基于输电线路改造的设计优化研究

摘要：文章结合最新的设计规范及电网规划，对达到运行改造年限或者配合本地区规划建设的需要对原有的高压输电线路进行改造，分析了老旧输电线路改造的特点和措施；根据多年对老旧输电线路的改造经验，总结在以往工程实施中存在的主要问题，对老旧输电线路改造的设计优化进行了阐述。

关键词：输电线路；线路改造；设计优化；设计规范；电网规划 文献标识码：A

中图分类号：TM633 文章编号：1009-2374（2017）03-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.011

输电线路的改造主要由三方面的原因引起：一是运行时间长，线路设备已经老化，达到了使用寿命，已不满足电网运行可靠性的要求；二是随着国民经济的快速增长，用电量也在迅速增长，导致部分线路的输送容量增加，导致线路重载运行；三是城市建设的飞速发展，道路建设、工民用设施建设过程中与现有的输电线路有冲突，为了配合城市的发展建设，对输电线路进行迁改。输电线路是电网的骨架，对原有输电线路的改造很多时候往往是改造其中一小段，在改造过程中，要考虑对原有线路安全运行，结合电网的长远规划发展和结合最新的电网建设标准进行改造，需要考虑的因素比新建线路更复杂，在输电线路改造中要严格考虑每个环节，避免出现问题。針对输电线路改造的各个环节，从设计方面进行优化，保证输电线路改造的顺利进行。

1 勘察现场

输电线路的改造一般是对原线路进行改造，虽然能够拿到原先线路的运行资料，还是要对现场的情况进行认真核查，重新核实杆塔型号、档距、交叉跨越及地形的情况，特别是原线路的重要交叉跨越点。对现场的地质情况进行勘探，为基础设计型式提供依据，由于线路一般位于野外和农田中，受到交通不便和民事问题，有些塔位的钻机进场进行地质钻探很困难，一般只能是在塔位附近100～200m位置钻探作为参考，另外可以采用人工勘探，采用人工挖电杆坑方式，掏挖3m深判断地下土质和地下水情况作为基础设计形式的安靠依据。需要充分掌握原有线路的现场情况才能提出合理的设计方案。

2 基础设计

2.1 基础型式的选择

依据现场的地质勘探、现场情况、杆塔型式及基础受力，选取合理的基础型式。输电线路改造工程中，线路一般都是利用原线行建设的，基础一般都是建设于原线行线底。受地形限制，部分基础的建设离原杆塔基础位置很近，这时要充分考虑新建基础施工不会影响原线路的安全运行。如果是采用钻孔灌注桩形式需要考虑桩基施工过程中对原导线的距离是否满足要求，根据以往经验导线对地距离在12m以上满足钻孔灌注桩的施工。挖孔桩基础占地小，不需要大型机械参与施工，主要适用于地质条件比较好，塌方风险小的地质情况。大开挖基础适用于地质条件良好和一般的土质，比如水田，有少量的地下水地质，如果土质达不到承载力要求，可以采用在坑底打松木桩或者换填土等措施。

2.2 原有水泥杆的保护措施

针对门型拉线转角水泥杆更换铁塔的工程，新建铁塔只能建于原水泥杆的位置，受地形和施工条件的限制，只能采用分腿板式柔性基础，基础开挖深度2.8m，地下水位2.5m，有少量流沙土质，边坡存在一定程度的塌方。分坑后4个基坑坑边对原水泥杆最近只有1m的距离，对原水泥杆的安全运行风险较大。针对该情况，在设计阶段就需要考虑方案的可行性，对原水泥杆的加固措施。结合以往的实践经验，制定了相应的设计方案（见图1）。

2.2.1 开挖前在靠近水泥杆的基坑边沿，打一排松木桩加挡板，松木桩桩头直径大于120mm，桩长5000mm，间距400mm。挡板采用长3500mm、宽1500mm、厚15mm的钢板，每个基坑靠水泥杆侧使用3块。钢板打入地下深度为3500mm，下部主要靠松木桩固定钢板，钢板上部由对侧钢板加钢丝绳紧固，每块钢板紧固2处。

2.2.2 在水泥杆的底部，安装2根#14槽钢，与原水泥杆采用抱箍紧固。在槽钢下方要敷设垫板，可以采用20mm厚、1500mm宽的木板作为垫板，以此增加水泥杆的承载面积，原水泥杆有2块底盘（1.0m×1.0m）的承载面积是2m2，实施该加固方案后的承载面积（12m×1.5m）为18m2，比现有的承载力增加近9倍，只要不出现大面积的基坑塌方，可以满足原水泥杆的安全运行。

3 杆塔设计

杆塔设计的选型根据南方电网杆塔标准设计V2.0选取，杆塔选型首先要弄清楚采用的导地线型号，气象条件，使用的水平档距、垂直档距等使用条件。风速的选取根据南网发部的《广东沿海地区风速风压分布图》确定设计风速。有些工程只是单纯的更换铁塔，不更换导线，我们在选用铁塔的时候，要考虑未来是否要扩容更换截面更大的导线或者按大一级导线截面去选择塔型。比较早的线路设计选取的杆塔呼称高度较低，根据《35～500kV交流输电线路装备技术导则》，输电线路树木采用高跨原则，尽量减少对青苗的砍伐，因此在目前的输电线路设计中都采用高跨设计，杆塔呼称高相对老线路大幅度的提高。如果只是改造输电线路中的几基杆塔，设计过程中要考虑新建杆塔对前后杆塔的影响，是否会造成原有杆塔的上拔，或者造成悬垂绝缘子串的风偏角变大，或者部分杆塔加高后，耐张段的线长是否够长及耐张段代表档距变化后使得导线应力的变化，是否超出原有杆塔的使用条件等。改造线路中出现的一系列问题，均需要在设计阶段对其验算，使新建的杆塔对原线路的运行不产生影响。

4 机电设计

4.1 导地线选择

对原有的输电线路进行改造时，老旧的输电线路的导线截面普遍都是很小的，比如110kV线路，欠发达地区的导线截面在150mm2左右，较发达地区的导线截面在240mm2左右。要根据当地的用电负荷增长情况来确定选用导线截面，按未来5～10年的负荷增长情况并结合电网规划确定合适的截面。根据江门地区的电网发展情况，目前新建的架空线路导线截面情况，110kV线路导线截面最少按300mm2截面设计，220kV线路导线截面最少按2分裂400mm2截面设计。但是在输电线路改造中，如果是单纯的更换导线，我们需要对原有的铁塔进行验算，根据现场铁塔的实际水平和垂直档距，验算得出最大的导线截面。由于原有的铁塔呼称高较低，一些交叉跨越的安全距离也是满足规范且余都不大，在更换大截面导线后，弧垂会比原导线增大，比如110kV线路档距300m，导线由240mm2更换为300mm2截面后，弧垂会比原来的增加0.5～1m，这就需要提前验算导线对地距离和交叉跨越是否满足要求。

根据江门供电局的要求，110kV线路的地线一般选用铝包钢绞线，220kV以上线路地线一般选用钢芯铝绞线，地线的选取除了考虑机械强度外，短路电流热稳定计算也是重要因素。

4.2 绝缘配合

根据广东电网公司编制的《广东省电力系统污区分布图（2016版）》，确定地区的污秽等级，考虑该地区以后大开发建设，提高一级污秽区设计。耐张串一般选用双联玻璃绝缘子串，悬垂串一般选用双串复合绝缘子串。耐张玻璃绝缘子串的片数根据爬电比距计算出片数后，还应考虑零值绝缘子，根據电压等级和运行要求增加1～2片。

4.3 金具

金具主要采用国标2010年修订的《电力金具手册》中的产品，少量不足部分采用非标金具，金具的安全系数不应小于2.5。目前，导地线的耐张线夹均选用液压型耐张线夹，悬垂线夹为常用的螺栓型线夹。线路的防震一般还是选用防震锤，考虑到防振锤有效保护频率范围广、电磁损耗低、防电晕性能好，具备较佳的节能性能，另根据运行经验，一般推荐采用节能型FDY预绞丝防振锤，比螺栓紧固型安装后更牢固。

4.4 防雷接地

江门地区的输电线路地处雷电活动频繁，年雷电日数达88天之多，属于典型的多雷区，为提高线路的防雷水平，降低线路雷击跳闸率，高压输电线路必须架设地线，地线的保护角要满足《110～750kV架空输电线路设计规范》中对保护角的要求。目前很多的改造线路位于城市规划道路边建设，接地型式的选择不能采用放射型接地方式，常采用垂直接地方式，接地材料选用Φ20的铜包钢材料，该材料散流能力强、耐腐蚀。

5 结语

当前是高压输电线路基建工程投资减少的时期，城市建设的迅速发展，使得输电线路的改造工程成为了当前的主要任务，必须对输电线路的改造加以重视，首先就必须要对设计进行优化。经过多年对输电线路的技改修理项目和用户投资的迁改项目的实施，从许多的问题中吸取经验教训，反过来从设计源头促使其优化，提高设计水平。对于电网的发展，需要不断更新，努力提高设计水平和施工水平，避免原有的不足，防止意外的发生，确保电力系统的安全可靠运行，为我国的经济发展提供有力保障。

参考文献

[1] 110～750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-

2010）[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2] 35～500kV交流输电线路装备技术导则（Q/CSG

1203004.2-2015）[S].

作者简介：陈涛（1984-），男，湖北宜昌人，开平市翰联电力设计有限公司电气工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：蒋建华）