“双碳”前提下高压架空输电线路创新设计研究

“双碳”前提下高压架空输电线路创新设计研究

张健

沈阳裕发电力工程设计有限公司 辽宁 沈阳 110000

摘要：在社会发展进步的过程中，有两种常见的方式需要高压输电，一种是电缆输电，另一种是架空输电。虽然架空输电线路施工难度大，易受自然环境影响，但后期运行维护更方便，因此架空输电线路仍是长距离输电中高压输电线路的首选。高压输电线路的电气设计关系到输电线路的运行效果。如果电气设计本身缺乏合理性，势必影响高压输电线路的整体运行稳定性和可靠性，必须引起建设单位的高度重视。

关键词：高压；输电电气线路；设计方法；

随着“30-60”概念被反复提及，“双碳”目标升级为国家战略，“碳中和”元年也正式开启。而电力行业是碳排放的重点领域，也是实现碳达峰、碳中和目标的主要“责任人”。绿色电力对“双碳”战略目标的实施势在必行，绿色清洁电力替代传统火力发电比重将逐年增高，对于电力施工企业既是挑战也是机遇。

一、“双碳”战略下的结构性减排

电力是中国碳排放主要来源，其中火电占比最高，“双碳”目标将推动风能、太阳能等零碳新能源发电进入规模化“倍速”发展。电力行业是实现我国能源转型的主战场，新型电力系统是我国现代化能源体系的重要板块。2021年第六届紫金论点国际学术研讨会上专家提出：未来保留大约10%煤电的发电比，产生的碳排放通过碳捕集，利用封存（CCUS）技术移除。发挥托底和应急保障作用，解决新能源发电长周期，季节性波动带来的保供问题。另外90%将由新能源电力替代。据不完全统计风电、太阳能发电2030年前总装机容量将达到12亿千瓦以上。实现“碳中和”，需要在可再生能源发电、先进储能、绿色零碳建筑等领域的新增投资将超过139万亿元，资金需求量巨大。另外受体制改革不到位、市场机制不健全、市场化程度低等影响，中国新能源发电一直存在限电、弃电等消纳难问题。因此，未来应继续深化能源电力体制改革，加快建设电力中长期电力市场、电力现货市场、辅助服务市场和可能的容量市场等，使各种电力资源都能在市场交易中实现其经济价值，以促进新能源在更大范围、全电量市场化消纳。随着我国2021年7月16日碳排放权交易市场开市，首批参与碳排放权交易的发电行业就有2162家，两千多家电力企业贡献了40%的二氧化碳排放，以其为基础运行的碳交易市场对“双碳”目标至关重要。

二、高压输电电气线路优化设计方法

1.高压输电线路路径优化设计。高压输电线路对路径的进行优化选择和设计，可以保证高压输电线路电气设计的质量和水平。工作人员要对进行施工的山区、城市和森林等区域的实际地势情况进行考察，把影响线路设计的因素都要考虑进来。选择最优化的线路架空模式，线路选择要避开自然保护区、林区和闹市区等区域，并提高高压输电线路设计的水平。结合施工的实际情况，设计出曲折系数和转角比较少的方案，保证高压输电线路设计的安全性，提高高压输电线路电气设计的质量。高压输电线路电气设计要保证施工场地的交通便利，并实现高压输电线路工程的应用价值。

2.加强结构优化设计。高压输电线路的电气设计容易受各种客观因素的影响，为保证线路结构的合理性，需要做好线路结构优化设计，消除线路存在的安全隐患。在电气设计前期，需要对工程施工地区的地形地貌、气候条件等进行全面探究，并对实地考察得到的各项记录进行综合分析。在掌握线路走廊沿线地质、植被、资源等情况的基础上，从造价、技术、环境等方面进行考虑，对线路结构设计方案进行反复分析和论证，能够实现线路优化设计。结合线路电气设计方案，需要完成风险分析，对线路建设、运行过程中可能存在的风险展开分析，通过严密论证保证线路结构设计的合理性。在实践设计工作中，需要对地区的交通分布和地理环境进行充分考虑，做到具体问题具体分析。比如在平原地区修建线路能够节约一定成本，在山地地区则施工难度较大，交通发达地区设计线路可以降低修建难度和缩短修建周期，在不发达地区修建高压输电线路将遭遇较多困难。对不同设计方案进行综合技术经济比较，完成线路草图的优化设计，保证输电路径、导线截面、绝缘配合等因素得到综合考虑，完成最优线路架空模式的选择，可以使设计出的高压输电线路尽量避开闹市区、自然保护区等地区，从而使线路结构设计水平得到提高。

3.合理选择杆塔型号。杆塔在高压输电线路的铺设过程中，对线路起到重要的固定作用。在前期的电气设计中，如若不能对杆塔型号做出恰当的选择，将会对高压输电线路的电压稳定性造成一定的影响。对于杆塔的设计来讲，作为高压输电线路电气设计人员除了要对杆塔建造成本进行考量外，更需要对杆塔、环境、线路，三者之间的匹配程度做出充分研究。同时还要结合高压输电线路自身的功能、特点以及杆塔所设位置地势地形对杆塔稳定性与安全性的影响，来决定型号。与此同时，还要在设计中，对杆塔具体的设计规定、原则、施工、运行规范等情况做出明确。以此来为后期施工工作的开展提供必要的建设依据。如杆塔横担下平面材料厚度需≥5mm，杆塔构件厚度要≥3mm；塔全部构件都需要经过热浸工艺来进行镀锌处理，紧固螺栓必须采用等级达到6.8的镀锌粗制螺栓。

4.架空线路的路径有效选择。合理有效的架空线路的路径选择是高压输电线路设计中不可忽视的环节。在设计时，要充分考虑周边地区的地理环境和交通分布情况，不能一概而论，要具体问题具体分析，如地理环境，山地丘陵，河流大江，平原田地等，在平原地区修建线路就较为容易，且能节约一定的成本；在山地地区其的施工难度较大，且成本较高；在交通发达地区，障碍较少，修建起来也就方便许多；在交通不发达地区，其的修建难度高，修建成本大，修建周期长。

5.加强线路抗冰防舞动能力。为了确保高压输电线路的安全运行，设计人员需要将高压输电线的抗冰防舞动能力逐步提高。在进行高压输电线路电气设计时，设计人员需要充分分析高压输电线路途经地区的地质条件、覆冰情况、舞动情况和湿度情况等，并结合电网舞动分布图、电网冰区分布图，调查建设区域内输电线路因覆冰舞动跳闸的发生情况，对线路的舞动等级以及覆冰厚度进行分析，在此基础上，制定科学有效的设计方案。在高压输电线路建设过程中，选择线路时应避免易舞动区、重覆冰区，如果难以避开，可以根据相关规定开展抗冰防舞动设计。有效措施如下：在易舞动区、重覆冰区开展高压输电线路的建设工作时，需要将档距缩小，控制杆塔的高度，如果使用的是铁塔，应该使用双帽防松螺栓；利用相间间隔棒、预绞式防振锤、阻尼间隔棒等，通过以上方式可以将线路抗冰防舞动能力逐步提高。

6.线路防雷设计。根据高压输电线路电气设计规程要求，需要保证地线安全系数至少达到2.5，应超过导线设计安全系数，地线平均运行应力不超过破坏应力的25%。在各种工况下，应保证档距中央地线弧垂不超过导线弧垂。按照防雷要求，在无冰、风和15℃条件下，导线和地线在档距中央应至少达到（0.012L+1）m间距。结合年均雷电日、地形等条件，可以进行地线截面选择。针对220kV和110kV架空线路，为降低线路累积跳闸率，可以完成双地线的全线架设，并且使地线对外侧导线保护角不超过15°。地线间距不超过地线与导线间距垂直距离的5倍，线路沿线塔位土壤电阻率在50～1000Ω·m之间。杆塔采用水平放射式接地装置，接地体埋深达到0.6m，保证地脚螺栓与基础接地钢筋能够得到牢固焊接。

总之，新能源绿色电力以农光互补，林光互补，渔光互补，屋顶光伏，屋面光伏，陆上风电和海上风电等多产业结构共同发展，为创造美好的生态环境，抓技术搞创新，电力行业做为节能减排贡献的“第一责任人”，有责任也有义务。新能源绿色电力的大力发展对我国“双碳”战略目标势在必行。

参考文献：

[1]刘杰.“双碳”前提下高压架空输电线路创新设计探讨2021.

[2]王海英.探讨高压输电线路电气设计中存在问题及对策.2020.