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输变电线路工程设计研究

学术杂志网   |   2020-09-09

摘要:输变电线路工程设计是保障输变电线路运行稳定与安全的两个重要环节,是实现高压输变电线路在电网建设与应用中功能充分发挥的重要手段。在当前电力事业高速发展,高压输变电线路架设规模大幅度提升的背景下,高压输变电线路设计对指导输变电线路施工与管理实践具有深远意义。围绕输变电线路工程设计问题实施研究。

关键词:输变电线路;工程设计;导线选择

电力工程运行中有着供电及输电的关键任务,输变电线路是进行输电及供电的重要载体,线路在设计过程中需保证安全性及稳定性,同时还需要保证牢靠性,这与电力工程输电及供电基本效果有着直接影响,所以,相关部分需加强输变电线路工程设计及管理工作。

1输变电线路工程

电流是输送过程中可能会因为线路温度升高造成能源损耗,在输送过程中需要通过变电站提升线路电压,降低线路电流,减少热量损失。高压输变电线路具有较高危险性,而目标电气设备不需要高压运行,需要通过变电站将电压值调低。电流在输送期间需要通过多次变电处理,输变电是指将低电压进行升高处理之后,实现远距离输电,线路功率电压越高,电流值就越小,进而降低电流运输期间线路中的电能损耗。输变电工程主要分为两个组成部分,第一部分是输电线路,第二部分为变电站,通常情况下电厂发出的电压值相对较低,因此如果不进行适当的升压处理。那么线路电流值会过大,线路的温度会持续上升,此时电流传输期间会有大量电能在导线传递中损失,导线的热量如果过高,还会烧毁导线,影响电力的正常传输。为了防止线路受到不良影响,降低电力能源损失,必须要将电压值升高,设置变电站实施中间升压转化,通常电厂发电之后实施电流传输所经过的第一个站点就是升压变电站,变电站中通常包括两个部分,分别有升压站和降压站,主要功能就是调整电压等级,然后汇集电能实施配送,其中主要包括变压器装置、母线、线路开关装置、建筑结构以及系电力系统控制设备等。变电站的设置要根据电压转化等级对电力服务区域实施划分,电压转化等级越高,变电站的实际服务范围就越大。输变电工程分布在全国各地的电网服务区域,由输电线路对其各个分布节点实施连接。输变电工程可以分成直流输电工程和交流输电工程这两种,其中第一种主要是由换流站、输电线路和接地极系统组成。第二种工程主要由变电站和输电线路这两部分组成。

2输变电线路工程特点

输变电线路工程的主要作用在于电力能源传输,电能从电厂传输到指定电力需求区域。不同电力需求区域存在着较大的差别,整个工程会跨越较大区域,范围从几十千米到几千千米。由于不同区域会涉及到不同环境,在进行输变电线路工程建设时会涉及到非常多的施工单位以及多种环境。在输变电线路工程建设过程中会在一定程度上涉及土地征用、地形地貌更改、树木砍伐、居民搬迁等等情况,必然会对生态环境造成影响。由于电力行业具有自身特殊性,为确保自身的安全性就需要投入高质量的设备设施,这也必然需要较大的工程投资。除了基本的设备设施之外,也需要涉及到土地征用费用、环境保护费用、居民拆迁费用等等,输变电线路工程总体投资相对较高。同时整个工程涉及到的内容较多,工程设计人员在进行工程设计的时候要充分重视各个工程设计要点和细节控制。

3输变电线路工程设计必要性

高压输变电线路是电力系统中至关重要的组成部分,输变电线路工程的架设主要是为了满足电力工程的传输需求,实现电能在电厂到变电站以及变电站到变电站之间的科学分配传递。当前我国电力输变电线路输送模式主要有以下几种,第一种是在300km的传输距离之内,将电压值控制在220kV实施传输。第二种是传输距离在100km之内,将传输电压值控制在110kV。第三种是电流传输距离在50km内,将电流传输电压值控制在35kV或者是66kV。第四种是传输距离在20km内,将电流传输电压控制在10kV或12kV。其中第一种和第二种传输模式中的电压值就为高压输电线路工程中的电流传输模式。我国地域广阔,各地城镇或者村庄分布密集程度都存在差异,为此在电力输送过程中,很容易出现远距离传输的情况,在这种情况下,为避免过大的电能损耗,必须要对其实施升压处理,最终进行变电处理降低线路电压为电力用户正常供电。充分重视输变电线路工程设计能够最大程度提升线路安全等级,显著降低线路供电过程中的电能损耗,提升线路运行安全等级。

4输变电线路工程设计要点

4.1输变电线路定位设计

对于输变电线路工程来说,线路定位设计是非常关键的控制环节,工程设计人员需要确保输变电线路规划的科学合理性和可行性,为后续线路工程的运行维护管理奠定坚实基础。工程设计人员要根据该区域供电实际需求和电网建设技术标准,对输变电线路架设区域实施勘察,明确施工条件和其他环境特征,进而实现路线的科学规划和定位设计,优化输变电线路的定位设计质量。施工人员在进行线路现场地质勘测的工作时,要应用GPS技术、信息影像技术以及遥感技术等多种技术实施勘测,对线路架设区域中的自然环境、水文分布情况、气候环境、地理环境等众多因素进行重点勘察,然后根据勘察结果对工程定位设计实施分析,判断输变电线路工程架设定位设计中是否存在问题,对于不合理的工程设计要及时修正,确保选出最佳输变电线路定位设计方案,保证后续输变电线路敷设的高效科学和可行性。

4.2输变电导线选择

输变电线路是电力传输中最为直接的传播载体,其输变电材料的应用直接关系到后续电力传输的实际效率、传输产生的损耗以及线路架设质量等问题。为此设计人员必须重视输变电导线材料的选择问题和质量控制。在选择输变电导线材料的时候,工程设计人员需要重点控制以下几点,分别是电流密度、耐用程度、外界的干扰因素以及电晕等问题。例如输变电线路所处的气候环境以及电磁干扰等问题会对输变电线路的导线性能造成一定的影响。通常情况下,在海拔高度不超过1000m的架线区域,通常会选用钢绞线材料作为输变电线路的导线,这种线路中可忽略电晕等因素对电力传输造成的不良影响。此外,当前电力工程中还会应用铜制导线作为输变电线路的主要导线材料。铝制导线的自身重量比较轻,线路阻值较小,以此应用其实施电力传输的时候不会产生过大的电力损耗,能够优化输电效率。工程设计人员还要注重导线和地线的安全系数设计问题,其安全系数不得小于2.5。输变电线路的导线安全系数通常不会高于地线,为了保证输电安全,工程设计人员需要计算输变电线路悬挂点位置的张力值,然后根据计算结果实施设计。一般来说地线的导线材料要选择复合钢绞线材料或者镀锌钢绞线材料。导线材料必须要实施绝缘防护设计,以确保后续的安全施工和线路的安全运行。

4.3输变电杆塔设计

当前国内的输变电线路工程建设水平处于不断提升的状态,发展相对迅速,通过调查统计可以得知,当前输变电线路工程中杆塔的建设成本占据了工程整体建设成本的30%左右。为此,杆塔设计和建设质量直接影响到输变电线路工程的整体质量和后续供电质量,对于工程的后期运维管理和投入使用都具有较大影响力,为此施工人员必须充分重视输变电工程杆塔设计。通常情况下,输变电线路架设过程中使用的杆塔类型主要有以下几种,分别有终端杆塔,直线杆塔、转角杆塔以及换位杆塔等等,其功能性都存在差异。工程设计人员在进行输变电线路设计的过程中,需要根据施工区域的供电需求和输变电建设标准来合理实施杆塔搭配选择,选择之前需要考察输变电线路节点、所处地理地质环境等。工程设计人员在实施杆塔设计的期间,通常会应用极限设计的方式,然后将周边输变电线路的运行需求和其周边供电环境进行综合考量,在设计阶段明确输变电杆塔的极限值,并且检测其杆塔的荷载系数、杆塔材料强度以及其应用属性等,确保杆塔设计能够满足施工区域的实际供电需求,确保杆塔的稳定可靠性。

4.4输变电线路防雷设计

绝缘的配置应在保障输电线路在规定电压或雷电影响的条件下,都能正常的进行运作,如在我国高海拔地区,过电压要求配置8块以上的绝缘子串片。在进行输电线路的防雷设计时,要求相关施工人员结合线路的实际电压、负荷等性质以及高压输变电线路的运行方式,并将当地的雷电情况进行实地考察,与之结合进行绝缘的合理配置。如在进行110kV输电线路的设计时,应顺着高压线路合理的架设底线。通常35kV输电线路不宜架设地线,因此应在变电站进线端架设2km左右的地线。在安装铁横担、线路支架、爬梯及接地螺栓等钢筋混凝土杆塔部件时,应安全可靠的与接地引下线实施电气连接,另外还应注意在接地引出线的表层应设置合理的防腐措施,以免设备的长期使用,线路出现老化引起短路漏电等故障。在耕地田土中的线路应保证线路埋藏深度低于耕地之下;通常使用绝缘地线时,应合理的控制地线中的电磁感应电流及电压,合理的设置地线间隙,保证绝缘配体在安全无损的条件下使用;在需要长期通电条件下的绝缘地线,应进行合理的热稳定校验及设置人身安全防护措施。

4.5绝缘配合设计

输变电线路工程建设区域不仅涉及低海拔区域,还包括高海拔地区。高海拔地区与低海拔地区相比,其地理和气候特征都存在较大差异,因此工程设计人员在进行输变电线路设计的时候,不得直接套用常规低海拔地区的线路工艺技术和绝缘配合参数,需要亲临现场进行实地勘测,然后根据施工区域实际情况完成工程绝缘配合参数设计,在此过程中还要分析输变电线路工程保护设备的属性,获取线路中工作电压和过电压的数值,结合工程运行维护费用和投资比例,完善工程绝缘配合设计。在绝缘配合设计过程中,设计人员要重点注意以下几个控制要点,首先,工程设计人员要注重输变电线路绝缘子型号和其片数的选择,其次,要注重控制线路杆塔和输变电导线之间的间隔距离控制。设计人员要明确系统正常运行状态下的电压值,对于可能发生的雷击跳闸或者过电压跳闸等问题进行分析,确保绝缘配合设计科学合理。工程设计人员在设置空气间隙距离的时候,要根据系统工频工作电压的实际电压值实施控制,高海拔地区的耐雷水平不得超出平原区域,工程设计人员要做好过电压保护和雷电保护设计。总而言之,高压输变电线路是我国电网建设与发展中不可或缺的存在,在维护与保障电力资源使用安全上发挥着重要作用。现阶段,我国有很多地区都有着电网改造和新增建设项目的施工工作,因此电力公司及相关人员应清楚地认识到高压输变电线路的设计与其维护的重要性,进行科学、合理的线路设计,从而有效提高高压输变电线路的维修质量、增强高压输变线路的可靠性、安全性和稳定性,并最大限度地提高其功能的作用。

参考文献

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作者:刘弘亮 单位:京电能源工程集团有限公司-分公司科瑞德工程设计有限公司

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