高压架空输电线路设计探讨

储贤超

(宁夏回族自治区电力设计院，宁夏 银川 750001)

高压架空输电线路设计探讨

储贤超

(宁夏回族自治区电力设计院，宁夏 银川 750001)

伴随跨越式发展，电网输送能力大大增强，但输电线路建设的内部环境和外部空间却越来越小。现针对高压(35～220 kV)架空输电线路设计，分析了气象条件收集与用途，讨论了导线和避雷线截面的选择，采用惯用法进行了架空输电线路的绝缘配合计算。

高压架空输电线路；气象条件；导线；避雷线；绝缘

0 引言

架空线路具有线路结构简单、施工周期短、建设费用低、输送容量大、维护检修方便等显著优点。而架空线路设计涉及的内容复杂，本文将从气象条件收集与用途、导线和避雷线截面的选择、架空输电线路的绝缘配合计算等3个方面，对高压架空输电线路设计进行探讨。

1 气象条件收集与用途

对线路力学计算影响较大的主要因素是风速、覆冰及气温。气象资料收集的内容和用途：

(1) 历年极端最高气温：用以计算导线最大弧垂和导线发热。

(2) 历年极端最低气温：用以计算杆塔强度，检验导线上拔力等。

(3) 历年年平均气温：用以确定年平均气温，计算导线在年平均气温下的应力，以确定导线的防振设计。

(4) 历年最大风速及最大风速月的平均气温：这是线路设计气象条件的主要资料。最大风速是计算杆塔和导线机械强度的基本条件之一。

(5) 地区最多风向及其出现频率：用以考虑导线防振设计、防腐及绝缘子串的防污设计。

(6) 导线覆冰厚度：用以计算杆塔和导线的机械强度以及验算不均匀覆冰时，垂直排列的导线间接近距离。

(7) 年平均雷电日数：作为防雷设计的依据。

2 导线和避雷线截面的选择

2.1 导线截面的选择

2.1.1 按经济电流密度选择截面

(1) 导线的经济截面计算公式如下：

S=I/J

式中，S为导线的经济截面(mm2)；I为最大负荷电流(A)；J为导线的经济电流密度(A/mm2)。

(2) 输电线路经济电流密度(钢芯铝绞线)：

最大负荷利用小时<3 000(一班制)时为1.65 A/mm2，最大负荷利用小时3 000～5 000(二班制)时为1.65 A/mm2，最大负荷利用小时>5 000(三班制)时为0.90 A/mm2。

(3) 根据计算所得截面，再选择适当的导线截面。经济电流截面的选择原则是就近选择。

2.1.2 按载流量选择截面

(1) 按导线的载流量选择导线截面时，应使其在最大连续负荷电流运行条件下，不超过允许值。导线的允许温度，铝线及钢芯铝绞线可采用+70 ℃；大跨越档可采用+90 ℃；镀锌钢绞线可采用+125 ℃

(2) 环境气温应采用最高气温月的最高平均气温。

2.1.3 按电压损失效验截面

按电压损失效验截面时，应使各种用电设备端电压符合现行规范，35～110 kV线路电压损失一般不超过5%。

对三相平衡负荷线路，几个负荷用电流矩(A·km)表示：

对三相平衡负荷线路，几个负荷用负荷矩(kW·km)表示：

式中，Δu%为线路电压损失百分数；Un为标称电压；R、X为三相线路单位长度的感抗；I为负荷计算电流；l为线路长度；P为有功负荷；cosφ为功率因数。

2.1.4 按机械强度效验截面

由于输电线路导线悬挂于杆塔上且全部露天放置，导线不但要承受自身重力作用，而且要承受外界气候的各种不利条件的影响，所以导线必须有足够的机械强度。

2.2 避雷线截面的选择

(1) 钢绞线。避雷线的截面积一般不小于25 mm2。架空线路避雷线截面的选择应与导线配合，具体如表1所示。

(2) 复合光缆的避雷线选择与钢绞线的选择方法相同。

3 架空输电线路的绝缘配合

本节以惯用法作架空输电线路的绝缘配合，主要内容为：线路绝缘子串的选择、确定线路上各空气间隙的极间距离——空气间距。

3.1 绝缘子串的选择

线路绝缘子串应满足3方面的要求：在工作电压下不发生污闪；在操作过电压下不发生湿闪；具有足够的雷电冲击绝缘水平，能保证线路的耐雷水平与雷击跳闸率满足规定要求。

3.1.1 按工作电压要求

线路的闪络率与该线路的爬电比距λ密切相关，根据线路所在地区的污秽等级来选定λ值，就能保证必要的运行可靠性。设每片绝缘子的几何爬电距离为L0(cm)，即可按爬电比距的定义得：

式中，n为绝缘子片数；Ke为绝缘子爬电距离有效系数；Um为系统最高工作电压有效值。

3.1.2 按操作过电压要求

绝缘子串在操作过电压的作用下，也不应发生湿闪。在没有完整的绝缘子串在操作波下的湿闪电压数据的情况下，只能近似地用绝缘子串的工频湿闪电压来代替。电网中操作过电压幅值的计算值=K0Uφ，其中K0为操作过电压倍数。

设此时应有的绝缘子片数为n2，则由n2片组成的绝缘子串的工频湿闪电压幅值为：

UW=1.1K0Uφ

3.1.3 按雷电过电压要求

雷电过电压方面的要求在绝缘子片数选择中的作用一般不大，这是由于线路的耐雷性能取决于各种防雷措施的综合效果，影响因素很多。一般也不再增加绝缘子片数，而是采用诸如降低杆塔接地电阻等其他措施来解决。

3.2 空气间距的选择

根据上述3种要求，空气间距也有所不同。

3.2.1 工作电压要求的净间距S0

S0的工频击穿电压幅值：

U50～=K1Uφ

式中，K1为综合考虑工频电压升高、气象条件、必要的安全裕度等因素的空气间隙工频配合系数。

3.2.2 操作过电压要求的净间距SS

要求SS的正极性操作冲击波下的50%击穿电压：

U50%(S)=K2US=K2K0Uφ

式中，US为计算用最大操作过电压；K2空气间隙操作配合系数，对范围Ⅰ取1.03，对范围Ⅱ取1.1。

3.2.3 雷电过电压要求的净间距S1

通常取S1的50%雷电冲击电压等于绝缘子串的50%雷电冲击闪络电压UCFO的85%，即：

U50%(1)=0.85UCFO

其目的是减少绝缘子串的沿面闪络，减少釉面受损的可能性。

4 结语

高压架空输电线路设计是一门复杂的科学，本文从气象条件收集与用途、导线和避雷线截面的选择、架空输电线路的绝缘配合计算等3个方面，对高压架空输电线路设计进行了探讨。合理设计高压输电线路仍需要大家的不断努力与研究。

[1] 胡毅.输电线路运行故障分析与防治[M].北京：中国电力出版社，2007

[2] 贺博，林辉.基于泄漏电流的污秽绝缘子闪络风险预测[J].高电压技术，2006(11)

2014-09-04

储贤超(1987—)，男，宁夏石嘴山人，助理工程师，从事输电线路设计工作。