应符合下列要求。

1）直线杆应采用悬挂线夹。

2）耐张杆绝缘导线采用绝缘拉棒及耐张线夹。

3）档距中应采用绝缘支架。

4）金具的使用安全系数不应小于2.5。

2.4 20kV线路运行荷载计算

设计条件：

① 20kV导线型号JKLYJ—240、 K=5、四回直线、水平档距80m、锥度1/75

② 最低气温-20°C、最高气温+40°C、最大风速：25m/s、覆冰5mm

计算：查表 JKLYJ—240型号导线最大拉断力=34679N、风载=9.453N/m

单根导线

参数取值如下：βZ=1 μZ=1.14 VS=0.7 梢径Φ270 高度15米

2.5 20kV绝缘导线线间距离

计算条件，以240铝芯架空绝缘导线为例（绝缘层厚5.5mm，重量为1073kg/ km），考虑在15米/秒时，相间导线不同步摆动之间的间距，但考虑相与相之间允许零距离接触。

f-弧垂、a-风偏角、u-额定电压（20kV）、r-导线半径（2r=0.022m）

得出初步结果如下：

在多回路上采用绝缘导线可以进一步紧缩线间距离，把线路走廊压缩到最小。

2.6 20kV多回路同杆架设横担之间的垂直距离

横担之间的垂直距离，除了要考虑档距、导线覆冰等因素外还应满足杆上作业时的安全距离的要求，同杆架设10kV横担之间的垂直距离为0.8m～1.0m，运行经验表明是安全的，因此建议20kV架空绝缘导线同杆架设横担最小垂直距离为0.8m。

2.7 20kV多回路同杆架设导线的排列方式

20kV架空绝缘线路同杆多回架设，导线的排列有三角排列、水平排列、垂直排列三种方式。本设计中20kV同杆四回均采用三角排列，分四层布置，上、下两层间垂直间距1.2m，砼杆每边各设两回。线路平均档距为80m， 耐张段长度不宜大于1km，减少了线路所占空间走廊和电杆数量。

2.8 20kV四回路同杆架设直线杆的选型与设计

20kV架空绝缘线路直线杆考虑采用环形钢筋混凝土电杆， 耐张、转角及终端杆采用钢管塔等自立杆塔。杆塔横担可采用角钢横担或锥形横担。本设计采用20SSZ-15直线砼杆，电杆的尺寸、基础等设计图纸如下：

图1 20SSZ-15直线砼杆组装图

图2 20SSZ-15直线砼杆基础施工图

图3 20SSZ-15直线砼杆地脚螺栓组装图

说明：

① 地质力为110kP

② 材料中φ表示的钢筋φ级钢，Π表示的钢筋为Π级钢。

③ 图中序号2表示的箍筋在主筋各500mm范围内间距为100mm，剩余的间距为200mm。

④ 地脚螺栓予埋前要根据杆塔组装图，基础图和线路走向来定位。

⑤ 基础混凝土标号为C20，混凝土标号为C10。

⑥ 回填土要夯实。

2.9 防雷及接地

绝缘导线线路杆塔宜接地， 钢筋混凝土电杆铁横担和钢筋混凝土横担线路的地线支架、导线横担与绝缘子的固定部分，宜有可靠的电气连接并与接地引下线相连。外敷的接地引下线可采用镀锌钢绞线，截面不应小于25mm2，接地引出截面不应小于50mm2，接地电阻应不大于10Ω。

多雷区或根据运行经验容易受雷击的地区，可考虑采用架设避雷线，绝缘子加保护间隙。

绝缘导线线路如在500m的线路段内无防雷设施时， 宜采取装防断线用避雷器或防雷线夹等保护方式。

柱上断路器设备应装设防雷装置， 经常开路运行而又带电的柱上断路器设备两侧均应装设防雷装置， 其接地电阻应不大于10 Ω。断路器设备的外壳应接地， 接地电阻应不大于10Ω。

2.10 不同接地方式下的绝缘配合

工频过电压：

20kV系统

中性点经小电阻接地系统，1.3p.u.

经消弧线圈接地，p.u.

操作过电压：

线路合闸和重合闸过电压一般不超过3.0p.u.，66kV及以下系统发生单相间歇性电弧接地过电压的高低随接地方式不同而异。一般情况下最大电压不超过下列数值：

中性点经小电阻接地系统，2.5p.u.

不接地系统，3.5p.u.

经消弧线圈接地，3.2 p.u.

电气设备的绝缘水平选择可以根据不同接地方式进行选择。目前国内配电网以架空线为主，中性点主要运行方式为不接地或经消弧线圈接地。

2.11 关于跨步电压和接触电压

在20kV配电网系统中，由于城区或道路上表面土壤电阻率及电杆接地极的施工条件较难满足跨步电压和接触电压的要求，在条件允许的地区，可通过对接地极采取部分措施，如地下敷设沥青、引下线采用绝缘导线等，基本能满足跨步电压和接触电压的要求。

2.12 连接

线路断联或分支线的连接：同种材质导线的连接一般应采用压接不同材质导线的连接应采用过渡压接板压接。电缆与架空线路的连接宜采用型线夹连接，不同材质的连接要加包铜铝过渡线夹或采用膜铜铝过渡线夹。

2.13 附属设施

线路应有完备的杆号、警示、相序线、故障指示器、接地环及禁止标志。

3 总结

本论文主要对20kV四回同杆架空线路中的直线段进行了优化设计，阐述了20kV四回同杆架空线路中直线段的绝缘导线、绝缘子及金具的选型、导线的排列方式、防雷保护及绝缘配合等，通过计算确定了导线的线间距离、横担之间的垂直距离及线路的运行荷载，论证了20kV四回同杆架空线路中直线段采用15M砼杆的可行性，既保证了线路设计的安全性，又保证了经济性，大大地降低了线路的投资成本，很大程度上缓解了城市线路走廊日益紧张和负荷日益攀升的矛盾，且具有很强的可操作性，为江苏省电力公司推广20kV配电系统作出了有益的尝试。

[1]66kV及以下架空电力线路设计规范.（GB 50061-97）

[2]高压送电线路设计手册

[3]交流电气装置的接地.（DL 621-1997）

[4]交流电气装置的电压保护和绝缘配合.（DL 620-1997）

[5]架空绝缘配电线路设计技术规程

[6]工程建设标准强制性条文电力工程部分按下表选择确定：

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.020

金荣（1972-）.淮安市淮阴供电公司设计咨询处，大学科本科，工程师，从事电力设计工作22余年；

裴东斗（1984-）.淮安市天能电力设备安装有限公司，大学科本科。