输电线路设计规范及输电线路设计文件编写纲要

1 架空输电线路设计规范 及架空输电线路设计文 件 编写纲要 寿祝昌 上世纪五十年代处于建国初期 标准的管理工作尚未完善 59 年颁发的设计规范的名称为 高压架空电力线路设计技术规程 设计规程 为什么定为 设计技术规程 当时的想法是 本规 程不单是线路设计规程 还是线路技术规程 那是电力线路的第 一代规程 不只管设计 还兼管运行维护以及电力线路与其他设施 其他部门的关系 基于这种前提编写的规程 无论是整体的编排还 是内容与标题 必然不象一本专门的设计规范 之后进行了 3 次修 订 到目前已经是第四代 尽管丰富了条文和内容 但依然没有摆 脱第一代 设计技术规程 的模式 主要问题在编辑方面 规范的 总体编排混乱 规范的章节标题不准确 条文中的用语存在概念模 糊 逻辑混乱的现象 针对上述问题 特编写本纲要 以求再次修 订时能完成一本名副其实的 设计规范 本纲要供 架空输电线 2 路设计规范 的修订和架空输电线路设计文件的编制参考 架空输电线路设计规范除应包括统一规定的前言 总则 术语 和符号等内容外还应包括下列主要内容 1 输电线路设计条件 2 输电线路路径设计 3 架空线设计 4 杆塔及其基础设计 5 杆塔定位设计 6 输电线路附属设施设计 注 寿祝昌编辑校注 110 750kV 架空输电线路设计规范 中的 架线设计 均应修改为 架空线设计 架空输电线路设计文件的编制亦不外乎应包括上列内容 可行 性研究和初步设计不包括第 5 和第 6 项 施工图设计 第 5 项 杆 塔定位设计 完成的设计文件包括 线路平断面图 线路明细表 和 交叉跨越表 这三个文件 图纸 在架空输电线路设计中 是属于总图和总表 应该在施工图设计文件中予以明确 3 下面逐一对各部分内容做具体说明 1 输电线路设计条件 架空输电线路的设计条件包括设计气象条件 导线截面积和电 力线路的电压等级 1 1 设计气象条件 影响架空线设计和输电线路杆塔设计的气温 风 覆冰是输电 线路设计的主要气象条件 气温 风和覆冰的各种组合应称为 工 况 然而设计规范历来将 工况 称做 情况 情况 这一称 谓使得对 设计气象条件 的认知产生过严重的误解 工况 一词有两层含义 一层含义表明它是一种 设计标准 另一层含义表明它是一种 设计条件的组合 的规定 而 情 况 一词往往容易使人误解为实际可能出现的状况 情况 一词 会误导一些用户甚至设计人员 说某年某日实际的气象条件如何 实际的气象条件组合如何 所以设计应按此考虑等等 设计规范 是本专业的专家 根据计算理论 设计经验和当 时的国力所作的一种 约定 它确定的是一种 设计标准 对于 安全性 限定在约定的保证率之内 那些实际可能出现的情况可以 用作制定规范时的参考 却不能直接拿来作为规范的设计标准 4 工况 还表明它规定了 设计条件的组合 这些组合也是一种 约定的 设计标准 正是由于这些原因 才称为 设计气象条件 而不能简单的说成 气象条件 1958 年第一代设计规范对设计气象条件规定 9 种工况 现行 第四代设计规范涉及气象条件有 16 种工况 包括最大风工况 覆 冰工况 最低气温工况 平均气温工况 最高气温工况 安装工况 架线工况 雷电过电压工况 雷电过电压工况 操作过电压工 况 带电作业工况 长期荷载工况 断线工况 断链工况 邻档断 线工况 验算工况等 设计规范中 16 种 设计条件组合 的规定 分述如下 一 最大风速工况 风速应采用基准风速 无冰 未断线 并 宜按下列要求采用同时气温 1 最低气温为 20 及以下地区 应采用 5 2 最低气温为 10 及以上地区 应采用 10 二 覆冰 包括不均匀覆冰 工况 气温应采用 5 风速 应采用 10 m s 或 15 m s 覆冰 未断线 三 最低气温工况 风速应采用 0 m s 无冰 最低气温 未 断线 5 四 最高气温工况 风速应采用 0 m s 无冰 气温 40 未 断线 五 年平均气温工况 风速应采用 0 m s 无冰 年平均气温 未断线 六 安装工况 风速应采用 10m s 无冰 并宜按下列要求采 用同时气温 1 最低气温为 40 的地区 应采用 15 2 最低气温为 20 的地区 应采用 10 3 最低气温为 10 的地区 应采用 5 4 最低气温为 5 的地区 应采用 0 七 架线工况 风速应采用 0m s 无冰 相应气温 八 雷电过电压工况 设计杆塔头部尺寸及检验定位后 的空气间隙用 气温应采用 15 当基本风速折算到导线平均高 度处其值大于等于 35m s 时雷电过电压工况的风速取 15m s 否则 取 10m s 九 雷电过电压工况 校验导线与地线之间的距离用 气 温应采用 15 风速应采用 0 m s 无冰 十 操作过电压工况 设计杆塔头部尺寸及检验定位后的空 6 气间隙用 气温应采用年平均气温 风速取基本风速折算到导线平 均高度处值的 50 但不宜低于 15m s 无冰 十一 带电作业工况 风速应采用 10m s 气温应采用 15 无冰 十二 长期荷载工况 风速应采用 5m s 气温应采用年平均 气温 无冰 十三 断线工况 风速应采用 0m s 覆冰 气温应采用 5 断线 十四 断联工况 风速应采用 0m s 无冰 气温应采用 5 断联 十五 邻档断线工况 风速应采用 0m s 无冰 气温应采用 15 邻档断线 十六 验算工况 是为杆塔结构设计设置的工况 工程设计中 要求按超出正常设计条件的组合进行验算时 确定为验算工况 验 算工况的荷载组合系数为 0 75 各种设计涉及的工况分述如下 一架空线设计特性曲线的 4 个控制工况包括 7 最低气温工况 平均气温工况 覆冰工况和最大风工况 二架空线设计有关工况包括 最低气温工况 平均气温工况 覆冰工况 最大风工况 最高 气温工况 架线工况 断链工况等 三杆塔头部尺寸设计 塔型策划 通过最大风工况 操作过电压工况 雷电过电压工况 带电 作业工况等四种工况的窗口间隙圆图 确定塔头的相关尺寸 通过 最高气温工况和覆冰工况确定导线最大弧垂 用以计算塔头的线间 距离 通过雷电过电压工况 计算导地线间距离 确定塔头地线支 架的相关尺寸 四杆塔结构及其基础设计有关工况包括 最大风工况 覆冰工况 最低气温工况 安装工况 长期荷载 工况 断线工况 验算工况 设计规范 将最大风工况 覆冰工况和最低气温工况统称为 正常运行工况 这是因为上述三种工况在规范中具有一些相同系数 的规定 例如可变荷载组合值系数 正常运行工况取 1 0 安装工 况 断线工况 不均匀覆冰工况取 0 9 验算工况取 0 75 长期荷 8 载工况是计算杆塔桡度的工况 五杆塔定位设计有关工况 包括最低气温工况 平均气温工况 覆冰工况 最大风工况 最高气温工况 雷电过电压工况 雷电过电压工况 操作过电 压工况 带电作业工况 邻档断线工况等 1 2 导线截面积 导线的截面积是由电力系统专业提出 通过设计任务书下达于 输电线路专业 或电网专业 输电线路设计的责任是根据设计任 务书对导线截面的规定 选择导线的型号 选择相应地线的型号等 等 然而由于 50 年代电力建设总局的设计规程中规定了 输电线 路的导线截面应根据传输的容量 按经济电流密度选择 以后 的几代 输电线路设计规范 均先入为主的保留了该条款 导线的截面积是电力系统专业的责任 是设计任务书下达给输 电线路专业的设计任务中明确规定了的内容 用不着你输电线路专 业再去算什么经济电流密度 选什么导线截面 导线的截面积是设计任务书给定了的 是属于 设计条件 9 输电线路设计的责任是根据设计任务书给定的导线截面 在进行架 空线设计之初确定导线的型号和地线的型号 1 3 电力线路的电压等级 电力线路的电压等级也是由电力系统专业提出 通过设计任务 书下达的主要内容 线路的电压关系到杆塔的规模 绝缘的等级 导线对地的距离 等等 10 2 输电线路路径设计 与输电线路路径设计有关的法律 法规及标准包括 中华人 民共和国军事设施保护法 关于保护机场净空的规定 国务院 中央军委发布 GB13618 对空情报雷达站电磁环境防护要求 GB15745 小型民用爆破器材仓库安全标准 GB50016 建筑设计防火规范 等等 输电线路路径设计与很多部门及其所属的设施或资源有关 这 些部门包括 当地政府 包括乡镇政府 人武部等 市 县所属 的规划局 国土资源局 建设局 交通局 林业局 水利局 水务 局 文物局 公安局 地质局 矿务局 电信局 铁路局 航运局 民航局 广播事业局 煤炭管理局 有色金属管理局 石化管理局 大型厂矿企业 重要军事设施 机场 电台等等 在进行线路路径设计之前必须首先了解行将设计的输电线路的 设计条件 包括电力系统规划 输电线路的起迄点 电压等级 导 线截面 回路数从而确定导线的型号 及分裂型式 和地线的型号 11 杆塔的种类 型式和输电线路的规模 输电线路路径设计一般以架 空电力线路本体专业 电力建设总局定为电气专业一直延用至今 为主 参与设计的还包括杆塔结构专业 测量 地质 水文和技经 等专业 输电线路路径直接影响输电线路的投资和电力网的运行安全 输电线路路径设计涉及的部门众多 需要对相关地域的地形 地貌 地物 地质 水文等等深入调查 充分进行方案比较 才能设计出 较好的路径 然而 设计规范 和许多教材或设计手册 对于这一 设计内容仅仅冠以 选线 或 路径选择 标题 这个标题不足以 概括 输电线路路径设计 的性质 过程和重要性 明确 输电线 路路径设计 这一内容的准确称谓 将有助于提高输电线路路径设 计的水平和输电线路设计专业的发展 路径设计 没有最好 只有更好 12 3 架空线设计 长久以来输电线路的设计文件将 架空线设计 称为 机电设 计 或 机电部分 机电施工图 等等 机电设计 机电施工 图这一怪异标题 是建国初期第一个做输电线路的设计院开始叫出 来 各地也就先入为主的叫成了定式 后来甚至将其写入 架空送 电线路设计内容及深度 之中 前苏联的阿 阿 格拉祖诺夫著 电 力网及电力系统 第三编标题为 架空线路机械部分计算 内容 包括架空线的计算 第十四章第十五章 和 架空线路电杆的计算 第十六章 格拉祖诺夫的这第三编的标题其实应该称为 架空 线路结构部分计算 或 架空线路架空线计算和电杆计算 杆塔 设计属于结构设计 架空线设计 将电线架设于空中的设计 属于 悬链线结构设计 所以统称为结构部分计算也未尝不可 格拉祖诺 夫把它们称为 机械部分 实在是有些太随意了 罪魁祸首原来在 此 那么 机电设计 这一说法的由来呢 不外乎是想表达这部 分设计里面做了 机械计算 又做了 电气计算 机械 源 于格拉祖诺夫 电气 只能说这部分设计里面遵循了 设计规范 13 中关于架空线的电气安全距离的一系列规定 姑且不论 架空线路 机械部分计算 说法的不恰当 机电设计 是在说我们做了所谓 机械计算 还做了所谓 电气计算 唯独没说这部分设计是 做什么用的 指导 架空线施工 的设计文件应该称为 架空 线设计 或 架空线施工图 不能用我们在这部分设计里面 做 了哪些工作 来做设计文件的标题 更何况 机电 这个词在中国 工程技术界已经有普遍认同的其他含义 这种命名设计文件标题的 方式 在其它专业中可以说是闻所未闻见所未见 架空线设计就是将电线架设于空中的设计 其中包括电线的悬 链线结构设计 当然应该包括架空导线的绝缘和金具的设计以及架 空地线及杆塔的接地装置设计 导线必须借助于绝缘子和金具实现 其架空 所以绝缘和金具的设计应属于架空线设计 设置接地装置 的目的是对架空导线防雷 接地装置设计顺理成章的也应属于架空 线设计的一部分 现行规范中的 导线和地线 绝缘子和金具 防雷和接地 以及 绝缘配合 中的部分内容 均应隶属于该部分 14 4 杆塔及其基础设计 这个部分除杆塔结构设计的规定外 还应包括塔型策划的相关 内容 所以 规范中的 导线布置 和 绝缘配合 中关于 间隙 的规定 应冠以标题 塔头设计 也应隶属于该部分 国内设计领域对杆塔设计 注重杆塔结构设计计算 不重视塔 型策划 造成这种现象的原因 多半是由于现行的专业分工 从西到东横穿美国可见其普遍采用的塔型 以双回路塔为例 专业内人一眼即可看出其先进性 值得学习借鉴 15 16 17 18 5 杆塔定位设计 设计规范 关于杆塔定位设计规定的条文 大部分列于 对 地距离及交叉跨越 章 这一章还包括线路路径设计必须遵循一些 规定 例如线路与弱电线路交叉角的规定 线路与树木及各种设施 水平距离的规定 这一章还包括电力线路与其他设施接近或跨越时 的其他要求和规定 五十年代 第一代规程 不只管设计 还兼管 运行维护以及电力线路与其他设施 其他部门的关系 在这一标 题的章节中表现得尤其明显 作为设计规范 关于杆塔定位设计方面的条文 应保留于本部 分 路径设计必须遵循规定应列于 线路路径设计 其他属于架 空线设计的列于 架空线设计 部分 属于杆塔设计的列于 杆塔 及其基础设计 部分 这样一来 规范 将不仅仅是 象一本真 正的设计规范 更重要的是规范将更有利于设计工作的遵循与应 用 6 附属设施设计 第四代规范第 16 0 4 条关于脚钉 爬梯 休息平台设置的规定 属于杆塔设计的内容 不是 附属设施 19 第四代规范为了迎合政策的要求增加了 环境保护 与 劳动 安全和工业卫生 两章 如果按这种方式修订规范 迎合政策不知 还要增加多少新章节 三个代表 科学发展观 中国梦 而且 各个专业的设计规范全应竞相增设这类章节 设计规范不能这么修 订 不是不要贯彻 环境保护 劳动安全和工业卫生 三个代 表 把贯彻这些政策的条文编辑到相应的章节才是正确的做 法 我们再来具体看看四代规范的 14