110 kV架空输电线路相关安全距离计算

谢焕锋

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广州 510635)

1 概述

架空输电线路是指在金属钢架上合理搭设输电导线，用来运输电流的一种电力设施，架空输电线路的建设中其导线一般和地面保持一定的距离。由于在架空输电线路系统的建设中具有：成本投资少、施工速度快、施工方便、易于维修、电流输送容量大、输送距离超长等特点，所以，现今已成为主要的输电形式[1]。但是，架空输电线路在实际的运行中也有一些不足，由于架空输电线路一般在户外建设，周围环境对其影响很大(见图1)。

图1 110 kV双回输电线路示意

近年来，随着城市的发展，建筑物与线路保护区的矛盾越来越多，由于历史原因，有很多高压架空线路贯穿于城市，新建建筑物已经严重危及电力线路安全运行，同时过近的距离也会对人身安全造成极大地威胁，城市空间紧张，可以将高压线路改造成地下电缆线路，但将原有的高压线路都改造成地下电缆线路造价太高。如果新建建筑物与线路之间可以安全建设及运行，可以减少迁改工作从而减少建设投资，精确计算现有输电线路导线在各种工况下的安全距离，对城市规划建设非常重要。

2 110 kV架空线路安全距离简介

控制与输电线路导线最小安全距离的一个主要原因是绝缘水平，太近会击穿空气绝缘，造成放电危害，另一个原因是对地面电场磁场的控制，距离太近会电磁场危害[2-4]。如110 kV线路对地距离是以不发生危险的电气间隙放电事故，即考虑正常绝缘水平决定，在非居民区按城乡郊区在夏收季节若用汽车运输时，按交通部门规定载高以4.0 m计算，操作过电压等效间隙取0.70 m，裕度取0.5 m，则导线对地距离为4.0+0.70+0.5=5.2 m，此外还参考日本、前苏联等其他国家标准，最终取6.0 m[5]。

《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545—2010)中对110 kV线路各项内容规定数值见表1所示。

表1 导线对地距离及交叉跨越距离

3 案例分析

3.1 案例背景

东莞市凤岗某数码城三组团项目位于东莞市凤岗镇雁田村，怡安东路北侧。场地红线南侧紧邻东深二路，东侧为园区内道路，南侧为怡安东路。110 kV输电线路马东线为东深供水专用架空输电线路，接入上埔站，该输电线路位于数码城三组团项目用地红线与东深供水箱涵之间，数码城三组团项目用地红线距离输电线路边导线最近处不足10 m，110 kV输电线路马东线与数码城征地红线平行，受影响范围为距N11塔至N12塔大号侧45 m处[6]。

本节将对该范围输电线路与建筑物之间安全距离进行分析计算，校验数码城三组团项目新建建构筑物对线路带电导线是否满足电气安全距离。根据工程情况，本次校核包括：

1) 在最大计算导线弧垂情况下，导线对地面的最小垂直距离(图2中距离A)，取居民区最小距离7 m。

2) 在计算风偏影响情况下，边导线与规划建筑物之间的最小5 m净空距离(图2中距离B、C)。

图2 线路导线距离断面示意

3.2 基础数据的选取

输电线路导线受气温、风力等外界因素影响，导线不是处于静止状态，会有导线弧垂变化及摆动，需要考虑在极限条件下，导线发生偏移后是否还满足导线与建筑物的电气安全距离，这时需取得输电线路运行所处地区的气象条件、导线设计安全系数等基础资料，由于线路施工过程可能产生测绘误差、定位误差和施工误差等，与图纸资料产生差距，所以,进行精确距离计算时，需要现场测量复核输电线路工程竣工现场与图纸资料是否存在误差，如杆塔安装定位建议以现场测量为准[7]。

根据110 kV马东线竣工资料(以下简称马东线竣工图)、数码城三组团项目施工图及现地测量复核，所收集需要的资料如下。

① 输电线路路径：110 kV输电线路马东线位于数码城三组团已建项目西侧，与征地红线平行，受影响范围处于N11塔～N18塔耐张段之间，该耐张段长为1 186 m，代表档距为170 m。

② 气象条件：本工程110 kV马东线线位于东莞市凤岗镇，根据其竣工图资料，线路所在地气象组合见表2所示。

表2 气象条件

③ 导线结构及其物理特性：110 kV马东线导线型号采用LGJX-185/25，导线特性参数资料见表3。

表3 导线特性

④ 由于该地无覆冰情况，依据《电力工程高压送电线路设计手册》(以下简称线路手册)计算方法，分别计算得到导线在自重力荷载、无冰时风荷载及无冰时综合荷载时的比载[8]，计算结果见表4。

表4 导线荷载及比载

⑤ 绝缘子串：110 kV马东线直线塔采用单联绝缘子串，绝缘子采用复合绝缘子，复合绝缘子型号为FXBW3-110/70-B，绝缘子串整串长为1 639 mm，重量合计为12.50 kg，受风面积取Af=0.22 m2。

⑥ 杆塔形式：110 kV马东线N11为钢管耐张塔JG1-18，下横担长为2.4 m，N12～N14均为直线钢管塔ZG1-24，下横担长为2.5 m。

⑦ 新建建筑物资料：三组团项目除新建楼房外，还对地面进行平整，在离输电线路比较近的地方抬高了原有地面高程，除了校核输电线路导线与高层建筑物水平距离外，还需要校核输电线路导线与地面距离。各关键点与线路相对位置、高程等数据见本文计算过程。

3.3 计算在最大计算导线弧垂情况下，导线对地面的最小距离

据现场测量复核结果，110 kV马东线N11、N12及N13塔安装高程(混凝土基础顶面)为37.66 m、37.54 m及37.73 m，N11塔至N12塔档距l1=122 m，N12塔至N13塔档距l2=165 m，由于N12～N13塔为直线钢管塔，采用悬垂绝缘子串挂导线，计算导线悬挂点高程时需要考虑悬垂绝缘子串的长度，故N11与N12导线悬挂点高差、N12与N13塔导线悬挂点高差分别为h1=(37.54+24-1.64)-(37.66+18)=4.24 m；h2=(37.73+24-1.64)-(37.54+24-1.64)=0.19 m。

两档高差与档距比值分别为h1/l1=0.0348、h1/l1=0.0012，根据《线路手册》的描述，可采用平抛物线公式计算，以下计算均采用平抛物线公式计算。

由于该新建项目回填地面，抬高了原有地面高程，新地面Z型平台与输电线路铁塔较近，且行人可至，故均需复核导线至新地面高程安全距离(图2距离A)。

1) 110 kV马东线N11～N12塔段

此塔段整段均受新建建筑物影响，受影响范围地面比较平坦，保守计算可取N11～N12塔段范围内的地面最高点校验，该处最高点高程为45.70 m。

该区域无覆冰工况，最大导线弧垂发生于最高温度时，查询110 kV马东线竣工图《导线力学特性表》，得到代表档距为170 m的耐张段，在最高气温时导线张力F=7.65 kN，则最高温度条件下N11塔导线悬挂点到导线最低点垂直距离为：

(1)

(2)

所以导线最低点与地面离为Δh=37.44+18-0.63-45.70=9.11 m。

2) 110 kV马东线N12～N13塔段

该段受影响范围为N12塔至N12塔大号侧约45 m处，受影响范围地面平坦，故导线与地面最近点在N12塔大号侧约45 m处，同理取最高温时导线张力F=7.65 kN计算。N12塔大号侧45 m导线与N12塔导线挂点垂直距离为

(3)

取地面高程为47.70 m校验，该点导线距地面高程为Δh=37.54+24-1.64-2.39-45.70=11.81 m

可见以上位置距地面均符合规范居民区导线计算最大弧垂时距离地面大于7 m(居民区)的要求。

3.4 计算在最大计算风偏情况下，边导线于建筑物之间的最小净空距离

导线及绝缘子串受风力的作用有一定偏移[9-10]，除了计算导线受风力产生偏移，还需要考虑绝缘子串的风偏，最大偏移距离如图3所示。

图3 导线最大风偏距离示意

导线风偏角为导线风荷载比载及导线自重比载之比正切反函数值：

(4)

悬垂绝缘子串除自身风荷载影响，还受导线影响，N12绝缘子串风偏角为：

(5)

式中：

P1——悬垂绝缘子串风压，N；

G1——悬垂绝缘子串重力，N；

P——导线风荷载，N/m；

W——导线自重力，N/m；

lh及lv分别为垂绝缘子串风偏角计算用杅塔水平、垂直档距，可由水平档距及垂直档距计算公式：

(6)

(7)

分别求得N12、N13塔水平、垂直档距为lh12=143.5 m，lv12=211.9 m，lh13=184 m，lv13=187.8 m。

同样可求得N13、N14风偏角分别为56.00°、60.62°。

1) 110 kV马东线N11～N12塔段

导线与地面建筑物最近距离在N11塔至N12塔中间位置，保守计算，取最大风偏及此时最大弧垂，查马东线竣工图《导线力学特性表》取最大风时导线张力F=14.10 kN，可求得最大风条件下导线最大弧垂为：

(8)

由于N11塔为耐张塔，采用耐张绝缘子串，忽略绝缘子引起的偏移，最大风偏点绝缘子风偏角为(0+45.88)/2=22.94°，则N11～N12塔段导线最大的水平风偏距离为：1.71×sin57.64°+0.5×1.64×sin22.94°=1.76 m。

此处线路路径中心线距高层建筑物最近距离为23.56 m，最大风偏时距建筑物水平距离为(图2距离B):D=23.56-(2.4+2.5)/2-1.76=19.35m。

2) 110 kV马东线N12～N13塔段

该段与高层建筑物最近点在N13塔28.5 m处，距离为17.36 m，距地面栏杆最近点在N13塔大号侧 45 m处，取最大风时张力F=14.10 kN计算。

由公式：

(9)

可计算N13塔大号侧28.5 m处、45 m处弧垂分别为f28.5=1.78 m，f45=2.48 m。

该塔段最大风偏时距建筑物水平最近距离(图2距离B)为D=17.36-2.5-1.12-1.78sin(57.64°)=12.54 m。

2个塔段导线与高层建筑物距离符合规范导线计算风偏情况下与建筑物之间最小净空距离5 m的要求。

4 结语

本文通过工程实例，分析输电线路导线与建筑物距离最近时所处的不同工况，并计算对应工况导线与建筑物距离。

由于该实例中导线悬挂点高差与档距比较小，采用了平抛物线公式计算，由计算结果所见，该处输电线路导线与建筑物安全距离裕度较大，如果建筑物与输电线路距离紧张，应采用更加准确的平抛物线公式、悬链线公式进行计算，甚至采用更加直观、精确的三维模拟进行安全距离校验[11]。假如导线与建筑物不满足安全距离要求，则需要对输电线路进行迁改，如调整输电线路路径方案或改为入地电缆，对于双回同塔难以同时停电的输电线路，经过合理分析，也可采用输电塔原位带电顶升等方案[12]。