二自线回500kv线路设计简介

二自线I回500kv线路设计简介西南电力设计院教授级高工，吴二自线的技术难题：尤其是在大小凉山，海拔高 3200〜3500m，气候寒冷，覆冰严重，达到24kg/m；空气稀薄，绝缘需要补偿；空气稀薄，导线电晕产生更加容易；地质条件恶劣，土质松软，塌方频繁，基础易毁。二自线是世界上首个世界银行贷款建设的电站送出工程。在世界银行贷款条件中，除要求必须有外国专家咨询检查外，另就环境保护问题（森林砍伐、植被破坏、自然植被地保护等）、人权问题（对施工中必须拆迁要求必须改善原居民的生产、生活条件提供可靠的行政组织和措施，对少数民族的风俗习惯加以保护，不得干扰破坏）提出了严格的要求。在线路设计的可行性研究阶段，曾请美国、加拿大、法国、俄罗斯等国外专家就多方面的技术问题进行咨询。西南电力设计院在设计二自线时，专门作了环境评估报告。提出线路尽量不进原始森林地区和自然保护区，以减少森林砍伐量、避免施工对野生动物的生存的影响；在不得已进入原始森林地区时，应尽量加高塔高跨过森林，以减少森林砍伐；在自然保护区，应严禁放炮以尽量减小施工噪声等对野生动物的影响；尽量不破坏自然植被，以防止水土流失。在经过少数民族地区的线路施工时，应尊重特种民族的生活风俗习惯，在房屋拆迁的过程中，采取“一户一卡”制度，逐户落实拆迁政策，按照“先建后拆”的原则，在拆迁前后分别逐户“照像”登记，做到政策确实落实。在设备购买方面，要求通过招投标制来实现。1979年，在二滩电站可行性研究的同时，西南院开始就电站出线设计做准备。1994年，二自线I回初步设计结束；1995年，做完施工图设计；1998年建成投运。国内高等院校（重大、武水、西安交通大学等）、科研院（武高所、电科院、云南中试所、四川中试所等）所配合进行了在线路设计中的技术问题的科研。根据国外专家的经验，形成路径方案的选择中，“路径通道”的新概念，电站出线应分散走线，即使在恶劣局部气象条件下，也只会破坏其中某条出线，宏观地保证电站的安全运行。根据一些已发生的网络灾难性事故发现，对于大型发电站的出线，不能只选择单一线路走廊出线，一改过去的设计思路。比如，龙羊峡电站出线的两条330kv线路通过同一线路走廊，在冬季就因覆冰严重，两回出线同时出现倒塔事故，导致电站功率不能送出。二滩电站出线设计时，就选择中线方案的两个通道来布置四回出线。二滩电站离渡口市约20公里，到自贡洪沟变电站，500KV线路约500公里。传统的线路路径选择应靠一条公路，二滩电站设计时预定了三个方案。北方案，二滩到西昌，再北上经乐山到自贡，该线覆冰重、线路长，后被摒弃；南方案，线路南下进入云南，过昭通，再北上到自贡，该线海拔高、覆冰重、跨两个省区管理困难，后被摒弃；中方案，二滩经西昌到昭觉，再往东到自贡，该线与到西昌卫星发射中心的电缆通讯线有较长的平行段，若改迁赔偿需资金约3000多万元，为了避让通讯线，提出普格方案、瓦候方案。最后二自线四回出线路分为中线方案两个通道走，中方案的两个比较方案均得到利用，充分利用了比较方案。根据国外专家的经验，形成了“线路路径走廊”的新概念——即“路径资源”的概念，考虑到在地形、气象、水文等多个因素限定下，特定区域内的输电线路路径实际上是很紧张的，应统筹使用。在线路设计中应尽可能加大线路截面、采用双回甚至多回同塔，以节约线路走廊。现在在签订路径协议时，签约单位越来越小，甚至到区乡一级。通常输电线路经过的地段，会影响到地方经济发展的整体规划，考虑到地方签约单位的利益，线路走廊需要征地，但现在的政策还未涉及到。根据国外专家的意见，线路应尽可能避开恶劣的自然环境地段，在可能危急线路安全的情况下，不应过多的考虑线路因绕过恶劣自然环境区段而增加的线路长度。当然输电线路不可能避让过所有的恶劣、复杂的自然环境，在这些区段可适当提高线路设计标准，首次在线路设计中提出“免维护”的概念。因为在恶劣环境条件下，一旦出现事故，处理不可能及时，造成的经济损失会相当巨大。在二自线设计中，由于准确地掌握了线路覆冰量及覆冰规律。在设计中“避重就轻”，采取了避冰方案（水汽流动及气流交会较少的区域），比如瓦候方案中，线路在瓦候口峡谷内经过，海拔低、水汽少，是避冰的典型地形。在线路设计中，提高了勘测设计的水平。传统选线时，一般在1/5万地图粗选路径，在到现场去测定路径的地质地形，提出多个路径方案再进行方案优选。二自线中用航测拍片形成线路走廊的航拍带状地图，利用专业软件形成线路走廊的三维地图；而后可直接在计算机上，在走廊内任意生成剖面图，再进行排杆定位，在室内可将全部塔位定出来。再到现场用GPS——全球卫星定位系统定位。考虑到二自线的地质灾害是首要问题，冰害还在其次。利用航拍红外遥感照片，解析出滑坡或其他不良地质，在确定塔位时，以尽量避开不良地质为原则。并且在塔位确定时，第一次在国内提出“地质人员有否决权”的做法。外国专家认为，山区线路应首先重视“地质灾害”的影响，其次才考虑“冰害”的影响。因为地质灾害发生的频率较高，一般2〜3年一次，主要应注意滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。气象条件的确定。覆冰，对造价影响巨大；一般地，覆冰每增加5毫米，铁塔造价会增加约一倍；相应的线路造价也会大为提高。如二自线中，不同覆冰时的线路造价表： 覆冰厚度（mm）线路造价（万元/公里）1076.820121.430248.250580.8现在在我国大多数地区对覆冰的规律还认识不足。线路覆冰在数量上确定较为困难。一般采取向当地居民作现场调查，再估计分析覆冰厚度，此法误差较大。再就是通过已有的通讯线、电力线路的冰灾进行分析，来确定覆冰厚度，此法若观测的时间短也不亦获得有价值得数据。在二自线设计过程中，早在1982年就建立“黄茅根”人工大型观冰站，架设了3档试验线路，另有大型的雾凇塔。对不同分裂数目、不同直径的导线及不同的塔型进行覆冰数据观测，同时在其附近建立约20个覆冰观测点，来收集覆冰厚度及覆冰分布规律的相关数据。观测得到的覆冰厚度采用数理统计的方法进行处理，基本掌握二自线重冰区覆冰规律。在此基础上设计的基础、杆塔、导地线等共节约投资约1亿元左右，而二自线I回总投资约9亿多。另外，风速也会影响铁塔耗钢量的多少，大风常会引起线路倒塔事故。目前我国对风速的规律已较为明确，常通过气象台站的风速统计、风压确定（全国分压分布图）、风灾事故分析、运行经验等四个方面来定基准风速，但它主要反映是“面”上的问题。但对微地形、微气象和大档距情况下，在设计时应适当加强铁塔强度。导线的选择。一般按输送容量及经济电流密度来选择。由于二自线的海拔高、空气稀薄，电晕产生较容易。而电晕产生臭氧会对金具产生腐蚀；电晕还会产生可听见噪声，应加以控制；电晕甚至会导致导线舞动。线路设计中委托电科院、云南中试所等来确定起晕电压，对起晕电压公式提出修正，导线的表面状况系数 m=0.9，在线材购买招标时对投标厂家提出要求，改善导线表面的光滑程度，对降低起晕电压起到了较好的效果。另外，覆冰厚度较大时，导线承受较大的垂直荷载，在不均匀覆冰时产生不平衡张力，会导致悬垂绝缘子串向覆冰较厚侧偏移，线夹握着处导线受力不好，极易发生断股、甚至出现断线。考虑上述因素，导线采用了铝合金绞线，增大导线抗拉强度约1倍，其弹性伸长量约4%,而纯铝线为2〜3%，铝合金线能较好的将荷载传递给钢芯，提高导线的安全系数。但是，铝合金线的抗疲劳性能较差，重冰区的导线年平应力只有破坏拉断力的百分之十几，线上应力小，相应导线防振性能有所改善，疲劳损坏的程度减弱。导线采用2分裂与4分裂之争。国内外专家在这一点上分歧较大。2分裂导线较粗，抗冰、风荷载的能力较强，对杆塔的机械荷载较小，但电气性能较差，极限输送容量较小。但2分裂导线不均匀脱冰时，易发生翻转扭绞，不易恢复。 4分裂导线的翻转稳定性较好；但在最初设计时有人担心4分裂导线，在重冰区易整个被结成一个冰柱，冰荷载将会非常巨大。经过长期观测，二自线重冰区覆冰还不至于将4分裂导线冻结在一起。又考虑到2分裂导线输送容量较小，对电能的输送易成为瓶颈，限制电能的输送。所以最终二自线选择4分裂导线。导线截面的选择，应考虑电力工业发展很快，线路走廊逐渐拥挤，线路截面应预留一定裕度，留待系统发展后充分发挥其输送电能的能力。另外，国内铝合金导线的电阻较大。而国外铝合金导线截面中，铝合金部分截面比纯铝线大，不至于因采用铝合金线而增大线路电阻。OPGW——地线复合光缆技术，日本较先进，但也仅有覆冰 9kg/m的运行经验，对二自线24kg/m没有把握，所以在二自线中没有采取OPGW。但是，为了充分利用输电线路杆塔及线路走廊，几乎现在所有新建的500KV都有一根地线是OPGW。高海拔地区，绝缘补偿的问题。可根据空气密度、湿度对绝缘进行补偿，目前属于成熟技术。二滩线路通过测量分析，发现现行规范中关于绝缘补偿的方法，安去裕度较大，所以仍援用规程。二自线污区划分，委托四川中试所沿线建立20多个等值盐密观测站，对二自线进行污区划分。因污耐压随海拔降低，需要修正。对绝缘子爬距也需要适当修正，公式如下：m= （海拔1000米以下，V额定电压，九爬距，L绝缘子泄漏比距）LCV九m= —eb.1042n（H-』（n系数，取0.5；H海拔高度）L覆冰绝缘子。重冰线路常会出现跳闸事故，比如南〜九220KV线路在冬季就多次发生不明原因的跳闸事故。究其原因是当绝缘子覆冰后，其泄漏电流较大。覆冰绝缘子的耐压与覆冰冰水的导电性密切相关。日本专家提出绝缘子耐压为：操作过电压时为200kv/m，工频75kv/m。武汉水电学院对此做了专题研究，在清洁区覆冰绝缘子耐压基本符合日本专家的数据，在污秽区耐压值则远低于此数值。在线路实际运行中也得到验证。所以在设计重冰区输电线路时应回避污秽区，否则根本不可能设计出满足要求的绝缘子。绝缘配合。从事故统计分析来看，山区500kv线路“雷击跳闸”居第一位。单纯靠增加绝缘子片数来解决不理想，应考虑同时增加绝缘子片数和增大绝缘子爬距较为经济。而且还应尽量减小地线保护角；选择耐雷性能好的塔型，比如酒杯塔；尽量减小接地电阻，应仔细检查接地电阻值、接地射线也应埋够（长度）。（西昌地区达到70雷电日）。绝缘子质量对线路可靠性的影响。主要应注意玻璃绝缘子的自爆率、及磁质绝缘子劣质率。在二自线I回中全部采用法国玻璃绝缘子，而II回用了一部分大连厂绝缘子，由于国产绝缘子稳定性较差，11回线路可靠性明显低于I回。玻璃绝缘子自爆后，有利于检查故障点，但其自爆后易伤人、或损坏设备（尤其是在变电站），且降低整个绝缘子串的安全系数较多。总起来看，国产绝缘子中磁质绝缘子的性能进步较小，而玻璃绝

缘子质量进步较快。玻璃钢合成绝缘子，主要用于三级污秽区，其污耐压高，提高约30％，质量轻、运输施工方便；但合成绝缘子寿命较短、约 20年，其玻璃钢纤维易老化，密封工艺不过关时，玻璃纤维易碎，合成绝缘子在运输施工时，受力要求较高，不能上人。（NGK合成绝缘子）塔型。应选择使用环保型塔型及基础。世界银行要求二自线的塔型及基础满足环保要求。因平面基础土石方开挖量大，易出现高边坡——需要护坡保坎，破坏自然植被较多。二自线中采用了全方位高低腿基础，配合的铁塔全方位长短腿的塔腿按1.5米分级，塔腿基础与原地形符合较好，土石方量大大减少，基础施工效率也大大提高。目前规范已经要求在山区500KV线路基础应广泛采用全方位高低腿基础。同时斜柱式基础的广泛采用，基础立柱为斜柱时可减少混凝土方量、再配合主角钢插入式基础，还可以节约立柱配配筋。而直柱式基础底板受力不均匀，易发生不均匀沉降。斜柱式基础主柱坡度与铁塔主材保持一致，立柱及底板受力较好，如图。水平荷载导线三角形排列的塔型为环保型塔型。它相对于水平排列，线路走廊小。在过林区时，森林砍伐量可减少。水平荷载500KV边线5米内不允许有建筑物，线路附近的建筑物的电场强度应控制在4KV/m以下，超过的应拆除。三角形排列的塔型边线拆迁距离较小，约20米，而水平排列的边线拆除距离为27米。三角形排列的塔型经济性较好。三角形排列的塔型耐雷水平较低。但与水平排列的塔型别仅相差约2％（加拿大咨询）。西安交通大学对此加以分析验证，但实际线路运行经验的证据不足。对重冰区杆塔荷载，应计算杆塔某侧的导地线同时脱冰，带来的对杆塔的最大弯矩和最大扭矩。对地形起伏较大的地方，应尽量采用直线型塔型，而不是采用国内专家常用的耐张塔。国外专家认为悬垂串的偏斜，可在一定程度上缓解不平衡张力，防止出线倒杆事故。国外的直线塔型均设计可带2〜3°小转角，以实现线路逐渐转角，而不是累