220kV输电线路工程电气部分设计

黄 平

（广西水利电业集团新疆克州水利发电有限公司）

0 引言

输电连接线路的材料分类连接方式有许多，按照其能够输送特定电流的各种类型和材料种类，可以依次划分为有线交流式的输电连接线路和直流式的输电连接线路，按照每种输电连接线路所用的导电材料不同，分别为有线架空式的输电连接线路和无源式有线电缆式的连接线路［1］。

1 设计原始资料

（1）线路概况

拟建一回220kV线路：

1）线路所处地区海拔在3000～3300m之间，等级为II级。

2）外业定位工作已经完成并成平断面定位图。

3）根据系统专业论证提资，地线一根采用JLB20A-150铝包钢绞线，另一根采用OPGW 地线；外业定位工作已经完成并形成平断面定位图。

（2）设计用气象条件

本次设计用气象条件取值见表1。

表1 设计用气象条件一览表

（3）导地线选择

导线管的横向纵截面的基本设计技术要求一般应从它的主要电气性能特点和它的经济实用性质两个基本方面来综合考虑，保证安全、经济有效地实现输出额定电能［2］。一般先按照国家规定的通用经济电流密度标准来进行测量跨越初选选型导线的电流截面，再按照国家规定的电流允许导线电压电流损失、发热、电晕、等各种情况对其进行电流校验，大幅度跨越初选导线的电流截面是否适宜按照国家规定的电流允许导线负荷相应电流进行选型，并通过采用科学校验技术对其电流进行负荷比较来进行确定［3］。

2 地线校验及地线基本参数

（1）机械强度校验

地线在选择采用镀锌钢绞线时与引线的连接位置宜符合的要求，见表2。

表2 地线采用镀锌钢绞线时与导线的配合

本线路采用的地线型号为JLB20A-150，其截面为148.07mm2＞100mm2，满足条件。

（2）热稳定校验

当一个电力系统在工作时发生一个单项性接地故障，就需要将地线返回输出电流，由此产生的气温升高不应大于或超过它们的允许值，以免造成机械强度的明显减弱。检验短路热稳定时的地线容许温度，钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线的容许温度可以选择200℃，钢芯铝包钢绞线、铝包钢绞线的容许温度可选择300℃，镀锌钢绞线的容许温度可选择400℃，光纤复合地线容许的温度要求应该是采用本企业的试验质量保证标准［4］。地线短路热稳定所需要的电流大小可按如下公式进行计算：

式中I为地线的短路热稳定允许电流；C为载流部分的热容量；α0为载流部分20℃时的电阻温度系数；R0为载流部分20℃时的电阻；T为短路热稳定的计算时间；ta为环境温度，采用最高气温月的平均最高气温；t为地线的短路热稳定允许温度。

（3）地线基本参数

整合设计原始资料列出计算用的地线JLB20A-150参数表，抗拉断力强度：对相关架空轨道线路本身进行综合抗拉抗扯断力额定试验时，要求其中的相关架空线路本身应保证能够同时可以承受95%的额定抗拉断力，即对其相关架空线路的额定综合抗拉断力试验等级为95%。所以台湾架空铁道线路的最高抗拉应力强度使用表示公式为：

地线安全系数：根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）规定导地线在横向圆弧形或垂直悬挂最低点上轨道设计的安全强度系数一般适宜不应不得大于2.5，悬挂最低点上的轨道设计线路安全系数也一般不宜不得小于2.25。地面导线的采用设计安全保护系数一般要求不宜大于超过或至少等于一条导线所采用设计的安全系数。

即使不完全充分考虑列车悬挂架时点的震动附加弯曲应力和列车震动时点的附加应力驱动弯曲应力的相互作用，最小安全系数也至少可按设计要求尽量达到1.86。为了有效保证我国架空铁路输电电缆线路的安全正常工作运行，考虑到的地面导线大部分均直接采用不锈钢绞线，容易长期受到强风腐蚀，其最大基本设计安全系数宜远远低于超过输电导线的最大基本设计安全系数。即K＞2.5，在本次设计中取K＝3.0。取3.0后的值和典型设计的转角塔基本荷载表里面在对比，本次设计的值382是小于地线挂点可承受力（34034N），满足杆塔安全。

3 地线应力弧垂及地线临界档距计算

（1）地线比载的计算

1）自重比载

自重比载是架空线自身重量引起的比载，其大小可认为不受气象条件变化的影响。自重比载的计算公式为：

式中q为地线的单位长度质量；A为地线的截面积；g为重力加速度，g＝9.80665。

2）冰重比载

冰重比载是架空线的覆冰重量引起的比载。在覆冰厚度为时，单位长度架空线上的覆冰体积为：

若取覆冰的密度ρ＝0.9×10－3kg／cm3，则冰重比载为：

式中b为覆冰厚度，b＝20mm；d为地线的外径；A为地线的截面积；g为重力加速度，g＝9.80665。

3）垂直总比载

垂直总比载包括自重比载和冰重比载，其作用方向垂直向下，其值等于自重比载与冰重比载之和，即

4）无冰风压比载

无冰风压比载是指线路在无冰条件下，风向在垂直于导线方向的作用力所产生的比载。当最大风速时：v＝27m／s基本风压为：

式中W27为风速为27时的风压标准值，Pa；v2为风速，m／s。

5）覆冰风压比载

（2）计算地线临界档距并判断控制气象条件

地线的瞬时破坏应力：

控制应力：

平均运行应力：

（3）临界档距的判定

判定有效临界档距的方法很多，本次设计采用的是列表法。

计算的有效临界档距判别见表3。

表3 有效临界档距判别表

由上表数据可得：当有效临界档距为lbd＝177m，当档距50＜l≤177m时，控制气象条件为b（年平均气温）；当l≧177m时，控制气象条件为d（最厚覆冰）。

4 结束语

本次设计根据原始资料以及实际的工程运用，完成了最大风速的换算、地线安全系数的选取、地线的相关校验、地线相关参数的计算、地线等几个重要比载的计算，然后根据我们逐步推导的应力弧垂的计算步骤用这些公式计算出应力弧垂的条件。本次设计中用到地线JLB20A-150的几个非常重要的参数：破坏应力、控制应力、平均运行应力。这次设计过程中最大的难点也是最容易出错的地方，就是计算是给定、或者计算得出数据的单位换算和计算公式的准确性。