高压输电线路电气设计问题及改进对策

引言

高压输电常见的方式有两种,一是电缆输电,二是架空输电。虽然架空输电线路的建设难度大,容易受到自然环境的影响,不过后期运行维护较为方便,因此在长距离电力输送中,架空输电依然是高压输电线路的首选。高压输电线路电气设计关系到输电线路的运行效果,如果电气设计本身缺乏合理性,则必然会影响高压输电线路整体的运行稳定可靠性,必须引起建设单位的高度重视。

1工程概况

赤道几内亚共和国吉布劳水电站输变电工程的线路部分包括424.16km的220kV输电线路(其中双回路约176.98km,单回路约247.18km)、617.53km的110kV输电线路(均为单回路)和73km的20kV输电线路。该工程沿线地形除少部分为平地外,大部分为丘陵和山地,交通条件较好。从线路的施工和运行维护角度出发,线路路径基本上均是沿公路两侧500m范围内架设,而不考虑从森林深处通过以缩短线路长度为目的的路径架设。

2高压输电线路电气设计存在的问题

2.1路径选择问题

当前,在不少高压输电线路工程的电气设计中,设计人员没有充分重视路径选择,在缺乏现场考察分析的情况下,很容易影响路径选择的合理性,在提高设计成本的同时,也无法保证工程的安全性。

2.2杆塔选型问题

结合该工程线路沿线的自然条件,高压输电线路电气设计采用架空敷设的方式,其中杆塔选型是一个非常重要的环节,杆塔型号在保障高压输电线路质量和安全方面发挥着非常重要的作用。但是部分设计人员在杆塔选型过程中,并没有严格把控好设计流程,导致杆塔基础型号的选择不合理,影响电气设计的质量和安全。

2.3防雷接地问题

高压输电线路长度长,沿线环境复杂,建筑稀少,容易受到雷击影响。如果在线路电气设计过程中,没有充分考虑上述情况,防雷接地设计不合理,那么在恶劣天气的影响下,很容易出现线路短路或者漏电问题,导致设计成本增加的同时,也会造成后期运行维护工作量的增加。

3高压输电线路设计问题的改进对策

3.1优化路径选择

由于赤道几内亚各城市之间的道路较少,基本是城市与城市之间的联通公路,主要的居民集中地都分布在公路两侧,公路两侧5~10m以外的地方基本都是茂密的热带雨林,因此将线路设置在公路两侧500m范围内。以工程中的220kV线路BATA~NKUE为例,从BATA变电站220kV门构向东出线后,基本沿公路两侧架设。沿线经过MACHINDA,到达NIEFANG以后线路转向东北方向,最后从西南方向到达NKUE变电站220kV门构。

3.2做好杆塔选型工作

(1)明确杆塔设计原则。本工程杆塔设计按照DL/T5092一1999《110~500kV架空送电线路设计技术规程》,DL/T5154一2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》,GB50009一2001《建筑结构荷载规范》,GB50017一2003《钢结构设计规范》,并参照《电力工程高压送电线路设计手册》等相关设计、施工、运行等方面的规程、规范、技术规定和技术要求进行设计。

(2)所有铁塔构件(包括角钢和钢板)、螺母、螺栓均采用o235和o345钢。铁塔构件的厚度不小于3mm(横担下平面主材的最小厚度为5mm),铁塔紧固螺栓采用6.8级镀锌粗制螺栓,螺栓直径分别为16mm、20mm和24mm,螺栓孔比相应的螺栓直径大1.5mm,地脚螺栓材质采用o235或35号优质碳素钢,焊条材质采用E43、E50。

(3)铁塔的全部构件,在锯、剪、钻、锉、弯曲加工标识完成之后,应通过热浸工艺进行镀锌。镀锌层应光洁、厚度均匀,无缺陷。所有的螺栓或螺杆(包括丝扣部分)及螺母应进行热镀锌,或采用其他认可的工艺进行镀锌。

(4)铁塔的所有构件通过螺栓和螺母进行固定,所有的螺母下方应使用弹簧垫圈(即防松垫圈)和平垫圈,所有的螺栓头和螺母应为六边形,在防攀保护装置以下采取防偷盗螺栓和螺母,铁塔接地的连接螺栓装防盗螺母套。螺栓的丝扣不进入所连接构件间的剪切面,螺栓的最小直径为16mm。

(5)每座铁塔配备钉齿式防攀保护装置。每座铁塔在一条腿上配备登塔脚钉,脚钉位于转角方向的对面。登塔脚钉伸出铁塔构件130mm,且中心相隔不超过380mm,交叉装在塔腿主材的两个面上,从防攀保护装置开始直到地线。防攀保护装置下的塔腿主材两面留有可拆除登塔腿钉的孔,中心间隔不超过380mm。

3.3关注防雷接地

高压输电线路电气设计中,防雷接地的设计主要体现在地线选择和接地电阻控制两个方面。在实践中,设计人员需要明确地线选择的基本原则:(1)根据规程要求,地线的安全系数不应小于2.5,并且应大于导线的设计安全系数。地线的平均运行应力不得超过破坏应力的25%,并且要保证在各种工况下,在档距中央地线的弧垂小于导线弧垂。(2)根据防雷要求,在15℃、无风、无冰条件下,导线与地线在档距中央应保持不小于(0.012L＋+)1的间距。(3)根据线路设计技术规程规定,按地形情况、年均雷电日以及以往的运行经验来选择地线截面。(4)满足热稳定要求。同时,从提升线路本身耐雷水平,降低雷击跳闸率的角度出发,可以采取如下措施:1)对220kV和++0kV电压等级的架空线路,全线架设双地线,且地线对外侧导线的保护角小于+5o:2)杆塔上两根地线之间的距离不超过地线与导线间垂直距离的5倍:3)为避免雷击档距中央闪络,导线与地线在档距中央的距离s应满足s≥0.0+2L＋+:4)根据考察收集的资料,线路沿线大部分塔位处的土壤电阻率约在50~+000Ω·1范围内。根据规程的要求,线路接地装置的工频电阻值应满足表+要求。

另外,在线路每基杆塔均设有接地装置,杆塔的接地装置拟采用水平放射型式。对于土壤电阻率特别高的地段,考虑采用一定的降阻剂。接地体采用热镀锌圆钢,其直径为+211,接地引下线应热镀锌。接地体的埋设深度为0.61。杆塔的地脚螺栓与基础接地钢筋牢固焊接,可作为垂直接地体使用,从而有效降低杆塔的接地电阻。

4结语

总而言之,面对新的发展环境,在开展电网规划建设过程中,应该高度重视电气设计工作,促进电气设计质量和水平的提高。从设计人员的角度,应该立足高压输电线路的实际情况,从整体上把握电气设计全过程,做好路径选择、杆塔选型以及防雷接地等设计工作,运用自身掌握的专业知识,提升高压输电线路电气设计的有效性,切实保障高压输电线路电气资源的合理使用,保证输电线路的运行安全,减少电能传输过程中的损耗,为电力企业的可持续发展奠定良好基础。