浅谈高压架空输电线路设计的优化措施

莫锡

摘要：输电线路承担着由电源子系统向电能消费子系统进行电能传输、交换、调节和分配的重任，是电力系统重要的不可缺少的组成部分，是现代电力系统的主动脉。本文以高压架空输电线路设计为研究对象，就其在设计需要注意的问题进行了分析，并从环境影响、智能优化等方面提出了高压架空输电线路设计的优化措施。

关键词：高压架空输电线路;输电线路设计;无线通信技术

前言

在输电线路工程建设中，一般都优先采用高压架空输电线路，只是在城区，线路走廊拥挤地段，对环境保护有特殊要求的地区，或跨越大的水域不能采用架空线路时，才采用电缆线路。高压架空输电线路工程涉及电气、力学、机械等许多学科领域的知识，工程建设中还会牵涉到许多行业和部门。因此，高压架空输电线路是一种综合性工程，高压架空输电线路设计是一项综合性很强的工作，线路设计正确与否，不仅决定着线路工程建设本身的技术经济的合理性，也对电力系统的运行可靠性、经济性起着关键的作用。

1.高压架空输电线路的设计要求

1.1输电线路导线

导线是架空输电线路的主体，担负着传输电能的作用，导线架设在杆塔上，它在阳光、风、雨、冰雪、雷电和大气温度变化等自然条件和重力场作用下运行，同时还会受到周围大气环境所含化学物质的侵蚀。因此，架空输电线路的导线应满足如下要求：①具有良好的导电性能;②要能承受机械力的作用，必须具有足够高的机械强度，而且为了便于施工，导线应坚韧、有柔性;③架空导线在大气环境中运行，应能承受大气环境中有侵蚀性物质的作用，应具有一定的抗氧化、抗腐蚀能力;④应价格低廉、质量较轻[1]。

1.2避雷线

避雷线架设在导线上方，其主要功能是防止导线遭受雷击。架空线路是否架设避雷线应根据线路电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地已有线路的运行经验、地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等因素来决定。避雷线要求机械强度高，耐振、耐腐蚀，具有一定的导电性和足够的热稳定性。

1.3输电线路绝缘子

架空线路的绝缘子是用来支持导线并使之与杆塔问绝缘的，它由绝缘部件与金属部件胶装在一起而构成，绝缘材料有电瓷、钢化玻璃、塑料、环氧树脂及合成材料等，目前使用最广泛的是电瓷。绝缘子应具有足够的绝缘强度和机械强度，同时对化学杂质的侵蚀具有足够的抵抗能力，并适应周围大气条件的变化，如温度、湿度变化的影响。

1.4输电线路杆塔

杆塔是架空输电线路的重要组成部分，使导线与导线之间、导线与地线之间、導线与杆塔之间、导线与地面、交叉跨越物之间保持一定的安全距离，为线路运行提供必要条件。目前常用的杆塔有钢筋混凝土电杆和铁塔两种。在线路总投资中，杆塔部分约占40%，因此设计时应尽量做到杆塔结构简单、材料消耗量少、机械强度高、便于施工安装和维护。

2.高压架空输电线路的设计优化

2.1输电线路的优化选线

高压架空输电线路建设的成本主要包括杆塔、电线等的本体造价，对现有环境破坏造成的赔偿费用（如房屋拆迁、林木砍伐等），线路勘察、设计、施工的费用等。优化选线设计的主要目的就是尽量使路径走向更合理、杆塔布置更经济，同时减少对现有环境的影响，从而达到节省工程投资的目的。

由于输电线路穿越空间有着严格的条件限制，因此输电线路的选线是一项极为细致与复杂的工作。一般而言，输电线路选线是先在1：10000或者1：50000地形图上初步确定一条较好的路径，结合各重点区域踏勘进行局部变动。设计人员所使用的地形图资料由测量专业工作提供，或从测绘局购买地形图。部分设计单位使用遥感图来做线路的初选，这大大提高了初选线路的准确性和科学性，减少后期改线的几率，提高工作效率[2]。

2.2绝缘配合及防雷设计

（1）污区划分及盐密取值

准确划分全线污秽等级，确定各级污区范围是直流输电线路绝缘配置合理的重要前提条件。污秽等级的划分需根据线长等值附盐密度、结合污湿特征和运行经验三因素综合考虑。按此原则，对工程线路走廊沿线进行了污染情况调查，并按工程实际情况进行污区的划分。

（2）绝缘子片数选择

输电线路的绝缘配合主要是选择绝缘子型式、绝缘子串的片数和空气间隙。它们应同时满足工作电压、操作过电压和雷电过电压的要求。

直流输电线路的绝缘子片数选择主要取决于工作电压下的污秽耐压特性。因此，一般是根据污秽性能选择绝缘子片数，再对操作过电压、雷电冲击及防覆冰闪络要求进行校核。

2.3杆塔选型

工程直线塔和耐张塔均采用比较成熟的干子型塔。直线塔采用V型串布置型式，横担端部采用方形断面，可以在基本不增加塔重的前提下，增加横担刚度，保证节点连接可靠;直线转角塔采用L串，既可缩小极间距，压缩线路走廊宽度，又可减轻塔重。

通过优化对比计算，根据高压架空输电线路铁塔的受力特点，塔身断面采用方型断面;并且对塔身斜材布置方式、铁塔接腿方式进行优化，使其达到最优经济坡度组合[3]。

此外随着科学技术的不断进步，输电网也日趋智能化，对于季节台风多发区可采取先进的传感技术和高速通信技术，来对绝缘子及导线情况进行检测，从而降低线路故障及线路事故发生概率。

2.4基础设计优化

（1）现浇基础的混凝土强度等级不应低于C20级。

（2）基础深埋应大于0.5m，在季节性冻土地区，当地基具有冻胀性时应大于土壤的标准冻结深度。

（3）跨越河流或位于洪泛区的基础，应收集水文地质资料，必要时考虑冲刷作用和漂浮物的撞击影响，并应采取相应的防护措施。

（4）对位于地震烈度7度及以上地区的高杆塔基础及特殊重要的杆塔基础、8度及以上地区的220kV及以上耐张型杆塔的基础，当场地为饱和砂土或饱和粉土时，均应考虑地基液化的可能性，并应采取必要的稳定和抗震措施。

（5）转角塔、终端塔的基础应采取预偏措施，预偏后的基础顶面应在同一坡面上。

2.5交叉跨越的优化措施

当输电线路与甲类火灾危险性的生产厂房、甲类物品库房、易燃、易爆材料堆场以及可燃或易燃、易爆液体贮罐的防火间距不应小于杆塔高度加3m，还应满足其他的相关规定;当输电线路跨越220kV及以上线路，铁路，高速公路及特殊管道等时，悬垂绝缘子串宜采用双联串或两个单联串。

2.6环境保护的优化措施

（1）输电线路设计应符合国家环境保护、水土保持和生态环境保护的有关法律法规的要求。

（2）输电线路的设计中应对电磁干扰、噪声等污染因子采取必要的防治措施，减少其对周围环境的影响。

（3）输电线路无线电干扰限值、可听噪声限值和房屋附近未畸变电场值应符合相关标准。

（4）对沿线相关的弱电线路和无线电设施应进行通信保护设计并采取相应的处理措施。

（5）山区线路应采用全方位长短腿与不等高基础配合使用。

（6）输电线路经过经济作物或林区时，宜采取跨越设计。

3.结语

总体来说，高压架空线路设计是一项综合性很强的工作，所涉及的专业知识面广。因此，架空输电线路设计人员不仅要掌握本专业的专门知识，而且还要了解相关专业的知识，熟悉国家有关方针政策及相关部门的特殊要求。此外，随着计算机网络技术、传感技术的不断发展，电网的发展也日益复杂，相关人员更要加强对高压架空输电线路设计的优化，来不断提高电网应对自然灾害的能力和自愈能力，进而保障电网安全稳定的运行。

参考文献：

[1]刘扬.浅析架空输电线路设计[J].中国电力教育，2012（S2）：21-22.

[2]唐正文，丰阿丽.浅析高压输变电线路的设计与维护电源技术应用[J].2013（10）：55-56.

[3]唐违生.输电线路施工过程中管理问题探究[J].黑龙江科技信息，2012（36）：90-91