110 kV输电线路设计研究

2024-03-10李乾飞

电力安全技术 2024年1期

李乾飞

(璞信电力工程设计有限公司，湖北武汉 430040)

0 引言

输电线路设计应坚持“安全可靠、技术先进、环境友好、投资合理、标准统一”等设计理念，提高资源利用率，提高电网工程的建设效率[1]。在输电线路设计中，路径规划是否合理，导线、地线的选择以及沿线的气象条件、地质数据情况，都会影响设计人员后面对杆塔和基础型式的选择[2]。下面结合实际工程，介绍输电线路设计中的注意事项。

1 工程资料

按照“京津冀协同发展”的安排部署，未来几年，将有众多铸造企业搬迁至河北南部某县工业园区，届时，用电负荷将高速增长。同时，随着政府加大大气污染治理力度，园区燃煤锅炉全部关停，园区内铸造企业将燃煤锅炉改为电锅炉，用电负荷快速增长。预计至2024 年，园区负荷将达到130 MW，虽然园区附近某110 kV 变电站2024 年将扩建1 号主变(10 kV 侧供电容量50 MVA)，但其现有2 号、3 号主变10 kV 侧供电容量均仅为25 MVA，扩建完成后，3 台主变的10 kV 侧总的供电容量仅为100 MVA，难以满足负荷接入需求，而且1 号主变因检修或故障停电，2 号、3 号主变难以转供1号主变主供的10 kV 负荷。因此在园区附近新建一座110 kV 变电站是非常必要的。

2 接入系统

根据接入系统报告，从某220 kV 变电站新出一回110 kV 线路至新建110 kV 变电站，从现有其他110 kV 线路T 接一回110 kV 线路至新建110 kV 变电站。本工程规划拟建A 线路为单回路，导线截面为300 mm2的钢芯铝绞线，地线配置两根，其中一根截面为100 mm2的铝包钢绞线，另一根根据通信专业要求，选择48 芯光纤复合架空地线(简称OPGW 光缆)。现选取220 kV 变电站新出一回110 kV 线路，对110 kV 输电线路设计进行阐述。

3 输电线路设计

在输电线路设计中，常规的110 kV 输电线路是从220 kV 变电站的110 kV 间隔直出一回至新建的110 kV 变电站。但随着区域用电负荷的增加，电网的不断发展，上级电源点(220 kV 变电站)的110 kV 直出间隔会出现全部占用的现象。这就导致了现在很多输电线路会T 接于其他输电线路的现象，从而对输电线路设计人员如何选择输电线路的T 接方式以及相关的T 接位置，提出了更高的设计要求。一般来说，常见的输电线路T 接方式包括“电缆T 接”“双回路耐张塔T 接”和“单回路耐张塔T 接”等几种。不同的T 接方式有着不同的要求，输电线路设计人员一般需要针对工程现场的实际地形地貌，结合周边环境地物信息，以及输电线路附近交叉跨越的障碍物等方面进行综合考虑，进而确定适合本工程的T 接设计方式。

3.1 路径方案的选取

路径方案的选取一般遵循以下原则。

1) 据系统规划和要求，结合已有线路的走径和沿线地形条件，保证线路运行安全，施工、运输、维护方便。

2) 尽量避开村庄等地物，保持并满足对各种现有设施规定的安全距离，以及环保要求。

3) 充分考虑沿线政府和相关部门、单位对路径的意见，同时兼顾工程造价因素。

根据已批复的接入系统报告，了解新建变电站的电源点位置后，优先考虑使用卫星地图进行路径的基本规划[3]。从卫星地图上可以看出两端变电站站址位置，而拟建输电线路沿线地形以平地为主，村落密集交错，有河流及省道需要跨越，初步判断，拟建线路曲折系数较大。

根据路径选取原则，路径初步选取后，需要去现场对沿线进行实地勘察，对线路转角位置进行准确定位，从而使线路的路径规划在后期实施阶段具备可行性。线路勘察定位后，需要把影响路径走向的障碍物信息一同绘制在路径图中，以供评审单位审查。通常在可行性研究阶段，会选取多个路径方案进行对比，综合对比各项因素后，最终选取最优的方案开展工程的具体设计。

3.2 导线和地线的选取

3.2.1 导线的选取

在输电线路设计中，导线的截面选取一般根据接入系统的批复来进行。110 kV 常用的导线为钢芯铝绞线，随着技术的发展，近年来钢芯高导电率铝绞线和铝合金芯铝绞线等节能导线得以推广使用。在同样截面下，需要对三种导线进行“载流量、损耗、弧垂、年费用”等方面的技术经济对比，综合因素考虑后，选取具体的导线规格[4]。

各导线的详细计算过程不再详细描述，仅提供最终计算结果进行对比，如表1 所示，表1 中JL3/G1A-300/40 为钢芯高导电率铝绞线，JL/G1A-300/25 为钢芯铝绞线，JL1/LHA1-165/170-18/19 为铝合金芯铝绞线。

表1 三种导线载流量和输送容量

由表1 可知，三种导线均能够满足接入系统的要求。三种导线的载流量相差不大，节能导线要比普通导线高出0.9 %～4.1 %。

从表2 数据可以看出，节能导线与常规导线相比，其节能效果明显。

表2 三种导线结构的电能热损失

从表3 可看出，JL1/LHA1-165/170-18/19导线弧垂效果最好，JL3/G1A-300/40 弧垂其次，JL/G1A-300/25 弧垂效果最差；JL1/LHA1-165/170-18/19 的过载能力最好，其余导线基本相近，过载允许覆冰都能满足轻中冰区的设计要求，且都有较大的裕度。

表3 三导线40 ℃弧垂

由表4 可知，年最大损耗小时数2 200 h 时，当电价低于0.42 元/kWh 时，正常输送容量的年费用JL3/G1A-300/40 导线最低，其次是JL1/LHA1-165/170-18/19，JL/G1A-300/25 年费用最高；当电价高于0.42 元/kWh 时，JL3/G1A-300/40 较低，JL1/LHA1-165/170-18/19、JL/G1A-300/25 较高。

表4 正常输送容量的年费用单位：万元

通过以上各方面的综合分析对比，本工程导线优先选择钢芯高导电率铝绞线JL3/G1A-300/40。

3.2.2 地线的选取

地线的规格选取和配置，除了按照GB 50545—2010《110 kV ～750 kV 架空输电线路设计规范》5.0.12 要求的最小截面以外，还应结合通信专业方面的需求。在110 kV 线路设计中，地线通常配置一根普通镀锌钢绞线或铝包钢绞线，一根OPGW 光缆(光纤复合架空地线)；或为了远期通信需要，采用两根OPGW 光缆进行配置。若工程存在跨越“高速公路、高速铁路和重要的输电通道”时，该耐张段的设计方案，一般采用“耐—耐”“耐—直—耐”“耐—直—直—耐”和“耐—直—直—直—耐”的方式进行跨越，相应的地线也会配置两根OPGW 光缆。

两根地线在选择时，应该注意技术参数中的“拉断力、单位自重，弹性模量、膨胀系数和短路容量”等信息，须使两根地线的弧垂配合得更加接近[5]。

3.3 气象条件

在输电线路设计中，气象条件主要的影响因素有温度、风速、覆冰、雷暴日等，气象数据收集完成后，根据不同的工况进行组合。

在收集气象资料过程中，需要说明气象资料的来源，包括气象台(站)的名称、与线路的相对关系(包括方位、距离)、周围环境、风速记录仪类型及记录方式、冰雪资料的观测方式、记录年代等。基本风速的选取，应根据气象台(站)所记录的风速资料，经数理统计换算为工程需要的风速值。覆冰厚度的选取应根据气象台(站)的观测资料，以及附近已有线路(电力线、通信线)、建筑物、树木等的覆冰资料选定。最高气温、最低气温、雷暴日数及土壤冻结深度则主要根据沿线气象台(站)的记录选定。年平均气温的选取决定导线、地线全年平均运行张(应)力的大小，也是导线、地线张(应)力设计控制条件之一。

收集完成后，得出本工程设计采用的气象条件一览表，如表5 所示。

表5 气象条件一览表

3.4 杆塔的选择

国家电网公司从保障能源安全、优化能源结构、促进节能减排、发展低碳经济、提高服务水平的要求出发，大力推广输变电工程通用设计、通用造价、通用设备和标准工艺。输电线路的通用设计覆盖了常规设计气象条件、常用导线型号和主要地形条件，充分考虑防污闪、防冰闪、防风闪、防雷击、防舞动、防鸟害等措施，从设计源头提高线路运行的安全可靠性[6-8]。结合实际气象条件，导线、地线，以及海拔高度等因素，工程选取国家电网有限公司基建部下发的《国家电网有限公司35 kV ～750 kV 输变电工程通用设计、通用设备应用目录(2021年版)》中的110-DB21S 模块。

3.5 基础型式的选择

基础型式的选择要充分结合地质勘察资料、现场地形地貌等客观因素综合考虑。一般常见的基础型式有开挖式基础、原状土基础和桩基础。

3.5.1 开挖式基础

一般常见的开挖式基础包含：阶梯基础和直柱大板基础。用于地质有沙层、输电线路下方，以及施工时输电线路不涉及停电等小型机械就可以施工的环境场合。

3.5.2 原状土基础

一般常见的原状土基础包含：岩石锚杆基础、掏挖基础和螺旋锚基础。用于地质较好地带，施工机器作业时不会有蹋孔的风险。

3.5.3 桩基础

一般常见的桩基础包含：人工挖孔桩基础和钻孔灌柱桩基础。桩基础一般地下埋深较大，鉴于人工作业安全风险因素太高，目前仅推荐机械作业的钻孔灌柱桩基础。对于地质有蹋孔风险发生的地方，可以配合泥浆护壁进行施工作业。依据DL/T 5219—2014《架空输电线路基础设计技术规程》，按照安全可靠、技术先进、经济适用、因地制宜、方便施工的原则，根据本工程的水文、地质情况及各塔型基础作用力的特点，并充分采纳详细地质勘察报告的结论和建议，通过详细的优化计算，本工程铁塔采用直柱大板式基础钻孔灌注桩基础。