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中重冰区架空输电线路设计技术规定(条文说明).doc

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中重冰区 架空 输电 线路 设计 技术 规定 条文 说明
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中重冰区架空输电线路设计技术规定条文说明目 次1 范围2 引用标准3 总则4 术语和符号5 路径6 覆冰气象条件7 导线、地线8 绝缘子和金具9 绝缘配合和防雷10 导线布置11 杆塔型式12 杆塔荷载13 杆塔定位及交叉跨越1 范围 本规定适用于单回 110~750kV 架空输电重冰区线路设计和单、双回 110~750kV 架空输电中冰区线路设计,其它电压等级的高压交直流架空输电线路可参照执行。本规定是作为《110~750kV 架空输电线路设计技术规定》的补充而编制的。也是在原“重冰区架空送电线路设计技术规定” (以下简称:原重冰规定)的基础上扩充而成的。70 年代我国设计并建设了第一条刘关 330kV 重冰线路。1992年建成了第一条天贵 500kV 高海拔重冰线路。而早在 1982 年,为了二滩电站的安全送出,西南电力设计院在黄茅埂地区建立了大型覆冰观测塔,并架设一段 0.574km 具有二、三、四分裂导线的试验性线路进行同步观测,连续观测 14 年,为 500kV 高海拔、重冰区的二滩送出工程设计提供了可靠基础资料,随着这些线路的设计和运行,较好地丰富了超高压重冰线路建设的实践经验,也为编制本规定创造了条件。750kV 线路,在我国因投运时间不长,尚缺乏运行经验。然而,重冰线路的力学特性具有普遍性和相似性,一些基本规定,对其它电压等级的高压交直流架空输电线路仍可参照执行。2005 年我国华中地区冰害事故以后,一批按提高抗冰能力改造的各级输电线路的运行经验也为中、重冰区线路的设计提供了宝贵的经验。3 总则3.1 原重冰规定第 1.1 条的修改条文。中、重冰线路是输电线路的一部份,但具有较多的特殊性。一是冰凌荷载大,成为设计中主要控制条件。在大冰凌年,还存在因过载冰荷重而造成断线、倒塔等巨大威胁;二是具有较明显的静、动态运行特性。如不均匀冰荷载、覆冰绝缘子串闪络、脱冰跳跃等;三是运行维护特别困难,常常需要在冰天雪地中巡查、抢修,劳动强度大且条件恶劣。所以,世界各国都慎重对待中、重冰线路的设计和建设。国际间建立了多个研究、交流的机构。如:建筑物大气覆冰国际研讨会,即:IWAIS。为促进各国间对冰雪问题的研究、总结与交流,从 80 年代开始,每 2~3 年召开一次。研讨建筑物(包括输电线路、电视塔、飞机等)覆冰机理、参数、荷载特性、检测技术、事故情况和防护措施等。国际电工委员会第 11 技术委员会(IEC TC11) ,从 70 年代开始对冰凌荷载进行国际间广泛研讨,1991 年提出了“架空输电线路荷载与强度”标准供试行,2003 年在总结实践经验的基础上,进一步修订,提出了“Design criteria of overhead transmission lines”(架空输电线路的设计标准) ,即 IEC 60826,2003-10(以下简称 IEC 规范) ,其中的 6.3 和 6.4 节专门论述覆冰及冰载取值,供各国参考。我国在经历了 1954 年湖南大冰凌年之后,对冰凌的危害性有了一定的认识。60 年代,随着三线建设的发展,云、贵、川三省建设了多条重冰线路,在 1968、1971 等大冰凌年,出现不少冰害事故。1976 年水电部规划设计院组织召开了全国第一次重冰线路设计及运行经验交流会,提出了“避、抗、融、防、改”五字建设方针,并着手编制“重冰区架空送电线路设计技术规定” ,以指导和规范全国220kV 及以下重冰线路的设计。在我国,从东北经中原到西南,线路冰害事故不断,尤以 2005年 2 月华中地区出现罕见的冰凌,造成 220~500kV 线路大量倒塔和断线引发大面积停电。中国电力工程顾问集团公司要求在认真总结事故经验教训的基础,将重冰规定扩展到 500kV 和 750kV 线路,并提高重冰线路的设计水平。在 76 年全国重冰会议上,根据重冰线路的特性明确提出:电线设计冰厚 20mm 及以上的地区,称为重冰区,位于重冰区的线路即为重冰线路。2008 年 1~2 月我国南方的冰害事故中,按 10mm 覆冰设计的线路事故(断线、倒塔)占 90%以上,造成 220~500kV 交、直流线路大量倒塔和断线引发大面积停电。为提高线路的抗冰能力,减少此类事故,提高各级输电线路的可靠性,特提出:电线设计冰厚大于 10mm 小于 20mm 的地区,称为中冰区,位于中冰区的线路即为中冰线路。对于中、重冰区须制定专门的设计技术规定,以规范其设计。3.2 新增条文。《110~750kV 架空输电线路设计技术规定》是全国输电线路设计的指导性文件,对轻、重冰区线路均能适用。但鉴于中、重冰线路本身所具有的一些特殊性以及一些设计要求,在该规定中却难以一一概括,所以,需要专门编制“架空输电线路中、重冰区设计技术规定”予以补充和完善。本规定是在总结国内外实践经验和科研成果的基础上编制而成的,亦将随着广泛实践、深化认识而不断改进和提高。3.3 原重冰规定第 1.3 条的保留条文。鉴于中、重冰线路运行复杂、事故率高、维护困难,所以通过中、重冰地区的线路应结合工程的具体情况,采取有效的避冰、抗冰、融冰或防冰措施,以保证线路的安全运行。一、避冰:即是避开严重冰区或者在严重覆冰区内做到“避重就轻”的目的。这是中、重冰线路设计中有效措施之一,很值得在路径大方案选择中和现场确定路经走向时认真执行。根据经验,线路覆冰与所处地形、高程、周围的地形地物、覆冰时风速风向等因素密切相关。在可能的情况下,线路应尽量避开暴露的山顶、横跨垭口、风道等容易形成严重覆冰的微形地段。二、抗冰:对于无法避开的中、重冰地区,则应根据地区历年覆冰情况,合理地确定冰区,采用相应的设计条件,增强线路抗冰能力,减少冰害事故,提高安全运行水平。三、融冰:目前已实施的仅有宝凤Ⅰ、Ⅱ回带自耦变压器不停电融冰方案和湖南在 220kV 电压及以下实施的停电短路融冰方案两种。有条件的中、重冰线路也可试用。四、防冰:世界各国虽进行了很多研究,如导线外表涂料防冰及热力防冰等技术,但目前取得的新进展很少,难以保证重冰线路安全运行。根据以上情况认为,在目前的条件下,中、重冰线路设计宜首先考虑采用避冰和抗冰措施,只有在条件合适时,才可考虑融冰、或防冰措施。3.4 原重冰规定第 1.4 条的修改条文。鉴于目前对中、重冰线路有关规律尚认识不足,亟需积极开展设计、运行经验总结和科学试验工作。这里,着重提出以下三方面工作:1、冰凌资料的积累:切实掌握本地区冰凌的大小、特性和出现的规律是合理确定设计条件、减少冰害事故、提高线路运行可靠性的重要前提。60 年代以来,随着线路建设的需要,有些单位搞过一些冰凌观测工作。比较长期的计有:330 工程的关山观测站,陕西省的 820 观测站、湖南郴州地区的欧盐线观冰站,宝鸡局的秦岭观冰站,云南省内的东川海子头、昆明太华山和昭通大山包观冰站,四川雷波黄茅埂观冰站。近年建设的有三峡中低海拔(1100~1800)地区站,二郎山(2987m) 、蓑衣岭(2760m ) 、拖乌山(2600m) 、雪峰山(1443m) 、娄山关(1780m )观冰站等,都取得很好的资料。其中黄茅埂观冰站比较正规,除架设观测线和观测塔外,还架设一段具有二、三、四分裂导线的试验线路,两档三塔共 584m,同时在沿线附近增设了许多临时观冰点配合进行同步观测,从 82 年至 96 年连续观测了 14 年,为二滩~自贡 500kV 重冰线路建设提供了宝贵冰凌资料。但从全国范围来看,这项工作尚不能满足电网建设日益发展的要求,今后还需要进一步普及和加强。2、设计运行经验总结:运行是检验设计和施工质量的唯一标准,也是衡量抗冰措施选择是否恰当,分析事故原因的重要实践场所。因此,应特别重视中、重冰线路的回访、调查和总结,不断加深对冰凌情况和冰害事故的认识。3、开展科学试验研究工作,主要方面有:(1)建立有效的线路覆冰计算模型,逐步做到应用气象参数、线路特性和地形因素等推断线路的覆冰情况;(2)研究绝缘子串覆冰闪络的有效防护措施;(3)探讨新的防冰、除冰和融冰方法。 3.5 新增条文根据“110~750kV 架空输电线路设计技术规定”的规定,110~750kV 线路按设计荷载区分为两类等级,即 330kV 及以下等级线路设计冰厚按 10m 高 30 年一遇标准冰厚选取,750kV 和500kV 按 10m 高 50 年一遇选取。考虑到中、重冰线路事故率高,如果为提高其可靠性,加大设计荷载,则又会使线路的投资和材料消耗显著增大。兹将西南地区部份重冰线路各冰区耗钢指标(t/km)对比列出如下:表 3-1 设计冰厚(mm)工程名称 电 压(千伏)10 20 30备 注南九线 220 13.96 27.10 37.20 导线 1×400mm2天贵线 500 27.40 50.90 71.70* 导线 4×300mm2二自Ⅰ回 500 44.00 77.30 160.90 导线 4×400mm2二自Ⅱ回 500 43.84 80.40 132.22 导线 4×400mm2二自Ⅲ回 500 41.42 87.82 163.70 导线 4×400mm2*实际设计条件为:20mm 设计,40mm 验算。考虑到 110~330kV 线路在系统中的重要性存在一定的差别,为了合理配置国家资源,在中、重冰线路设计中应根据各工程实际安全需要,对其运行可靠性相应地予以区别对待。为此,本规定在上述分类的基础上,再进一步将线路工程细分为三类,即适当地提高了系统中部份重要的 220kV、330kV 线路荷载水平,以便在合理投资的基础上,把重要线路冰害事故的损失降到最小,以取得较好的经济效益。具体分类如下:一类:750kV、500kV,重要 330kV二类:一般 330kV,重要 220kV三类:220kV 及 110kV从定性方面衡量,三类不同等级的中、重冰线路在遭遇如 2008年 1~2 月南方地区类似的大冰凌情况时,各类线路的安全运行水平,原则上应是:一类线路基本上仍能安全运行;二类线路仅在个别地段出现少量过载性事故;三类线路容许有一定程度破坏性事故。4 术语及符号4.1 术语按照规程编撰要求,补充与中、重冰区相关的术语及相关解释并附以英文译名。4.2 符号根据正文中使用情况, 增加本章节,将多处引用的符号列入 4.2节。5 路径5.1 保留原重冰规定第 2.1 条精神,略作文字修改。中、重冰线路路径方案的选择,原则上应综合各方案的覆冰情况、地形、交通维护条件、路径长度、投资费用和材料消耗,以及事故后果等因素进行技术经济比较,然后予以确定。但鉴于目前各地区对冰凌资料的掌握和对冰害特性的认识还不够,尚难以可靠地保证中、重冰线路的安全运行,在这种情况下,为了避免对中、重冰线路的“事故多发性” 、 “抢修困难” 、 “事故损失大”等难以量化,而又会长期困扰运行部门等不利因素能予以重视,因此,强调在路径大方案选择中应偏于安全,故在条文中特别提出应在保证运行安全的情况下进行技术经济比较与选择。在现场确定路径走向时,仍然应把“避开严重覆冰地段”作为一个重要条件来考虑,也是因为严重覆冰地区线路的冰害事故,目前尚无可靠的防止措施。而一些采用避冰和改道的重冰线路运行情况却有了显著改善。如:湖南 110kV 柘湘线,1964 年 2 月在#219~#220 杆发生冰害事故,于 1965 年改道避冰后,运行情况良好。云南 110kV 阳昆二回线于 1962 年 2 月将老鹰山长约 8km 一段进行改道,避开重冰区后,运行良好。滇东北地区 110kV 宣以线于 1964 年将大竹山长约 6km 一段改道,避开严重覆冰区,取得良好效果。从上述资料可以看到:线路的安全运行与否,与路径关系很密切,而一般中、重冰线路通常都存在有“避冰方案”可供比较选择。如果在现场确定路径走向时能重视避冰方案的选择工作,是能够选出较合理路径的。5.2 保留原重冰规定第 2.2 条精神,略作文字修改。这些都是在已有重冰线路运行实践中总结出来的可贵经验,要求在现场确定路径走向时,应尽量做到的一些事项。1、已有的重冰线路运行经验表明,严重覆冰地段线路,不但造价高,而且往往由于冰凌资料缺乏,设计所估算的冰厚条件,很难符合现场的实际情况,以致不时出现破坏性冰害事故,给运行带来巨大的损失和长期隐患。所以,在现场确定路径走向时,对于通过调查,访问或将现场判断所确定的严重覆冰地段应尽量予以避开。覆冰污秽地区线路,除常温条件下会出现污闪事故外,在覆冰季节更会因覆冰绝缘子串绝缘强度下降而出现冰闪事故。而且,在目前的条件下,防止冰闪的有效措施还限于增加绝缘串长度,即降低工作电压下沿冰面闪络时的电位梯度。这将直接影响塔头尺寸,
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