輸變電線路工程設計分析
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摘要：輸變電線路工程設計是保障輸變電線路運行穩(wěn)定與安全的兩個重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)高壓輸變電線路在電網(wǎng)建設與應用中功能充分發(fā)揮的重要手段。在當前電力事業(yè)高速發(fā)展，高壓輸變電線路架設規(guī)模大幅度提升的背景下，高壓輸變電線路設計對指導輸變電線路施工與管理實踐具有深遠意義。圍繞輸變電線路工程設計問題實施研究。
關(guān)鍵詞：輸變電線路；工程設計；導線選擇
電力工程運行中有著供電及輸電的關(guān)鍵任務，輸變電線路是進行輸電及供電的重要載體，線路在設計過程中需保證安全性及穩(wěn)定性，同時還需要保證牢靠性，這與電力工程輸電及供電基本效果有著直接影響，所以，相關(guān)部分需加強輸變電線路工程設計及管理工作。
1輸變電線路工程
電流是輸送過程中可能會因為線路溫度升高造成能源損耗，在輸送過程中需要通過變電站提升線路電壓，降低線路電流，減少熱量損失。高壓輸變電線路具有較高危險性，而目標電氣設備不需要高壓運行，需要通過變電站將電壓值調(diào)低。電流在輸送期間需要通過多次變電處理，輸變電是指將低電壓進行升高處理之后，實現(xiàn)遠距離輸電，線路功率電壓越高，電流值就越小，進而降低電流運輸期間線路中的電能損耗。輸變電工程主要分為兩個組成部分，第一部分是輸電線路，第二部分為變電站，通常情況下電廠發(fā)出的電壓值相對較低，因此如果不進行適當?shù)纳龎禾幚怼Ｄ敲淳€路電流值會過大，線路的溫度會持續(xù)上升，此時電流傳輸期間會有大量電能在導線傳遞中損失，導線的熱量如果過高，還會燒毀導線，影響電力的正常傳輸。為了防止線路受到不良影響，降低電力能源損失，必須要將電壓值升高，設置變電站實施中間升壓轉(zhuǎn)化，通常電廠發(fā)電之后實施電流傳輸所經(jīng)過的第一個站點就是升壓變電站，變電站中通常包括兩個部分，分別有升壓站和降壓站，主要功能就是調(diào)整電壓等級，然后匯集電能實施配送，其中主要包括變壓器裝置、母線、線路開關(guān)裝置、建筑結(jié)構(gòu)以及系電力系統(tǒng)控制設備等。變電站的設置要根據(jù)電壓轉(zhuǎn)化等級對電力服務區(qū)域?qū)嵤﹦澐?，電壓轉(zhuǎn)化等級越高，變電站的實際服務范圍就越大。輸變電工程分布在全國各地的電網(wǎng)服務區(qū)域，由輸電線路對其各個分布節(jié)點實施連接。輸變電工程可以分成直流輸電工程和交流輸電工程這兩種，其中第一種主要是由換流站、輸電線路和接地極系統(tǒng)組成。第二種工程主要由變電站和輸電線路這兩部分組成。
2輸變電線路工程特點
輸變電線路工程的主要作用在于電力能源傳輸，電能從電廠傳輸?shù)街付娏π枨髤^(qū)域。不同電力需求區(qū)域存在著較大的差別，整個工程會跨越較大區(qū)域，范圍從幾十千米到幾千千米。由于不同區(qū)域會涉及到不同環(huán)境，在進行輸變電線路工程建設時會涉及到非常多的施工單位以及多種環(huán)境。在輸變電線路工程建設過程中會在一定程度上涉及土地征用、地形地貌更改、樹木砍伐、居民搬遷等等情況，必然會對生態(tài)環(huán)境造成影響。由于電力行業(yè)具有自身特殊性，為確保自身的安全性就需要投入高質(zhì)量的設備設施，這也必然需要較大的工程投資。除了基本的設備設施之外，也需要涉及到土地征用費用、環(huán)境保護費用、居民拆遷費用等等，輸變電線路工程總體投資相對較高。同時整個工程涉及到的內(nèi)容較多，工程設計人員在進行工程設計的時候要充分重視各個工程設計要點和細節(jié)控制。
3輸變電線路工程設計必要性
高壓輸變電線路是電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，輸變電線路工程的架設主要是為了滿足電力工程的傳輸需求，實現(xiàn)電能在電廠到變電站以及變電站到變電站之間的科學分配傳遞。當前我國電力輸變電線路輸送模式主要有以下幾種，第一種是在300km的傳輸距離之內(nèi)，將電壓值控制在220kV實施傳輸。第二種是傳輸距離在100km之內(nèi)，將傳輸電壓值控制在110kV。第三種是電流傳輸距離在50km內(nèi)，將電流傳輸電壓值控制在35kV或者是66kV。第四種是傳輸距離在20km內(nèi)，將電流傳輸電壓控制在10kV或12kV。其中第一種和第二種傳輸模式中的電壓值就為高壓輸電線路工程中的電流傳輸模式。我國地域廣闊，各地城鎮(zhèn)或者村莊分布密集程度都存在差異，為此在電力輸送過程中，很容易出現(xiàn)遠距離傳輸?shù)那闆r，在這種情況下，為避免過大的電能損耗，必須要對其實施升壓處理，最終進行變電處理降低線路電壓為電力用戶正常供電。充分重視輸變電線路工程設計能夠最大程度提升線路安全等級，顯著降低線路供電過程中的電能損耗，提升線路運行安全等級。
4輸變電線路工程設計要點
4.1輸變電線路定位設計
對于輸變電線路工程來說，線路定位設計是非常關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)，工程設計人員需要確保輸變電線路規(guī)劃的科學合理性和可行性，為后續(xù)線路工程的運行維護管理奠定堅實基礎。工程設計人員要根據(jù)該區(qū)域供電實際需求和電網(wǎng)建設技術(shù)標準，對輸變電線路架設區(qū)域?qū)嵤┛辈?，明確施工條件和其他環(huán)境特征，進而實現(xiàn)路線的科學規(guī)劃和定位設計，優(yōu)化輸變電線路的定位設計質(zhì)量。施工人員在進行線路現(xiàn)場地質(zhì)勘測的工作時，要應用GPS技術(shù)、信息影像技術(shù)以及遙感技術(shù)等多種技術(shù)實施勘測，對線路架設區(qū)域中的自然環(huán)境、水文分布情況、氣候環(huán)境、地理環(huán)境等眾多因素進行重點勘察，然后根據(jù)勘察結(jié)果對工程定位設計實施分析，判斷輸變電線路工程架設定位設計中是否存在問題，對于不合理的工程設計要及時修正，確保選出最佳輸變電線路定位設計方案，保證后續(xù)輸變電線路敷設的高效科學和可行性。
4.2輸變電導線選擇
輸變電線路是電力傳輸中最為直接的傳播載體，其輸變電材料的應用直接關(guān)系到后續(xù)電力傳輸?shù)膶嶋H效率、傳輸產(chǎn)生的損耗以及線路架設質(zhì)量等問題。為此設計人員必須重視輸變電導線材料的選擇問題和質(zhì)量控制。在選擇輸變電導線材料的時候，工程設計人員需要重點控制以下幾點，分別是電流密度、耐用程度、外界的干擾因素以及電暈等問題。例如輸變電線路所處的氣候環(huán)境以及電磁干擾等問題會對輸變電線路的導線性能造成一定的影響。通常情況下，在海拔高度不超過1000m的架線區(qū)域，通常會選用鋼絞線材料作為輸變電線路的導線，這種線路中可忽略電暈等因素對電力傳輸造成的不良影響。此外，當前電力工程中還會應用銅制導線作為輸變電線路的主要導線材料。鋁制導線的自身重量比較輕，線路阻值較小，以此應用其實施電力傳輸?shù)臅r候不會產(chǎn)生過大的電力損耗，能夠優(yōu)化輸電效率。工程設計人員還要注重導線和地線的安全系數(shù)設計問題，其安全系數(shù)不得小于2.5。輸變電線路的導線安全系數(shù)通常不會高于地線，為了保證輸電安全，工程設計人員需要計算輸變電線路懸掛點位置的張力值，然后根據(jù)計算結(jié)果實施設計。一般來說地線的導線材料要選擇復合鋼絞線材料或者鍍鋅鋼絞線材料。導線材料必須要實施絕緣防護設計，以確保后續(xù)的安全施工和線路的安全運行。
4.3輸變電桿塔設計
當前國內(nèi)的輸變電線路工程建設水平處于不斷提升的狀態(tài)，發(fā)展相對迅速，通過調(diào)查統(tǒng)計可以得知，當前輸變電線路工程中桿塔的建設成本占據(jù)了工程整體建設成本的30%左右。為此，桿塔設計和建設質(zhì)量直接影響到輸變電線路工程的整體質(zhì)量和后續(xù)供電質(zhì)量，對于工程的后期運維管理和投入使用都具有較大影響力，為此施工人員必須充分重視輸變電工程桿塔設計。通常情況下，輸變電線路架設過程中使用的桿塔類型主要有以下幾種，分別有終端桿塔，直線桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔以及換位桿塔等等，其功能性都存在差異。工程設計人員在進行輸變電線路設計的過程中，需要根據(jù)施工區(qū)域的供電需求和輸變電建設標準來合理實施桿塔搭配選擇，選擇之前需要考察輸變電線路節(jié)點、所處地理地質(zhì)環(huán)境等。工程設計人員在實施桿塔設計的期間，通常會應用極限設計的方式，然后將周邊輸變電線路的運行需求和其周邊供電環(huán)境進行綜合考量，在設計階段明確輸變電桿塔的極限值，并且檢測其桿塔的荷載系數(shù)、桿塔材料強度以及其應用屬性等，確保桿塔設計能夠滿足施工區(qū)域的實際供電需求，確保桿塔的穩(wěn)定可靠性。
4.4輸變電線路防雷設計
絕緣的配置應在保障輸電線路在規(guī)定電壓或雷電影響的條件下，都能正常的進行運作，如在我國高海拔地區(qū)，過電壓要求配置8塊以上的絕緣子串片。在進行輸電線路的防雷設計時，要求相關(guān)施工人員結(jié)合線路的實際電壓、負荷等性質(zhì)以及高壓輸變電線路的運行方式，并將當?shù)氐睦纂娗闆r進行實地考察，與之結(jié)合進行絕緣的合理配置。如在進行110kV輸電線路的設計時，應順著高壓線路合理的架設底線。通常35kV輸電線路不宜架設地線，因此應在變電站進線端架設2km左右的地線。在安裝鐵橫擔、線路支架、爬梯及接地螺栓等鋼筋混凝土桿塔部件時，應安全可靠的與接地引下線實施電氣連接，另外還應注意在接地引出線的表層應設置合理的防腐措施，以免設備的長期使用，線路出現(xiàn)老化引起短路漏電等故障。在耕地田土中的線路應保證線路埋藏深度低于耕地之下；通常使用絕緣地線時，應合理的控制地線中的電磁感應電流及電壓，合理的設置地線間隙，保證絕緣配體在安全無損的條件下使用；在需要長期通電條件下的絕緣地線，應進行合理的熱穩(wěn)定校驗及設置人身安全防護措施。
4.5絕緣配合設計
輸變電線路工程建設區(qū)域不僅涉及低海拔區(qū)域，還包括高海拔地區(qū)。高海拔地區(qū)與低海拔地區(qū)相比，其地理和氣候特征都存在較大差異，因此工程設計人員在進行輸變電線路設計的時候，不得直接套用常規(guī)低海拔地區(qū)的線路工藝技術(shù)和絕緣配合參數(shù)，需要親臨現(xiàn)場進行實地勘測，然后根據(jù)施工區(qū)域?qū)嶋H情況完成工程絕緣配合參數(shù)設計，在此過程中還要分析輸變電線路工程保護設備的屬性，獲取線路中工作電壓和過電壓的數(shù)值，結(jié)合工程運行維護費用和投資比例，完善工程絕緣配合設計。在絕緣配合設計過程中，設計人員要重點注意以下幾個控制要點，首先，工程設計人員要注重輸變電線路絕緣子型號和其片數(shù)的選擇，其次，要注重控制線路桿塔和輸變電導線之間的間隔距離控制。設計人員要明確系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下的電壓值，對于可能發(fā)生的雷擊跳閘或者過電壓跳閘等問題進行分析，確保絕緣配合設計科學合理。工程設計人員在設置空氣間隙距離的時候，要根據(jù)系統(tǒng)工頻工作電壓的實際電壓值實施控制，高海拔地區(qū)的耐雷水平不得超出平原區(qū)域，工程設計人員要做好過電壓保護和雷電保護設計?？偠灾?，高壓輸變電線路是我國電網(wǎng)建設與發(fā)展中不可或缺的存在，在維護與保障電力資源使用安全上發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)階段，我國有很多地區(qū)都有著電網(wǎng)改造和新增建設項目的施工工作，因此電力公司及相關(guān)人員應清楚地認識到高壓輸變電線路的設計與其維護的重要性，進行科學、合理的線路設計，從而有效提高高壓輸變電線路的維修質(zhì)量、增強高壓輸變線路的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，并最大限度地提高其功能的作用。
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作者：劉弘亮 單位：京電能源工程集團有限公司-分公司科瑞德工程設計有限公司