输电线路设计软件在勘测设计及OPGW的应用

输电线路设计软件在勘测设计及OPGW的应用随着经济的高速发展，高压架空输电线路所经地区往往房屋众多，用传统的全站仪测量，很难迅速在现场选出一条最佳路径。另外，在崇山峻岭中，树林茂密，通视条件很差，若用传统的全站仪测量，需花费很大的精力砍出一条通道，或者通过另设辅助站来测量，费时费力。本文介绍了一种采用动态GPS与全站仪相结合的测量方法，可现场快速定出线路最佳路径，且很少需要砍树。随着城区规划建设迅猛发展，相应的要配套新建一批高压线路。钢管杆以其相对于常规角钢铁塔的占地面积小、外形美观、结构简单、加工容易、施工方便、运行安全可靠、维护工作量少的特点，在新城区的高压架空线路中得到了广泛的应用。由于钢管杆设计本身的灵活性，不同的工程需要根据实际情况选择相应的杆型，确定合适的导、地线安全系数和经济档距。本文给出了一种钢管杆的导、地线安全系数和经济档距的选取方法。最近几年，光纤复合架空地线(OPGW)作为电力光纤通信的主要传输媒介应用不断深入。因此，在进行常规架空输电线路勘测设计的同时，常常还要进行OPGW线路的设计。OPGW线路设计时首先要考虑的就是OPGW各种参数的选择，如OPGW热容量、OPGW结构、OPGW机械特性等。根据设计经验，本文阐述了一种OPGW参数选择的原则和方法。由于OPGW的普遍应用，通常在高压架空线路的两根地线中，一根是普通的钢绞线或钢芯铝绞线，一根就是OPGW。由于两种地线的机械特性不同，力学特性曲线也不同。本文提出一种有效的方法来计算架线弧垂，使两种地线在年平气象条件下的弧垂基本一致。1动态GPS与全站仪相结合的测量方法随着近年来测量技术的发展，架空送电线路的测量经历了经纬仪→全站仪→动态GPS(全球卫星定位系统)及GPS与全站仪相结合的演变过程。采用经纬仪、全站仪测量，现场的通视条件对测量进度的影响很大，有时往往面对成片的树林或其他地物的阻挡而前进缓慢。而且，为判断某座房子距线路中心线的距离，必须画出草图，进行复杂的计算。若距离不满足，调整路径后，又需重新计算。如此繁复的计算，在现场是很不方便的。采用动态GPS与全站仪相结合的测量方法可以很好地解决现场不通视问题，并能快速判断线路中心线与建筑物的水平距离，快速选择最佳路径，操作也很方便。动态GPS与全站仪相结合测量，简单地说就是由动态GPS测出被测点的坐标与高程，由全站仪来测量地物的高度。同时，利用GPS丰富的软件计算功能，可直接读出有关数据，大大的方便了设计人员的现场路径优化调整。现以华东勘测设计研究院设计的金华110kV武桐线的测量为例，简述动态GPS与全站仪相结合的测量方法。金华110kV武桐线总长18.54km，共60个塔位。1~11号塔经壶山风景区，树林茂密，且其中的2~5号塔的路径从温泉山庄的边上经过。测量投入的设备有：DTM350全站仪1台、LeicaGPSsystem5002台(其中1台为备用)、IBMA31笔记本电脑1台、GPS数据处理软件SKI-PRO。LeicaGPSsystem500的坐标测量精度可达到0.02m，测量范围可达十几千米(相对参考站而言)。该GPS含参考站和移动站两部分：参考站必须固定在测量范围内的较高处，如高楼的楼顶;移动站是GPS的核心，可随人在测量范围内任意行动。为达到0.02m的精度，必须保证移动站的电台天线上空15°范围内无遮挡物，故而遇到壶山风景区树木太密的情况，需砍几棵树。测量时，先用GPS定塔位及全站仪的测站，再用全站仪测量线路中心线上所经过的地物。用GPS定塔位时，先定转角塔的塔位。在两个转角塔之间，可手持移动站在线路中心线上走，遇到附近有房子之类的地物，测一下地物距线路中心线最近点的坐标，根据软件自动计算，可马上读出地物距线路中心线的距离。若该距离不满足规范要求，可及时调整路径。转角塔和直线塔的塔位都定好后，为保证全站仪测量时避开不通视的情况，用GPS补足在转角塔之间的全站仪测站桩。这样，再用全站仪测地物时，就基本上不用另设辅助站或砍树了。2钢管杆的导、地线安全系数及经济档距选择根据《110~500kV架空送电线路设计技术规程》DL/T5092-1999的规定，导、地线的安全系数不应小于2.5，地线的设计安全系数宜大于导线的设计安全系数。导线安全系数、水平档距、钢管杆呼称高度相互影响，设计选择时需要综合考虑。下面以金华110kV宾义线为例谈谈导线安全系数、水平档距、钢管杆呼称高度的选择设计。金华110kV宾义线新建同杆双回线路长约10.9km，其中约9.0km线路在规划公路的绿化带上走。按规划部门意见，在公路绿化带上走的线路全部采用钢管杆，导线最大弧垂时最低点距地要求大于15m;其余采用铁塔。该工程导线选用LGJ-240/30，地线采用GJ-50;气象条件采用浙IV区，最大风速25m/s，覆冰5mm。按规范及各塔型允许的应力条件，铁塔段的线路的导、地线安全系数分别为2.5和3.75。现对钢管杆段线路导、地线安全系数及经济档距、呼称高度进行优化选择。取一段约3km的耐张段进行分析，分别取不同的安全系数3、4、5、6、7，不同的呼称高度21、24、27，根据导线最低点距地要求大于15m的约束，分别计算出允许的水平档距，从而得出各种情况下所需的直线杆塔数量，对比分析不同方案的造价变化情况，选择出最经济的线路档距、杆高和安全系数的组合。通过分析，在所有15种安全系数、杆高的组合中，安全系数取6时，直线呼称高度24m的钢管杆线路造价最低;安全系数取7和5时，直线呼称高度24m的钢管杆线路造价也较低。因此，110kV宾义线钢管杆段导线安全系数取6，地线安全系数取8可满足要求。考虑对跨越物一定的裕度，实际钢管杆大部分采用的呼称高度为26m，水平档距取220m左右。信息来源:，OPGW的载流容量必须满足热稳定的要求，防止因其过热而引起OPGW烧伤，OPGW热容量选择涉及到单相短路电流计算和短路电流持续时间的选取。现以金华110kV武桐线为例说明OPGW热容量选择设计。根据远期系统分流计算，OPGW最大的单相短路电流取7.1kA。根据系统提供的资料，220kV十里岗变110kV线路二段保护时间为0.6s，断路器开断时间为0.05s，非周期分量的热效应时间为0.05s，故短路电流等效持续时间取0.7s。故短路热容量为7.12×0.7=35.3kA2s。根据系统的发展以及OPGW的寿命，110kV武桐线OPGW热容量值取50kA2s。信息请登陆:输配电设备网3.2OPGW结构选择OPGW结构有缓冲紧套结构、松套结构等，要根据工程具体情况来选择绞线结构及光单元结构。3.2.1缓冲紧套结构缓冲紧套结构特点：缓冲紧套结构对光纤提供保护，加大抗微弯曲的能力;由于具有金属分隔定位槽，因而具有高抗挤压能力。据实测抗外力破坏强度骨架型为200kg/cm;松套铝管型为90kg/cm;同松套结构相比，单位价格要高10左右。可见，这种结构的主要优点是抗外荷载的能力比较强，适合使用条件恶劣的工程采用。例如浙江省的500kV天瓶线、金温线、绍金线工程均采用了该结构。3.2.2松套结构松套结构的基本理论依据：置于由不同材料制造的保护管中的光纤通过填充物的稠密程度的调整，或不同的结构形式来处理光纤余长。在OPGW中的光纤实际长度大于地线在受张力情况下的长度，因此能够做到光纤不受力或受力很小。松套结构形式分中心光纤式、层绞式及骨架式松套结构。综合比较松套结构中的几种形式，由于束管层绞式一般将六根小的光单元缠绕在中心加强件上，再外套铝管。在铝管与光单元之间又布置有一隔热层，保护光纤的手段比较多，因此在欧洲国家约占60的OPGW采用了这种光单元结构。浙江省的秦杭线也采用了这种形式。不锈钢管层绞式结构是近年来广泛采用的一种形式，结构紧凑简单、与普通地线机械性能接近，同时允许放置的光纤数量比较多，但不锈钢管直径小、壁薄，难以采取有效的隔热措施，因此光单元内光纤余长处理工艺要求非常高。浙江省的北绍III回线、瓶南II回、杭瓶线就采用了这种形式。3.2.3选择原则应该讲缓冲紧套结构与松套管结构各有利弊，不能简单地说哪种结构能用，哪种结构不能用，只要通过试验而且能够满足工程使用要求，就应该认为是合理的。但工程条件不同，则选择的侧重面应该有所不同，例如工程条件恶劣，外荷载大，公路运输条件差等，首先应考虑安全问题，往往应该侧重于OPGW的抗外力破坏的能力;当工程条件良好，则可考虑选择结构简单、光纤保护手段较多的结构。根据我国裸线生产标准，外层绞向应采用右手绞向，所以OPGW也应该与之一致，便于附件匹配。为了保护光纤单元，光单元结构至少外绞一层绞线。另一方面，为了避免抗雷击水平下降，单丝直径不应小于2.0mm。在金华110kV武桐线OPGW结构型式的选择上，综合分析各方面因素，结合省内外已建OPGW工程和厂家介绍的情况，考虑到该工程线路地处金衢盆地，且山区地势较缓，因此，该工程OPGW结构采用松套结构。3.3OPGW机械特性的选择在选择OPGW的机械物理特性时，应使各项参数(如截面、单位质量、综合弹性系数、综合温度膨胀系数、破坏张力等)同另外一根地线相匹配。同时，要考虑OPGW的实际使用张力不能超过耐张塔的允许最大使用张力。信息请登陆:输配电设备网4OPGW与地线的配合复合架空地线OPGW的分段不是以耐张塔来划分耐张段，而是以地形有利原则来确定耐张段，且OPGW每盘长度有限;同时，OPGW与钢绞线或钢芯铝绞线的机械特性存在一定的差异，不同代表档距下情况也不同。基于上述原因，全线OPGW采用一个安全系数，不可能使OPGW的架线弧垂与另一根普通地线基本一致。因此，对每一个OPGW耐张段，先计算代表档距，再根据相同代表档距下另一根普通地线年平工况下的弧垂，反推确定OPGW耐张段的安全系数及相应的年平使用张力，然后根据该安全系数计算OPGW的架线弧垂。用这种方法能够保证年平工况下，OPGW与另一根地线的弧垂基本一致。如果反推确定的OPGW安全系数下的年平工况下的使用张力大于OPGW允许的年平工况下的使用张力(一般为20计算极限抗拉强度)，则应计算出OPGW在最大允许年平工况下的使用张力条件下的弧垂，重新校核导、地线配合，再根据弧垂在年平工况下要基本一致的原则，反推确定另一根普通地线的安全系数，然后根据该安全系数计算普通地线的架线弧垂。仍以金华110kV武桐线的11~25号塔的设计为例。该线路一根地线为GJ-50，安全系数取3.6，计算架线弧垂时降温10℃以补偿初伸长;另一根地线为OPGW，采用江苏亨通光电股份有限公司的OPGW-85，计算架线弧垂时降温8℃以补偿初伸长;气象条件为浙II类。11~25号塔间的耐张段长及代表档距如表1所示。该线路设计采用的软件是北京道亨兴业科技发展有限公司开发的SLCAD架空送电线路平断面图处理及定位CAD系统。先在该软件的导线参数库中自定义名称为“OPGW-85”的地线，输入该OPGW的有关参数。然后应用“应力弧垂计算”功能，采用试凑法，找到与GJ-50在年平工况、相同代表档距下弧垂基本一致时的OPGW安全系数，然后根据该软件的“架线弧垂计算”功能，计算该安全系数下的OPGW架线弧垂。根据计算，对于11~14号塔、19~25号塔，OPGW安全系数取3.950;对于14~19号塔，OPGW安全系数取3.820。通过弧垂配合后各代表档距下GJ-50与OPGW的年平工况下的弧垂和架线弧垂(架线弧垂取的是气温20℃时的值)如表2所示。信息来自:输配电设备网实践证明，这是一种有效的计算普通地线与OPGW弧垂配合的方法。5结束语以上所述，只是笔者在高压架空输电线路设计工作中的点滴体会，可以归纳总结如下。动态GPS与全站仪相结合的测量方法，是今后高压架空输电线路现场测量的发展方向，其便利性和快速性已在实践中充分证实。对于钢管杆线路，选择合适的导、地线安全系数及经济档距、钢管杆呼称高度可以使工程造价更加合理。根据理论计算和工程经验，导线安全系