110 kV輸電線路設計研究

李乾飛

(璞信電力工程設計有限公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

輸電線路設計應堅持“安全可靠、技術先進、環境友好、投資合理、標準統一”等設計理念，提高資源利用率，提高電網工程的建設效率[1]。在輸電線路設計中，路徑規劃是否合理，導線、地線的選擇以及沿線的氣象條件、地質數據情況，都會影響設計人員后面對桿塔和基礎型式的選擇[2]。下面結合實際工程，介紹輸電線路設計中的注意事項。

1 工程資料

按照“京津冀協同發展”的安排部署，未來幾年，將有眾多鑄造企業搬遷至河北南部某縣工業園區，屆時，用電負荷將高速增長。同時，隨著政府加大大氣污染治理力度，園區燃煤鍋爐全部關停，園區內鑄造企業將燃煤鍋爐改為電鍋爐，用電負荷快速增長。預計至2024 年，園區負荷將達到130 MW，雖然園區附近某110 kV 變電站2024 年將擴建1 號主變(10 kV 側供電容量50 MVA)，但其現有2 號、3 號主變10 kV 側供電容量均僅為25 MVA，擴建完成后，3 臺主變的10 kV 側總的供電容量僅為100 MVA，難以滿足負荷接入需求，而且1 號主變因檢修或故障停電，2 號、3 號主變難以轉供1號主變主供的10 kV 負荷。因此在園區附近新建一座110 kV 變電站是非常必要的。

2 接入系統

根據接入系統報告，從某220 kV 變電站新出一回110 kV 線路至新建110 kV 變電站，從現有其他110 kV 線路T 接一回110 kV 線路至新建110 kV 變電站。本工程規劃擬建A 線路為單回路，導線截面為300 mm2的鋼芯鋁絞線，地線配置兩根，其中一根截面為100 mm2的鋁包鋼絞線，另一根根據通信專業要求，選擇48 芯光纖復合架空地線(簡稱OPGW 光纜)?，F選取220 kV 變電站新出一回110 kV 線路，對110 kV 輸電線路設計進行闡述。

3 輸電線路設計

在輸電線路設計中，常規的110 kV 輸電線路是從220 kV 變電站的110 kV 間隔直出一回至新建的110 kV 變電站。但隨著區域用電負荷的增加，電網的不斷發展，上級電源點(220 kV 變電站)的110 kV 直出間隔會出現全部占用的現象。這就導致了現在很多輸電線路會T 接于其他輸電線路的現象，從而對輸電線路設計人員如何選擇輸電線路的T 接方式以及相關的T 接位置，提出了更高的設計要求。一般來說，常見的輸電線路T 接方式包括“電纜T 接”“雙回路耐張塔T 接”和“單回路耐張塔T 接”等幾種。不同的T 接方式有著不同的要求，輸電線路設計人員一般需要針對工程現場的實際地形地貌，結合周邊環境地物信息，以及輸電線路附近交叉跨越的障礙物等方面進行綜合考慮，進而確定適合本工程的T 接設計方式。

3.1 路徑方案的選取

路徑方案的選取一般遵循以下原則。

1) 據系統規劃和要求，結合已有線路的走徑和沿線地形條件，保證線路運行安全，施工、運輸、維護方便。

2) 盡量避開村莊等地物，保持并滿足對各種現有設施規定的安全距離，以及環保要求。

3) 充分考慮沿線政府和相關部門、單位對路徑的意見，同時兼顧工程造價因素。

根據已批復的接入系統報告，了解新建變電站的電源點位置后，優先考慮使用衛星地圖進行路徑的基本規劃[3]。從衛星地圖上可以看出兩端變電站站址位置，而擬建輸電線路沿線地形以平地為主，村落密集交錯，有河流及省道需要跨越，初步判斷，擬建線路曲折系數較大。

根據路徑選取原則，路徑初步選取后，需要去現場對沿線進行實地勘察，對線路轉角位置進行準確定位，從而使線路的路徑規劃在后期實施階段具備可行性。線路勘察定位后，需要把影響路徑走向的障礙物信息一同繪制在路徑圖中，以供評審單位審查。通常在可行性研究階段，會選取多個路徑方案進行對比，綜合對比各項因素后，最終選取最優的方案開展工程的具體設計。

3.2 導線和地線的選取

3.2.1 導線的選取

在輸電線路設計中，導線的截面選取一般根據接入系統的批復來進行。110 kV 常用的導線為鋼芯鋁絞線，隨著技術的發展，近年來鋼芯高導電率鋁絞線和鋁合金芯鋁絞線等節能導線得以推廣使用。在同樣截面下，需要對三種導線進行“載流量、損耗、弧垂、年費用”等方面的技術經濟對比，綜合因素考慮后，選取具體的導線規格[4]。

各導線的詳細計算過程不再詳細描述，僅提供最終計算結果進行對比，如表1 所示，表1 中JL3/G1A-300/40 為鋼芯高導電率鋁絞線，JL/G1A-300/25 為鋼芯鋁絞線，JL1/LHA1-165/170-18/19 為鋁合金芯鋁絞線。

表1 三種導線載流量和輸送容量

由表1 可知，三種導線均能夠滿足接入系統的要求。三種導線的載流量相差不大，節能導線要比普通導線高出0.9 %～4.1 %。

從表2 數據可以看出，節能導線與常規導線相比，其節能效果明顯。

表2 三種導線結構的電能熱損失

從表3 可看出，JL1/LHA1-165/170-18/19導線弧垂效果最好，JL3/G1A-300/40 弧垂其次，JL/G1A-300/25 弧垂效果最差；JL1/LHA1-165/170-18/19 的過載能力最好，其余導線基本相近，過載允許覆冰都能滿足輕中冰區的設計要求，且都有較大的裕度。

表3 三導線40 ℃弧垂

由表4 可知，年最大損耗小時數2 200 h 時，當電價低于0.42 元/kWh 時，正常輸送容量的年費用JL3/G1A-300/40 導線最低，其次是JL1/LHA1-165/170-18/19，JL/G1A-300/25 年費用最高；當電價高于0.42 元/kWh 時，JL3/G1A-300/40 較低，JL1/LHA1-165/170-18/19、JL/G1A-300/25 較高。

表4 正常輸送容量的年費用 單位：萬元

通過以上各方面的綜合分析對比，本工程導線優先選擇鋼芯高導電率鋁絞線JL3/G1A-300/40。

3.2.2 地線的選取

地線的規格選取和配置， 除了按照GB 50545—2010《110 kV ～750 kV 架空輸電線路設計規范》5.0.12 要求的最小截面以外，還應結合通信專業方面的需求。在110 kV 線路設計中，地線通常配置一根普通鍍鋅鋼絞線或鋁包鋼絞線，一根OPGW 光纜(光纖復合架空地線)；或為了遠期通信需要，采用兩根OPGW 光纜進行配置。若工程存在跨越“高速公路、高速鐵路和重要的輸電通道”時，該耐張段的設計方案，一般采用“耐—耐”“耐—直—耐”“耐—直—直—耐”和“耐—直—直—直—耐”的方式進行跨越，相應的地線也會配置兩根OPGW 光纜。

兩根地線在選擇時，應該注意技術參數中的“拉斷力、單位自重，彈性模量、膨脹系數和短路容量”等信息，須使兩根地線的弧垂配合得更加接近[5]。

3.3 氣象條件

在輸電線路設計中，氣象條件主要的影響因素有溫度、風速、覆冰、雷暴日等，氣象數據收集完成后，根據不同的工況進行組合。

在收集氣象資料過程中，需要說明氣象資料的來源，包括氣象臺(站)的名稱、與線路的相對關系(包括方位、距離)、周圍環境、風速記錄儀類型及記錄方式、冰雪資料的觀測方式、記錄年代等?；撅L速的選取，應根據氣象臺(站)所記錄的風速資料，經數理統計換算為工程需要的風速值。覆冰厚度的選取應根據氣象臺(站)的觀測資料，以及附近已有線路(電力線、通信線)、建筑物、樹木等的覆冰資料選定。最高氣溫、最低氣溫、雷暴日數及土壤凍結深度則主要根據沿線氣象臺(站)的記錄選定。年平均氣溫的選取決定導線、地線全年平均運行張(應)力的大小，也是導線、地線張(應)力設計控制條件之一。

收集完成后，得出本工程設計采用的氣象條件一覽表，如表5 所示。

表5 氣象條件一覽表

3.4 桿塔的選擇

國家電網公司從保障能源安全、優化能源結構、促進節能減排、發展低碳經濟、提高服務水平的要求出發，大力推廣輸變電工程通用設計、通用造價、通用設備和標準工藝。輸電線路的通用設計覆蓋了常規設計氣象條件、常用導線型號和主要地形條件，充分考慮防污閃、防冰閃、防風閃、防雷擊、防舞動、防鳥害等措施，從設計源頭提高線路運行的安全可靠性[6-8]。結合實際氣象條件，導線、地線，以及海拔高度等因素，工程選取國家電網有限公司基建部下發的《國家電網有限公司35 kV ～750 kV 輸變電工程通用設計、通用設備應用目錄(2021年版)》中的110-DB21S 模塊。

3.5 基礎型式的選擇

基礎型式的選擇要充分結合地質勘察資料、現場地形地貌等客觀因素綜合考慮。一般常見的基礎型式有開挖式基礎、原狀土基礎和樁基礎。

3.5.1 開挖式基礎

一般常見的開挖式基礎包含：階梯基礎和直柱大板基礎。用于地質有沙層、輸電線路下方，以及施工時輸電線路不涉及停電等小型機械就可以施工的環境場合。

3.5.2 原狀土基礎

一般常見的原狀土基礎包含：巖石錨桿基礎、掏挖基礎和螺旋錨基礎。用于地質較好地帶，施工機器作業時不會有?？椎娘L險。

3.5.3 樁基礎

一般常見的樁基礎包含：人工挖孔樁基礎和鉆孔灌柱樁基礎。樁基礎一般地下埋深較大，鑒于人工作業安全風險因素太高，目前僅推薦機械作業的鉆孔灌柱樁基礎。對于地質有?？罪L險發生的地方，可以配合泥漿護壁進行施工作業。依據DL/T 5219—2014《架空輸電線路基礎設計技術規程》，按照安全可靠、技術先進、經濟適用、因地制宜、方便施工的原則，根據本工程的水文、地質情況及各塔型基礎作用力的特點，并充分采納詳細地質勘察報告的結論和建議，通過詳細的優化計算，本工程鐵塔采用直柱大板式基礎鉆孔灌注樁基礎。

4 結束語

綜上，從路徑規劃、導線和地線、氣象條件、桿塔和基礎型式等方面對110 kV 輸電線路設計進行了討論，輸電線路設計還有絕緣配合、防雷接地、絕緣子和金具、防振設計、防舞動設計等方面需要進一步闡述。

隨著輸電線路通道的日益緊張、基礎建設工程的難度加大，各方面均要求設計人員采用更先進的技術手段來解決選線、設計、施工及運行的諸多問題；并對輸電線路設計人員在可行性研究階段就要充分理解規范以及最新“反輸電線路事故”等文件精神方面，提出了新的設計質量要求。

輸電線路工程可行性研究必須貫徹國家技術政策和產業政策，符合國家現行的有關設計標準的規定，即推進資源節約型、環境友好型線路的建設；積極穩妥地采用新技術，提高輸電線路建設的技術水平；注重環境保護，促進節地、節能、節材；降低輸電成本，控制工程造價，提高輸電線路工程的建設效益。