（电气工程专业论文）论揭阳供电分公司输电线路改造设计.pdf

摘要 摘要 输电线路长期露置在大自然的环境中运行，随着运行年限增长和线路沿途环 境的变化，输电线路会不断出现各种各样的缺陷和问题。一般对于小的缺陷和问 题，可以通过对个别小的部件进行修理和更换就能消除和解决，如果出现大的缺 陷或大范围的普遍性的问题，则必须对该线路进行技术改造，才能从根本上解决 问题，满足在新的条件和环境下的运行要求，因而输电线路的改造就成为电力部 门的一大问题。本文对目前输电线路运行中存在的普遍问题和揭阳供电分公司输 电线路运行中存在的主要问题进行分析，并对线路改造设计的优化进行论述和研 究。 进行设计路径和气象条件的选择是迸行输电线路改造的第一步，输电线路气 象条件的选择、导地线的选取、导地线的防振、防雷和接地、绝缘子的选取、风 偏的校核等机电部分的设计和杆塔及基础等结构部分的设计是输电线路改造设计 的两个关键部分。本文首先介绍了输电线路设计的一般原则和方法，然后结合揭 阳供电分公司输电线路在运行中存在的问题，介绍输电线路改造中各部分的优化 设计，包括设计路径和定位、气象条件的选择、导地线的选取、导地线的防振、 防雷和接地、绝缘子的选取、风偏的校核、杆塔和基础在实际设计中应注意的有 关问题和一些优化设计思路。针对揭阳地区特点并结合运行管理经验，对主要存 在的技术问题进行了探讨和简单的分析，提出了改造设计的思路和方法，讨论了 输电线路改造过程各种设备元件的优化配置，以克服目前输电线路运行中已遇到 的有关问题。 通过2 0 0 3 年对揭阳供电分公司2 2 0 k v 揭云甲线的改造设计，联系实际进行 经验总结。2 2 0 k v 揭云甲线改造后通过一年多的运行情况表明，本设计技术合理、 运行安全可靠，实现了提高输电线路安全运行水平的要求。一些优化设计思路、 方法和实践经验可为有关电力部门在进行输电线路改造和新建工程的设计时提供 有益的参考。 关键词：输电线路；改造；设计；优化 华南理j 二大学硕士学位论文 a b s t r a c t e l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e l o n g t e r mo p e r a t e s a n d e x p o s u r e s i nn a t u r e e n v i r o n m e n t ，w i t ht h eo p e r a t i n gt i m ei n c r e a s e sa n dt h ee n v i r o n m e n ta l o n gw i t ht h e l i n ec h a n g e s ，t h e r ew i l lb es o m ed r a w b a c k sa n dp r o b l e m so c c u rt ot h ee l e c t r i c t r a n s m i s s i o nl i n e g e n e r a l l ys p e a k i n gf o rs m a l ld r a w b a c k sa n dp r o b l e m s ，r e p a i r i n go r r e p l a c e i n gc o m p o n e n t sc a nb ee l i m i n a t e d i ft h ep r o b l e mi ss e v e r e l ya n dc a nn o tb e s o l v e dt h r o u g hr e p l a c i n go rr e p a i r i n gt h ec o m p o n e n t s ，t e c h n i q u em o d i f i c a t i o nm u s t b ei m p l e m e n t e dt ot h ee l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e ，t h e r e f o r e ，t om e e tt h en e e do fn e w e n v i r o n m e n ta n dn e wc o n d i t i o n s ot h em o d i f i c a t i o no fe l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n ei s o n eo ft h eb i g g e s tp r o b l e m so fe l e c t r i cb r a n c h t h ep a p e ra n a l y s e st h ep r o b l e m se x i s t i ne l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e ，e s p e c i a l l yt ot h ep r o b l e m se x i s ti nj i e y a n gp o w e rs u p p l y b u r e a u ，a tt h es a m et i m ed i s c u s s e sa n dr e s e a r c h e st h es e l e c t i o no fm e t r o r o l o g i c c o n d i t i o n ，o fg r o u n dw i r e ，a n t i s h o c k ，a n t i l i g h t e n i n ga n dg r o u n dc o n n e c t i o no f g r o u n dw i r e ，o fi s o l a t o r ，a n dt h ec h e c k i n go fw i n d a g ey a wt h er e f o r ml i n e t h ef i r s ts t e po fr e f o r m i n gt h ee l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n ei st od e s i g nt h er o u t e a n dm e t e o r o l o g i cc o n d i t i o n t h ed e s i g no ft o w e r sa n de l e c t r o m e c h a n i c a li n c l u d i n g t h es e l e c t i o no fm e t r o r o l o g i ec o n d i t i o no fe l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e ，o fg r o u n dw i r e ， a n t i s h o c k ，a n t i l i g h t e n i n ga n dg r o u n dc o n n e c t i o no fg r o u n dw i r e ，o fi s o l a t o r ，a n dt h e c h e c k i n go fw i n d a g ey a wa r et h em o s ti m p o r t a n tt w os e c t i o n s i nt h ep a p e rg e n e r a l p r i n c i p l e sa n dm e t h o d so fd e s i g na r ei n t r o d u c e df i r s t ，t h e nc o n n e c tw i t ht h ep r o b l e m s d u r i n go p e r a t i o no fj i e y a n gp o w e rs u p p l yb u r e a u ，o p t i m u md e s i g nm e t h o d sa r e i n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gt h ep r a c t i c a lp r o b l e m st h a ts h o u l db en o t i c e ds u c ha s ，t h e s e l e c t i o no fm e t r o r o l o g i cc o n d i t i o no fe l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e ，o fg r o u n dw i r e ， a n t i s h o c k ，a n t i - l i g h t e n i n ga n dg r o u n dc o n n e c t i o no fg r o u n dw i r e ，o fi s o l a t o r ，a n dt h e c h e c k i n go fw i n d a g ey a we t c a g a i n s tt o a r e ac h a r a c t e r i s t i c sa n d m a n a g e m e n t e x p e r i e n c e so fj i e y a n gr e g i o n ，t h em a i nt e c h n i q u ep r o b l e m sa r ea n a l y s e da n dt h ei d e a o fr e f o r m i n gi sp r o p o s e d a n do p t i m u md e s i g no fe q u i p m e n tc o m p o n e n t sd u r i n gt h e p r o c e s so fr e f o r m i n ga n ds o m ep r o b l e m sh a v eb e e ne n c o u n t e r e da n dd i s c u s s e d ， c o n n e c t e dw i t he x p e r i m e n tc o n c l u s i o na b o u tr e f o r m i n gd e s i g n2 0 0 32 2 0 k v j i e y u nl i n eo fj i e y a n gb u r e a ua r eg o t t e n a f t e ra b o u to n ey e a ro p e r a t i o nw ec a ns e e t h ed e s i g ni sr e a s o n a b l ea n dt h eo p e r a t i o n a lp r o c e s si sr e l i a b l e ，a n dc a ns a t i s f yt h e r e q u i r e m e n t sa b o u to p e r a t i o nl e v e l s o m ei d e a s ，m e t h o d sa n de x p e r i e n c ec a nb e l i a b s t r a c t r e f e r r e dw h e nt h ep o w e r s u p p l yb r a n c hc a r r yo u tr e f o r m i n go fl i n e k e y w o r d s ：e l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e ，r e f o r m ，d e s i g n ，o p t i m u m i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：林俊标日期：2 0 0 5 年5 月1 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：极摇 刷谧耘羚嘣 日期：2 0 0 5 年5 月1 0 日 日期：2 0 0 5 年5 月1 0 日 第一章绪论 第一章绪论 输电线路是联系发电厂、变电站所与用电设备的一种传送电能的装置，它担 负着输送电能的任务，在电能的发、输、变、配、用全过程的五大环节中起着联 系纽带和桥梁作用，是电力系统中不可缺少的重要组成部分。由于输电线路设备 广泛分布与田野、丘陵、城镇之中，长期露置在大自然的环境中运行，既要经受 严寒酷暑，还要承受风霜雨雪，遭受各种气象条件、自然灾害的侵袭及其它外力 的破坏。而且随着时间的推移，运行环境和运行条件都可能发生各种各样的变化。 因而必须对不适应运行要求的输电线路及时进行改造，才能保证输电线路的安全 稳定运行。 1 1 目前输电线路设备运行中存在的主要问题 1 、污闪。运行中的绝缘子常会受到工业污秽和自然界盐碱、灰尘、鸟粪 等的污染，在干燥气象条件下，表面脏污的绝缘子仍有很高的绝缘强度。但在大 雾、凝露、毛毛雨等气象条件下，污层中的电解质成分会充分溶于水中，在绝缘 子表面形成导电通路，使绝缘强度大大降低，在正常运行电压下就能导致绝缘子 沿面闪络，这种输电设备在工作电压下的污秽外绝缘闪络称为污闪。绝缘子的污 闪由两个因素决定，一是大气污染造成的绝缘子表面积污；二是能使积聚污秽物 质充分受潮的气象条件。总的来说，污闪随着工业的发展和输电电压的升高而日 趋严重。在5 0 年代，我国只有东北电网和沿海地区发生过污闪事故。6 0 年代后， 污闪事故逐步向全国各电网发展。进入8 0 年代，随着城乡工业的迅速发展，大气 环境日趋恶化；同时高压输变电设备大幅度增加，5 0 0 k v 输电系统在许多电网相 继投运，全国污闪事故明显上升，且由污染严重的城市工业区扩展到以前认为清 洁的郊区和农田地区。 8 0 年代未9 0 年代初，东北、华北及华东几个大电网，相继发生了大面积污 闪跳闸，1 9 9 6 年底华东电网再一次发生了大面积污闪跳闸，安徽有2 条5 0 0 k v 、 2 3 条2 2 0 k v 线路污闪跳闸，江苏有1 条5 0 0 k v 、3 条2 2 0 k v 线路污闪跳闸，浙江 有2 条5 0 0 k v 、5 条2 2 0 k v 线路污闪跳闸，上海一个晚上多条5 0 0 k v 线路发生4 5 条次污闪跳闸。2 0 0 0 年，我国不少地区大雾弥漫，河北、河南、京津塘、辽宁等 电网相继频繁掉闸，导致了大面积污闪事故。2 0 0 1 年，河北、河南、京津塘、辽 宁再次发生大面积污闪事故，给电网和国民经济造成极大的损失。2 0 0 5 年1 月2 5 3 l 同的大雾天气期间，广东电网先后发生了1 2 条5 0 0 k v 线路、5 6 次跳闸和5 条 2 2 0 k v 线路、9 次跳闸的大面积污闪事故。 华南理工大学硕士学位论文 2 、雷击。由于输电线路大多处于野外，特别是山区，且点多面广，因而 容易成为雷电袭击的对象。在每年的雷雨季节，线路雷击故障频繁发生，雷击是 影响输电线路安全运行的最主要的因素。据统计，在我国高压输电线路总跳闸次 数中，雷击跳闸事故占4 0 7 0 ，严重威胁电网供电可靠性。而且在我国雷害 的影响具有南方多于北方，山地多于平原，内陆多于沿海地区和江湖流域，以及 潮湿地区多于干旱地区的特征。特别在我国南方多雷区，雷击跳闸占总跳闸的比 例更高，例如1 9 9 9 年、2 0 0 0 年、2 0 0 1 年、2 0 0 2 年和2 0 0 3 年，我省1 1 0k v 及以 上输电线路雷击跳闸次数分别为2 6 0 次、2 6 7 次、2 7 8 次、2 4 4 次和2 0 1 次，占当 年全部输电线路故障的5 0 7 5 。输电线路受雷击后，绝缘子可能出现闪络或 者炸裂，有时导地线会被烧断、金具被烧伤，并引起丌关跳闸，造成线路停电事 故。减少输电线路的雷击故障跳闸已成为送电线路安全运行的一个突出问题。是 电力部门一项十分重要的任务。 3 、倒杆及断线。倒杆一般与特殊气象条件( 如台风袭击、龙卷风、杆塔 水土流失等) 或人为外力破坏有关，也与秆塔本身的因素( 如塔材锈蚀锈断) 有 关。倒杆是严重影响人民群众生命财产安全和电力系统安全运行的恶性事故，抢 修时间长难度大( 如我省2 0 0 1 年4 次倒杆故障抢修时间共5 0 7 小时3 6 分钟) ，对 电力系统运行危害特别严重，特别是近年来，由于伴随着钢材价格的走高，塔材 被盗造成杆塔倒塌的现象，且有愈演愈烈的趋势。断股断线主要有出于发热引起 跳线烧断、防振动措施采取不当、雷击导地线、压接头脱落、导地线等几种情况 造成的，2 0 0 1 年和2 0 0 2 年我省就分别发生1 l o k v 以上线路断线事故1 8 起和9 起。过热性故障导致导线断线情况一般是由材料质量、安装旌工过程遗留隐患等 造成。高压架空线路导线长期振动的结果容易造成导线疲劳断股、会具磨损失效， 振动严重时就会造成断线事故，危及线路安全稳定运行。 4 、绝缘子掉串。主要是合成绝缘子芯棒受到腐蚀后的脆断和瓷质绝缘子 老化后碗头的爆裂。随着9 0 年代电网污区调爬，有机复合绝缘子作为新一代线路 绝缘子以其优异的性能，在我国电网中的使用量与日俱增，给电力系统的安全运 行带来很大的效益。但是在运行的过程中，也出现过许多问题，尤其是复合绝缘 子端部密封问题，由于合成绝缘子的端部密封受到破坏，潮气渗透到芯棒，对芯 棒产生腐蚀而造成脆断。由于瓷质绝缘子容易老化而出现低值和零值，当低值、 零值绝缘子内部受潮，在污闪或雷击等事故发生时，强电弧具有几千度的高温， 使吸湿的瓷头和水泥胶合剂产生急剧膨胀，使瓷头破碎或钢帽炸开，扩大成导线 落地的永久性事故。 5 、线路走廊内树木及建筑物等外力破坏。输电线路具有面广、线长、 高空、野外的特点，极易遭遇外力破坏。随着经济的快速发展，输电线路的运行 环境日益恶化，输电线路走廊内的树木、房屋、道路、城镇建设、采石挖矿、施 2 第一章绪论 工对线路的破坏大量增加，对线路和安全运行构成了很大的威胁。输电线路通道 被侵占，违章建房、堆物取土、植树、架设附属物等现象屡禁不止，虽然各方做 了大量的消除线路隐患的工作，但效果不大。近年来，巡视人员和检修人员在正 常工作时被当地村民阻截干扰，扣留工具的情况时有发生，员工在野外的工作环 境同趋困难，导致很多清障的工作没办法完成。在美国，各电网公司为了降低成 本，曾经多次因未及时清理输电线路通道内的树木而引发事故，这个问题在1 9 9 6 年西部大停电事故中已经暴露，2 0 0 3 年又再一次成为“美、加8 1 4 ”停电事故的 导火索。据统计，城市中7 0 的输电设备故障是由于外力破坏造成的。 基于以上的原因，有必要对输电线路现实中存在的问题和潜在隐患进行研究， 然后对存在隐患的线路进行改造，以求输电线路的安全运行。 1 2 揭阳供电分公司输电线路设备概况 截至2 0 0 4 年底，揭阳供电分公司管辖的输电线路共2 8 回，总长度为6 1 4 ，6 公里，共有杆塔2 0 1 7 座。其中2 2 0 k v 线路共9 回，总长度为3 7 3 8 公罩；1 l o k v 线路共1 9 回，总长度为2 4 0 8 公里。线路分布如图1 1 所示，各回线路的投运时 间、线路长度、杆塔数量等有关参数如表1 1 所示。 表卜1 揭阳供电分公司管辖的输电线路参数 长度 杆塔数 投产 序号线路名称线路起点一线路终点 ( k m ) 量( 基)日期 1 2 2 0 k v 星普线2 2 0 k v 星云站- 2 2 0 k v 普宁站7 2 72 0 32 0 0 1 5 2 2 2 0 k v 棉普线2 2 0 k v 棉湖站一2 2 0 k v 普宁站 2 2 27 02 0 0 1 1 2 3 2 2 0 k v 揭棉线2 2 0 k v 揭阳站- 2 2 0 k 、棉湖站 3 1 6 9 22 0 0 1 1 2 4 2 2 0 k y 顺揭线2 2 0 k v 丰顺站一2 2 0 k v 揭阳站 3 8 11 0 71 9 9 8 。3 5 2 2 0 k v 长揭线2 2 0 k v 长沙站一2 2 0 k v 揭阳站 1 0 9 63 0 41 9 9 7 1 1 6 2 2 0 k v 揭云甲线 2 2 0 k v 揭阳站一2 2 0 k v 云路站 1 6 6 5 4 1 9 9 7 6 7 2 2 0 k y 汕云甲线5 0 0 k v 汕头站一2 2 0 k v 云路站 3 4 1 1 0 0 1 9 9 8 4 8 2 2 0 k v 揭云乙线2 2 0 k v 揭阳站一2 2 0 k g 云路站 1 4 14 02 0 0 3 8 9 2 2 0 k v 汕云乙线5 0 0 k v 汕头站一2 2 0 k v 云路站 3 4 89 12 0 0 3 8 l o 1 l o k y 渔东线1 l o k v 渔湖站一1 1 0 k v 城东站 4 32 61 9 9 4 5 1 l 1 1 0 k v 揭渔线 2 2 0 k v 揭阳站一l l o k v 渔湖站 1 2 14 31 9 9 l ，4 1 2 1 1 0 k v 揭榕线 2 2 0 k v 揭阳站一l l o k v 西门站 4 22 01 9 9 0 5 1 3 1 l o k v 龙塔线 1 l o k v 龙颈水电- 1 l o k v 白塔站 1 6 2 6 4 1 9 6 5 8 1 4 1 1 0 k v 龙颈上下ll o k v 龙颈上库水电厂- 1l o k y 6 72 81 9 6 9 8 库线龙颈下库水电厂 华南理丁大学硕士学何论文 1 5 1 l o k g 揭南线2 2 0 k v 揭阳站- 1l o k v 南溪站 1 8 3 6 91 9 9 0 7 1 6 1 1 0 k v 大棉线1 l o k v 大坝站- 2 2 0 k v 棉湖站1 5 44 81 9 9 0 7 1 7 1 1 0 k y 北龙线1 l o k g 北山水电厂- 1 l o k v 龙颈 1 6 56 2 1 9 7 1 9 水电厂 1 8 1 1 0 k v 云阳线2 2 0 k v 云路站一2 2 0 k v 揭阳站 1 1 14 51 9 9 1 6 1 9 l i o k g 南河线i l o k v 南告水电厂- i l o k g 河婆 2 6 59 81 9 8 0 2 站 2 0 1 l o k v 揭伯线2 2 0 k v 揭阳站- 1 l o k v 伯劳站 1 3 25 61 9 9 2 7 2 1 1 1 0 k v 伯桥线1 l o k v 伯劳站一1 l o k v 仙桥站 2 082 0 0 2 2 2 2 “o k v 门塔线1 1 0 k v 西门站一1 1 0 k v 白塔站2 1 7 9 7 1 9 6 5 8 2 3 l i o k 7 云枫甲线2 2 0 k g 云路站一l l o k y 枫口站 6 6l l 2 0 0 3 1 2 2 4 1 l o k v 桥东线1 l o k v 仙桥站- 1 1 0 k v 城东站 9 66 02 0 0 3 6 2 5 1 l o k v 揭曲线2 2 0 k v 揭阳站- 1 l o k v 曲溪站 8 53 22 0 0 3 1 2 6 1 1 0 k v 揭锡线2 2 0 k v 揭阳站- 1 l o k v 锡场站 7 83 42 0 0 3 1 2 7 l l o k v 云锡线2 2 0 k v 云路站一1 l o k v 锡场站 1 8 37 22 0 0 3 7 2 8 “o k g 云新线2 2 0 k g 云路站- il o k y 新亨站 2 1 88 3 2 0 0 3 8 图1 - 1 揭阳电网地理接线图 4 第一章绪论 1 3 揭阳供电分公司输电线路设备运行现状 揭阳供电分公司管辖的2 2 0 k v 和1 1 0 k v 输电线路，其运行年限从一年到四十 年不等，其中运行时间最长为1 1 0 k v 龙塔线和1 1 0 k v 门塔线，从建成投产到现在 已经整整四十年。揭阳供电分公司输电线路运行中存在的问题主要有以下几个方 面： l 、绝缘子爬距不足而发生污闪。由于线路沿途大气环境发生了变化， 很多地方由于工业的发展，工业区、高速公路等污源的增加，使得部分区域的污 秽等级升级，原来配置的绝缘子的爬距已经不能满足新的污秽等级要求的绝缘水 平。当气象条件发生变化时，如毛毛雨及大雾天气时，就会发生绝缘子闪络。例 如1 1 0 k v 揭伯线原绝缘子为普通型绝缘子，所处区域为l l 级污区，1 9 9 9 年修订为 i i i 级污区后绝缘子爬距明显不足，1 9 9 9 年就发生过污闪事故，从1 9 9 9 年到2 0 0 4 年揭阳供电分公司管辖的输电线路共发生绝缘子爬距不足的闪络6 次。 2 、接地电阻超标等而发生雷击事故。由于接地引下线于接地体接触不 良或接地体严重腐蚀、外露等，造成杆塔接地电阻超过设计运行标准，从2 0 0 3 年我们对线路杆塔接地的测量中可以看出，运行有近1 0 年的线路杆塔的接地电阻 超过设计值的比例很大，例如2 2 0 k v 星普线共有杆塔2 0 2 座，测量的结果是有5 4 座杆塔的接地电阻超过设计值；2 2 0 k v 棉普线和2 2 0 k v 揭棉线也分别有1 9 和4 2 座接地电阻超过设计值，占总数约1 3 。由于接地装置年久失修，地下连接部位 锈蚀，使接地电阻值达不到要求，泄流能力低，雷击电流不能快速流入大地，残 压高而容易出现雷电反击线路的事故。从1 9 9 9 年到2 0 0 4 年揭阳供电分公司管辖 的输电线路共发生1 4 雷击事故。 3 、塔材和导地线严重锈蚀而存在倒杆及断线危险。输电线路设备除 电杆和基础外，绝大部分由金属或合金材料制成。而且线路设备为大型的露天设 施，都处于室外高空，不但日晒雨淋，而且还受环境污染。金属在空气中都容易 生锈，特别是铁制品，如铁塔塔材、电杆焊口生锈后会层层剥落。由于线路沿途 工业的发展，大气环境的变化，虽然对塔材进行过油漆防腐，但腐蚀依然严重。 如2 2 0 k v 星普线陆丰段，由于离海岸较近，经常受到盐雾的侵蚀；1 1 0 k v 揭伯线、 1 1 0 k v 揭榕线、1 1 0 k v 门塔线沿途存在大量的钢铁厂等污染较大的企业。有的杆 塔部件已经严重锈蚀，使杆塔逐渐失去原有的机械强度，甚至可能导致杆塔倾倒， 所以不能再拷铲油漆，必须对杆塔进行改造更新，以免造成假象而危及杆塔强度。 1 1 0 k v 门塔线就发生过塔材严重锈蚀造成杆塔倾斜扭曲的情况。 影响导地线腐蚀的因素除气温、湿度、雨量外，线材本身的质量和污秽的类 型更为关键。引起腐蚀的污秽气体有s 0 2 、h s 2 、c 1 2 等，这些气体以及各种盐类 污秽物溶于水时这些溶液对导地线会起腐蚀作用。金属在空气中形成的氧化膜一 华南理下大学硕十学位论文 般能起到保护内部的作用，但如果金属表现的物理特性和化学成分不均匀，使电 介质溶液成为局部的微电池，另外，不同金属在这种溶液中相互接触同样也会形 成微电池，使导地线不断腐蚀。钢芯铝绞线的腐蚀，不仅有空气腐蚀，而且有铝 和钢问的接触腐蚀及绞线中的间隙腐蚀等。由于线路沿途工业的发展，大气环境 的变化，而早期的避雷线为普通型的钢铰线。如2 2 0 k v 星普线陆丰段，由于离海 岸较近；l l o k v 揭伯线、1 l o k v 揭榕线沿途存在大量的钢铁厂等污染较大的企业； l l o k v 北龙线、1 l o k v 龙颈上下库线运行年限已达3 0 年，导地线锈蚀的现象比较 严重。当外界气象条件发生变化时，如刮台风、气温骤变、打雷时，锈蚀的导地 线就极易发生断股或断线事故，1 l o k v 门塔线、1 l o k v 北龙线、l l o k v 龙颈上下 库线就发生过多起雷击断线的事故。 4 、导线对建筑物和树木的安全距离不够。随着经济的发展，很多原 来是农田、平地的地方，现在已经开发成工业园区，修整成公路等，使得线路走 廊下方的违章建筑物越来越多，高度也越来越高，特别是市郊、省到国道两旁。 有些地方原来是荒山，现在也相继种上生长高度很高的经济作物，如揭东县埔田 镇的竹笋基地严重威胁着从该处经过的2 2 0 k v 长揭线、2 2 0 k v 顺揭线和2 2 0 k v 揭 云甲线的安全运行、梅州的威华速生林也已经对2 2 0 k v 长揭线的正常运行造成妨 碍。有的地方则在输电线路下方大力开展植树造林活动，经过绿化树林，绿化工 程与输电线路之间发生的“线树矛盾”，有许多存活率高、生长速度快、且为自然 生长高度超过电力线路高度树种种植在电力线路保护区通道内，电力企业虽及时 予以制止，但难以奏效。从1 9 9 9 年到2 0 0 4 年揭阳供电分公司管辖的输电线路共 发生1 2 次导线与建筑物和树木距离不够的放电事故。 由于揭阳供电分公司管辖的输电线路存在以上的主要问题和隐患，所以必须 对有问题的线路进行分析，并进行改造的设计，才能为线路改造提供技术支持， 然后进行改造的实施，消除缺陷并在较长的时期内防止类似问题的再次发生。 1 4 论文的研究目的、意义和内容 本文的研究目的是：一是讨论输电线路改造过程各种设备元件的优化配置， 以克服目前输电线路运行中已遇到的有关问题。二是通过设计揭阳供电分公司的 2 0 0 3 年2 2 0 k v 揭云甲线改造工程，联系实际进行经验总结。 本文的研究意义是：从理论上分析了输电线路改造设计的全过程，并结合实 际的输电线路改造工程进行设计，可为揭阳供电分公司下一步的线路改造提供设 计方法，并为有关电力部门在进行输电线路改造和新建工程的设计时提供有益的 参考。 本文的主要内容有三部分：第一部分介绍输电线路设计的一般原则和方法。 第一章绪论 第二部分介绍输电线改造中各部分的优化设计。第三部分是输电线路改造实际应 用的设计。具体章节安排如下： 第一章综述目前输电线路运行中存在的普遍问题，介绍揭阳供电分公司输 电线路设备情况及输电线路运行中存在的主要问题，提出了线路改造的原因。 第二章介绍输电线路改造工程进行设计路径和定位、气象条件的选择、导 地线的选取、导地线的防振、防雷和接地、绝缘子的选取、风偏的校核、杆塔和 基础的一般设计原则和方法。 第三章介绍输电线路改造中各部分的优化设计，包括设计路径和定位、气 象条件的选择、导地线的选取、导地线的防振、防雷和接地、绝缘子的选取、风 偏的校核、杆塔和基础在实际设计中应注意的有关问题和一些优化设计思路。 第四章输电线路改造设计的实际应用，将上述的研究内容应用于具体的输 电线路改造工程。 第五章对输电线路改造设计进行全面总结。 华南理下大学硕十学位论文 第二章输电线路设计的一般原则及方法 要对前面所列的存在着潜在危险得输电线路进行改造以达到消除隐患的目 的，首先必须对要改造的线路进行调查了解，设计出线路的改造方案。下面主要 介绍输电线路设计的一般原则和方法。 2 1 路径选择与定位 2 1 1 进行选取路径的目的 进行输电线路设计路径是进行输电线路改造的第一步，它的e t 的就是要在线 路起迄点问选出一条全面符合国家建设的各项方针政策的线路路径。输电线路路 径的选择，是设计工作中的一个重要环节，不仅要全面考虑线路路径与国家、部 门其他建设项目之间的合理关系，而且还要研究比较线路路径所经地带的地形、 水文、地质条件。在满足上述条件的情况下，选择最短、施工方便、运行安全、 便于维护的路径。 2 1 2 路径选择与定位的基本原则 ( 1 ) 要对运行安全、经济合理、施工方便等因素进行全面考虑，综合比较。 ( 2 ) 尽可能选择长度短、特殊跨越少、水文和地质条件较好的路径方案。 ( 3 ) 尽可能避开森林、绿化区、果木林、公园、防护林带等，当必须穿越时， 应尽量选取最窄处通过，以减少砍伐树木。 ( 4 ) 尽可能少拆迁房屋及其他建筑物，应尽量少占农田。 ( 5 ) 尽可能避开地形、地质复杂和基础施工挖方量大或排水量大以及杆塔稳 定受威胁的不良地形、地质地段。 2 2 气象条件的选择 2 2 1 收集气象资料的目的 架空线路一般沿途需翻山越岭、跨江过河，既要经受严寒酷暑，还要承受风 霜雨雪。所以气象条件对输电线路有着极大的影响，对于输电线路的电气和机械 方面都提出很高的要求。例如风的作用不仅增加了导线和杆塔上的荷载和改变了 带电导线与横担、杆塔等接地的距离，而且引起导线的振动和舞动，危及线路的 安全运行。覆冰也严重威胁线路运行，可能由于覆冰荷载的增加造成倒杆塔，覆 冰使导线弧垂增大而发生闪络，脱冰时导线跳跃而引起相间短路。气温的变化引 第二章输屯线路设计的一般原则及方法 起导线热胀冷缩，从而影响导线的弧垂和应力。所以必须对输电线路经过的地区 的气象条件进行收集和分析。当然，输电线路在运行中将经历各种气象条件，我 们对所有的气象条件进行分析、计算是不可能的，也不必要。在实际工程中，只 要我们把握了对线路各部件起控制作用的几种气象条件，也就把握了所有气象条 件对输电线路的影响。因此，我们必须结合实际情况，慎重地分析原始气象资料， 对覆冰厚度和气温进行合理的组合，概括出既在一定程度上反映自然界的气象规 律，又适合线路结构上的技术经济合理性及设计计算的方便性的“组合气象条件”。 2 2 2 收集气象资料的主要项目 为使输电线路的结构强度和电气性能能够很好地适应自然界的气象变化，以 保证输电线路的安全运行，在设计过程中，必须对沿线的气象情况进行全面的了 解，详细收集设计所需要的气象资料。对输电线路机械强度有影响的气象参数主 要有风速、覆冰厚度和气温，通常称之为设计气象条件的三要素。所需要的气象 资料主要有下面几项： ( 1 ) 最高气温。主要用于计算电线最大弧垂，使电线对地面或其他构筑物保 持一定的安全距离。对于揭阳、广东乃至全国来说，一般都取最高气温为+ 4 0 。c 。 ( 2 ) 最低气温。主要用于检查绝缘子串上扬或电线上拔及电线的防震计算， 因为在最低气温时，电线可能产生最大应力。 ( 3 ) 年平均气温。防震计算般用年平均气温时的电线的应力作为计算控制 条件。例如揭阳地区平均气温为+ 2 1 4 ，所以一般取设计用的年平均气温为+ 2 0 。 ( 4 ) 最大风速。主要用于计算杆塔和电线的强度。例如揭阳地区靠近沿海， 一般取最大风速为3 0 米，秒一3 5 米，秒。 ( 5 ) 覆冰情况。它是算杆塔和电线的强度的设计依据，用于验算不均匀覆冰 时电线纵向不平衡张力及垂直布鼍的导线接近距离，可能出现最大弧垂时决定跨 越档距。今年2 月7 日以来，华中大部分地区遭遇的恶劣天气，气象专家证实， 湖南、湖北两省分别遭遇5 0 年及3 5 年一遇冻雨雪天气。覆冰和融冰过程导致网 内高压输电线路频繁跳闸，一些严重地段电线上覆冰厚度高达6 0 至7 0 毫米，远 远超过1 5 毫米的电网设计水平，冰荷过载远远超过设计标准，使输电线路出现多 处倒塔，可见覆冰情况在设计中的重要性。 2 2 3 设计气象条件的选定 气象条件一般常有的组合有九种：最高气温、最低气温、年平均气温、最大 风速、最大覆冰、内过电压、外过电压、安装情况和事故断线情况。为了设计、 制造上的标准化和统一，根据我国不同地区的气象情况和多年的运行经验，我国 9 华南理工大学硕士学位论文 各主要地区的气象条件归纳为九个典型气象区( 如表2 一1 ) 。在实际使用中，总是 将线路沿途实际气象数据与典型气象区相比较，采用其中最接近的某一典型气象 区数值。 表2 一l 全国九类典型气象区 气象区 ii ii l iv 大气温度最高 + 4 0 ( ) 最低 - 51 0一1 d- 2 01 0一2 04 0- 2 02 0 覆冰 一5 最大风速 十1 0+ 1 0- 5- 5+ 1 0- 5555 安装情况 00- 51 0一5一l o1 5一1 01 0 外过电压 + 15 内过电压、年平+ 2 0 + 1 5 + 1 5+ 1 0+ 1 5+ 1 0- 5+ 1 0 + l o 均气温 风速( m s )最大风速 3 53 02 52 5 3 0 2 53 03 03 0 覆冰 1 01 5 安装情况 1 0 外过电压 1 51 0 内过电压0 5 x 最大风速( 不低于1 5m s ) 覆冰厚度( i n f l l ) 05 5 5 1 01 0l o1 52 0 冰的密度( g c m 3 ) 0 9 2 3 导线的选取 2 3 1 主要考虑因素 导线架设在杆塔上面，担负着传输电能的作用，经常承受自重及风、冰雪、 雨和空气温度变化等的作用，同时还会受到周围空气所含化学物质的侵蚀。因此， 不仅要求导线有良好的电气性能、足够的机械性能、较强的抗腐蚀性能，还要求 尽可能质轻而经济。由于铝的导电性能好，但机械强度低，而钢的机械强度高， 但导电性能差，所以导线一般制成以铝作为主要材料的钢芯铝绞线，由于交流电 的集肤效应，电流的大部分集中在导线外层通过，导线中心基本不通过电流，所 以钢芯铝绞线外层采用导电性能好的铝，内层采用机械强度高的钢，从而充分利 用了两种材料的优点。 导线截面的选择、型号规格、分裂方式和分裂间距等，要根据系统的要求， 0 第岍二章输电线路设计的一般原则及方法 除根据经济电流密度选择外，还要按电晕及无线电干扰等条件进行校验。大跨越 的导线截面宜按允许载流量选择，并应通过技术经济比较确定。 2 3 2 目前几种常用的导线 架空线路的导线，除应具有良好的导电率外，还应具有机械强度高、坚硬耐 磨、质韧耐折、抗腐蚀较好及质轻价廉等特点。这些要求根据线路的不同情况而 占有不同的比重。 ( 1 ) 普通型钢芯铝绞线l g j 型，其铝钢截面比为5 3 6 1 。 ( 2 ) 轻型钢芯铝绞线l g j q 型，其铝钢截面比为7 6 8 3 。 ( 3 ) 加强型钢芯铝绞线l g j j 型，其铝钢截面比为4 4 5 。 ( 4 ) 防腐型钢芯铝绞线l g j f 型，其结构形式和机械性能、电气性能与普通 钢芯铝绞线相同，只是在钢芯上、内层铝绞线或外层铝绞线等的某一层阳j 涂上了 防腐材料，它具有对酸、碱、盐等气体腐蚀的抵抗力。 ( 5 ) 钢芯稀土铝绞线l g j x 型，它是8 0 年代初期广州有色金属研究院和广 东台山电缆厂共同研制的节能新产品，其特点是在工业纯铝中加入少量稀土金属， 在一定工艺条件下制成铝导线。 ( 6 ) 扩径型钢芯铝绞线l g j k 型( 如图2 一】) 。它是通过特殊的绞制工艺， 在绞制过程中将导线的内层和中层铝单线减少根数进行疏绕绞合排列，依靠绞线 层与层之间的绞制方向相反，使铝线各层之间互相交错形成支撑，从而达到扩大 导线直径的目的，它能够减少电晕以降低损耗和对无线电、电视等的干扰以及减 少电抗以提高线路的输送能力。 k 氐水一糊口，雠糟熊v 扩爱麓 l g j k - 箕i 嘲7 5 0 k v , m 删q , a 棚封r q 州u 断 蚪簟2 枢镪媾 _ ，- 斟蚺_ l m 中晨 o 撮键蛙 嘲i 归r 曲l 栅_ 肿_ i 内基7 擐镪缝 n _ 7 i l l l # i i i i i l u i n _ m 螺蓐 “i 口 图2 - 1 扩径型钢芯铝绞线l ( ；j k 的结构 ( 7 ) 钢芯铝包钢绞线。以单股钢线为芯，外面包以铝层，抗拉强度高，可减 少弧垂，降低线路造价，线路的大跨越及地线通信使用。 华南理j 二人学硕士学位论文 2 4 地线的选取 2 4 1 主要考虑因素 架空地线架设在导线上方，其主要功能是防止导线遭受雷击，当雷云放电雷击 线路时，因避雷线位于导线的上方，雷先击中避雷线，并借以将雷电流通过接地 体泄入大地，从而减少雷击导线的几率，保护线路绝缘免遭受雷电过电压的破坏， 起到防雷保护作用，保证线路安全运行。它要求机械强度高、耐振动、耐腐蚀、 具有一定的导电性能和足够的热稳定性。 2 4 2 目前几种常用的地线 ( 1 ) 一般架空避雷线。架空避雷线一般采用钢绞线，避雷线一般都通过杆塔 接地，为使避雷线有足够的机械强度，其截面的选择是根据导线的截面来决定的， 根据1 1 0 一5 0 0 k v 架空送电线路设计技术规程的规定如表2 2 所示。 表2 2 地线采用镀锌钢绞线时与导线配合表 导线型号l g j 1 8 5 3 0l g j l8 5 4 5 l g j 一4 0 0 6 5 l g j 一4 0 0 5 0 及以下 及以上 镀锌钢绞线最小标称截面 3 55 07 0 ( m m 2 ) ( 2 ) 绝缘架空避雷线。绝缘架空避雷线与一般架空避雷线一样，所不同的就 是它利用一只悬式绝缘子将避雷线与杆塔绝缘隔开，并通过防雷间隙在接地。即 采用带有放电间隙的绝缘子把避雷线和杆塔绝缘起来，雷击时利用放电间隙引雷 电流入地，呈接地状态。这样做对防雷作用毫无影响，而且能利用避雷线做载流 线、用于避雷线熔冰、作为载波通讯的通道，还可减少避雷线中由感应电流而引 起的附加电能损耗。在超高压线路上，一般采用这种对地绝缘运行方式。 ( 3 ) 屏蔽架空避雷线。它是防止本输电线路所发生的电磁感应对附近通讯线 路的影响。它的主要材料是屏蔽系数o 6 5 的优良的导电线材。目前，一般多采 用l g 卜一9 5 ，5 5 型钢芯铝绞线。因屏蔽架空避雷线耗费有色金属和投资造价比钢绞 线高，所以只在输电线路对重要通讯线影响超过规定标准时才考虑架设屏蔽架空 避雷线，