架空输电线路设计分析

齐冬辉

摘 要：随着城市化建设的推进，输电线路设计面临的环境更加复杂，路径选择的限制较多，智能化设计中也存在一定的问题。因此，相关设计人员应不断发现现有架空输电线路中存在的问题，并借鉴成功案例，不断优化架空输电线路的设计。

关键词：架空输电线路；线路设计；高压线路；杆塔

中图分类号：TM752 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.099

架空输电线路设计一直是国内外学者关注的重点问题，其对电网的正常运行和电力行业的发展具有重要意义。其中，架空输电线路的主体结构和安全监测系统是整个系统关键所在。本文对架空输电线路的重要基础结构和安全监测系统分别进行了探讨，以求完善之道。

1 架空输电线路设计的重点

电力线路包括低压、高压、超高压、特高压四种。其中，高压线路的使用较为广泛，城市供电采用的就是高压线路中的220 kV架空输电线路。以下对220 kV架空输电线路中的重点结构进行设计分析。

1.1 杆塔设计的重点

杆塔在架空输电线路中的作用是在保证本身满足绝缘安全限制条件和电磁场的要求下支撑导线和底线。杆塔在整体线路施工中所占的比例较大，其种类不同，在运输费用、施工工期、运行安全、占地面积、建设造价等方面也有所不同。设计人员在设计杆塔时，要综合考虑施工现场的地质情况和气候特点进行杆塔的选型和施工。在初步设计杆塔时，相关人员应依据规定计算杆塔总造价。通常情况下，设计人员应采用在实际应用中较为成熟的杆塔种类，在必须使用新型杆塔时，要反复对其进行科学试验，确保其符合运行要求后方可使用，防止造成不必要的损失。

1.2 导线选择的重点

作为架空输电线路的核心部分，导线起着输送电能的重要作用。导线一般由电杆支撑，直接暴露在空气中，会受到风、日照、气温和雨等外界因素的影响。设计人员在选择导线时，应综合考虑导线的机械强度、电气性能、所处环境。目前，钢芯铝绞导线在我国的应用范围最广，其外部由铝线绞制合成，线芯为钢制，机械强度和电气性能俱佳。220 kV架空输电线路的电压级别高、输送容量大，易对高频通讯造成干扰。因此，220 kV架空输电线路至少要包含2根导线，同时，导线应满足下列标准：导线外表应平滑、圆整，不可含腐蚀斑点和杂物；导线绞合的紧密程度需满足对应的机械张力的放线标准。

1.3 线路路径设计的重点

线路设计是220 kV架空输电线路设计中的基本内容，包括输电线路的可行性、经济型、技术性和可靠性，其会直接影响线路的整体质量。设计人员在设计输电线路时，应尽量降低工程造价，并确保线路运行的可靠性和稳定性。在220 kV架空输电线路设计中，线路路径设计分为图上选线和现场选线两个步骤。在图上选线中，设计人员需先收集施工地地质、气象、通信、水文、林业和交通等方面的资料，在此基础上根据以往的经验在输电线路图纸中标出线路的起点、终点和必经点，并选择最合理的设计方案；在现场选线中，设计人员要提前徒步考察线路，需要投入较多的时间和人力，现场线路选线要以少占、不占森林、农田和果园等为原则，为了方便维修和施工，应选择交通方便的路径。

1.4 防雷设计

电力系统的正常运行需要有效的防雷设计，设计人员应根据电力系统的结构选择相应的防雷结构设计。220 kV架空输电线路采用雷装置防止雷电干扰和破坏整个线路。防雷设计包括以下4个方面：①设备保护。当避雷器、计算机等相关设备遭到损坏时，相关人员应及时更换。②屏蔽保护。在确保线路有效连接的条件下，尽量屏蔽外部干扰信息。③接地保护。其原理是通过接地的方法，将输电线路中被施加的强电流、强电压导出线路，并导入地下，进而防止雷电对系统的干扰和破坏。④装置保护。设计人员应对相关防雷装置进行全面保护，并在一定条件下改进防雷装置。

2 安全监测系统的设计

由于现阶段的供电压力较大、输电线路所处的环境恶劣，要想保障输电线路的正常运行，就必须提高架空输电线路抵御灾害和防范故障的能力。下面对架空输电线路设计中的防灾保障信息监测系统设计进行探讨。

2.1 架空输电线路的运行安全监测设计

近年来，设计人员开始将各种先进的传感器应用于架空输电线路中，在输电线路的探测热点上设置了相应的传感探头，以获取检测信息。传感器能监测输电线路的实时运行环境和输电线路的运行状态，其性能对架空输电线路的在线监测非常重要。在线监测系统的主要设备包括红外传感器、电流互感器、绝缘子污闪传感器和覆冰拉力传感器等。其中，红外传感器的作用在于监测导线温度，电流互感器的作用是检测电流。目前，在设计架空输电线路时，大多选用钢芯合金线和钢芯铝绞线。在输电线路的安全方面，设计人员重点关注的是导线连接处和导线机械强度等。根据规定，设计人员应该在保证导线温度低于70 ℃的条件下，尽可能地提高线路的输电能力，并保证电网安全。

2.2 输电导线绝缘子的闪污检测设计

绝缘子是架空输电导线中的重要部件，主要起到导线与杆塔、横担之间的绝缘作用。在架空输电线路的实际运行中，绝缘要承担水平方向的拉力和导线的荷重，受雨雪、大风和日晒的影响，其性能会发生改变。因此，设计人员选择绝缘子的机械性能和电气性能时，必须符合标准。一旦发生绝缘子污闪现象，架空输电线路会发生大范围停电，进而影响电网的安全运行。现阶段，在预防绝缘子闪污的方法中，以绝缘子污秽在线监测较为有效。该方法是在收集分析绝缘子污秽信息的基础上，评估发生事故的概率，进而预防事故发生。绝缘子污秽程度的监测是该方法的重点。发达国家多采用最大泄漏电流法预防绝缘子污闪事故，该方法是通过测量漏电电流获得气候、电压、绝缘子污秽等因素，评估绝缘子污秽现象，进而完成自动报警和检测。其中，测量漏电电流是指利用在绝缘子上的电流传感器实时检测漏电电流，且操作简单、方便。

2.3 输电线路覆冰检测的设计

在实际运行中，输电线路所处的自然环境多变，常发生覆冰现象。发生覆冰现象后，导线舞动振幅会变大，进而产生跳闸、相见闪络和导线损毁问题。预防覆冰现象最有效的方法是在线监测法，其相应设备可及时记录导线覆冰的有关信息，管理人员可采取相应措施预防和处理。在在线监测中，图像法、弧垂法和称重法应用较为广泛。图像法是利用在杆塔上的摄像头采集实时图片，并从图片信息中获取覆冰的厚度和面积，但这种方法具有一定局限性，无法获得距离杆塔较远导线的覆冰情况；称重法是通过输电线路上的拉力传感器测量导线质量的，进而去除导线净重获得覆冰的质量和厚度等。这种方法相比于图像法更加可靠、简单，是应用范围最广的一种检测方法。

3 结束语

电力是当今社会生产和人们生活的主要能源之一，其发展关系着社会的进步。架空输电线路是电力系统的重要组成部分，是变电站与用户间的输电通路，因此，保证架空输电线路的运行安全对促进电力系统的发展具有重要意义。基础设计和安全监测系统设计是架空输电线路安全、稳定运行的前提和基础。因此，相关设计人员在实践中应重视架空输电线路设计，不断总结相关经验，结合我国的行业特点，并借鉴国外设计中的有益成分，从而提高我国架空输电线路的设计水平。

参考文献

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