儲(chǔ)賢超

(寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計(jì)院，寧夏 銀川 750001)

高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)探討

儲(chǔ)賢超

(寧夏回族自治區(qū)電力設(shè)計(jì)院，寧夏 銀川 750001)

伴隨跨越式發(fā)展，電網(wǎng)輸送能力大大增強(qiáng)，但輸電線路建設(shè)的內(nèi)部環(huán)境和外部空間卻越來越小?，F(xiàn)針對(duì)高壓(35～220 kV)架空輸電線路設(shè)計(jì)，分析了氣象條件收集與用途，討論了導(dǎo)線和避雷線截面的選擇，采用慣用法進(jìn)行了架空輸電線路的絕緣配合計(jì)算。

高壓架空輸電線路；氣象條件；導(dǎo)線；避雷線；絕緣

0 引言

架空線路具有線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工周期短、建設(shè)費(fèi)用低、輸送容量大、維護(hù)檢修方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。而架空線路設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容復(fù)雜，本文將從氣象條件收集與用途、導(dǎo)線和避雷線截面的選擇、架空輸電線路的絕緣配合計(jì)算等3個(gè)方面，對(duì)高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 氣象條件收集與用途

對(duì)線路力學(xué)計(jì)算影響較大的主要因素是風(fēng)速、覆冰及氣溫。氣象資料收集的內(nèi)容和用途：

(1) 歷年極端最高氣溫：用以計(jì)算導(dǎo)線最大弧垂和導(dǎo)線發(fā)熱。

(2) 歷年極端最低氣溫：用以計(jì)算桿塔強(qiáng)度，檢驗(yàn)導(dǎo)線上拔力等。

(3) 歷年年平均氣溫：用以確定年平均氣溫，計(jì)算導(dǎo)線在年平均氣溫下的應(yīng)力，以確定導(dǎo)線的防振設(shè)計(jì)。

(4) 歷年最大風(fēng)速及最大風(fēng)速月的平均氣溫：這是線路設(shè)計(jì)氣象條件的主要資料。最大風(fēng)速是計(jì)算桿塔和導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度的基本條件之一。

(5) 地區(qū)最多風(fēng)向及其出現(xiàn)頻率：用以考慮導(dǎo)線防振設(shè)計(jì)、防腐及絕緣子串的防污設(shè)計(jì)。

(6) 導(dǎo)線覆冰厚度：用以計(jì)算桿塔和導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度以及驗(yàn)算不均勻覆冰時(shí)，垂直排列的導(dǎo)線間接近距離。

(7) 年平均雷電日數(shù)：作為防雷設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2 導(dǎo)線和避雷線截面的選擇

2.1 導(dǎo)線截面的選擇

2.1.1 按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇截面

(1) 導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面計(jì)算公式如下：

S=I/J

式中，S為導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面(mm2)；I為最大負(fù)荷電流(A)；J為導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度(A/mm2)。

(2) 輸電線路經(jīng)濟(jì)電流密度(鋼芯鋁絞線)：

最大負(fù)荷利用小時(shí)<3 000(一班制)時(shí)為1.65 A/mm2，最大負(fù)荷利用小時(shí)3 000～5 000(二班制)時(shí)為1.65 A/mm2，最大負(fù)荷利用小時(shí)>5 000(三班制)時(shí)為0.90 A/mm2。

(3) 根據(jù)計(jì)算所得截面，再選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線截面。經(jīng)濟(jì)電流截面的選擇原則是就近選擇。

2.1.2 按載流量選擇截面

(1) 按導(dǎo)線的載流量選擇導(dǎo)線截面時(shí)，應(yīng)使其在最大連續(xù)負(fù)荷電流運(yùn)行條件下，不超過允許值。導(dǎo)線的允許溫度，鋁線及鋼芯鋁絞線可采用+70 ℃；大跨越檔可采用+90 ℃；鍍鋅鋼絞線可采用+125 ℃

(2) 環(huán)境氣溫應(yīng)采用最高氣溫月的最高平均氣溫。

2.1.3 按電壓損失效驗(yàn)截面

按電壓損失效驗(yàn)截面時(shí)，應(yīng)使各種用電設(shè)備端電壓符合現(xiàn)行規(guī)范，35～110 kV線路電壓損失一般不超過5%。

對(duì)三相平衡負(fù)荷線路，幾個(gè)負(fù)荷用電流矩(A·km)表示：

對(duì)三相平衡負(fù)荷線路，幾個(gè)負(fù)荷用負(fù)荷矩(kW·km)表示：

式中，Δu%為線路電壓損失百分?jǐn)?shù)；Un為標(biāo)稱電壓；R、X為三相線路單位長(zhǎng)度的感抗；I為負(fù)荷計(jì)算電流；l為線路長(zhǎng)度；P為有功負(fù)荷；cosφ為功率因數(shù)。

2.1.4 按機(jī)械強(qiáng)度效驗(yàn)截面

由于輸電線路導(dǎo)線懸掛于桿塔上且全部露天放置，導(dǎo)線不但要承受自身重力作用，而且要承受外界氣候的各種不利條件的影響，所以導(dǎo)線必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

2.2 避雷線截面的選擇

(1) 鋼絞線。避雷線的截面積一般不小于25 mm2。架空線路避雷線截面的選擇應(yīng)與導(dǎo)線配合，具體如表1所示。

(2) 復(fù)合光纜的避雷線選擇與鋼絞線的選擇方法相同。

3 架空輸電線路的絕緣配合

本節(jié)以慣用法作架空輸電線路的絕緣配合，主要內(nèi)容為：線路絕緣子串的選擇、確定線路上各空氣間隙的極間距離——空氣間距。

3.1 絕緣子串的選擇

線路絕緣子串應(yīng)滿足3方面的要求：在工作電壓下不發(fā)生污閃；在操作過電壓下不發(fā)生濕閃；具有足夠的雷電沖擊絕緣水平，能保證線路的耐雷水平與雷擊跳閘率滿足規(guī)定要求。

3.1.1 按工作電壓要求

線路的閃絡(luò)率與該線路的爬電比距λ密切相關(guān)，根據(jù)線路所在地區(qū)的污穢等級(jí)來選定λ值，就能保證必要的運(yùn)行可靠性。設(shè)每片絕緣子的幾何爬電距離為L(zhǎng)0(cm)，即可按爬電比距的定義得：

式中，n為絕緣子片數(shù)；Ke為絕緣子爬電距離有效系數(shù)；Um為系統(tǒng)最高工作電壓有效值。

3.1.2 按操作過電壓要求

絕緣子串在操作過電壓的作用下，也不應(yīng)發(fā)生濕閃。在沒有完整的絕緣子串在操作波下的濕閃電壓數(shù)據(jù)的情況下，只能近似地用絕緣子串的工頻濕閃電壓來代替。電網(wǎng)中操作過電壓幅值的計(jì)算值=K0Uφ，其中K0為操作過電壓倍數(shù)。

設(shè)此時(shí)應(yīng)有的絕緣子片數(shù)為n2，則由n2片組成的絕緣子串的工頻濕閃電壓幅值為：

UW=1.1K0Uφ

3.1.3 按雷電過電壓要求

雷電過電壓方面的要求在絕緣子片數(shù)選擇中的作用一般不大，這是由于線路的耐雷性能取決于各種防雷措施的綜合效果，影響因素很多。一般也不再增加絕緣子片數(shù)，而是采用諸如降低桿塔接地電阻等其他措施來解決。

3.2 空氣間距的選擇

根據(jù)上述3種要求，空氣間距也有所不同。

3.2.1 工作電壓要求的凈間距S0

S0的工頻擊穿電壓幅值：

U50～=K1Uφ

式中，K1為綜合考慮工頻電壓升高、氣象條件、必要的安全裕度等因素的空氣間隙工頻配合系數(shù)。

3.2.2 操作過電壓要求的凈間距SS

要求SS的正極性操作沖擊波下的50%擊穿電壓：

U50%(S)=K2US=K2K0Uφ

式中，US為計(jì)算用最大操作過電壓；K2空氣間隙操作配合系數(shù)，對(duì)范圍Ⅰ取1.03，對(duì)范圍Ⅱ取1.1。

3.2.3 雷電過電壓要求的凈間距S1

通常取S1的50%雷電沖擊電壓等于絕緣子串的50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓UCFO的85%，即：

U50%(1)=0.85UCFO

其目的是減少絕緣子串的沿面閃絡(luò)，減少釉面受損的可能性。

4 結(jié)語

高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)是一門復(fù)雜的科學(xué)，本文從氣象條件收集與用途、導(dǎo)線和避雷線截面的選擇、架空輸電線路的絕緣配合計(jì)算等3個(gè)方面，對(duì)高壓架空輸電線路設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。合理設(shè)計(jì)高壓輸電線路仍需要大家的不斷努力與研究。

[1] 胡毅.輸電線路運(yùn)行故障分析與防治[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007

[2] 賀博，林輝.基于泄漏電流的污穢絕緣子閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)[J].高電壓技術(shù)，2006(11)

2014-09-04

儲(chǔ)賢超(1987—)，男，寧夏石嘴山人，助理工程師，從事輸電線路設(shè)計(jì)工作。