硅谷杂志：矿井架空输电线路杆塔定位探讨 |
| 2012-12-04 11:23 作者：刘 洋 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网12月4日文】据《硅谷》杂志2012年第18期刊文，《煤矿安全规程》规定：每一个矿井应有两回电源线路。矿井的电源线路担负着向全矿井地面用电负荷及井下用电负荷供电的艰巨使命，电源线路设计得是否合理，不仅是涉及投资大小，运行费用高低的问题，更重要的是它的运行是否安全可靠关系着全矿井的正常生产及井上下煤矿工人的人身安全，其地位十分重要。因此，矿井电源线路的设计是矿井供电设计中一个极其重要的环节。
0引言
研究架空输电线路的选线与定位问题，是保证煤矿安全生产的重要方面，也是矿井供电设计中首先遇到的问题。针对矿井具体设计项目，区分不同情况，合理确定线路的路径及杆位，是架空送电线路设计中的关键问题。
1路径选择
1.1图上选线
图上选线是进行大方案的比较，从若干个路径方案中，经过比较后选择出较好的线路路径方案，一般的方法及步骤如下：
1）首先了解工程具体概况及整体系统规划，明确线路的起止点以及中途必经点的位置，线路输送容量，电压等级，回路数及导线型号等。
2）图上选线所用地形图比例以1：10000或1：5000为宜。比例越小初步选线的正确率越高，比例过大则存在一定的弊端，一些地面上的细节不能在地形图上正确反映，这样会给后期设计工作带来很多麻烦。初选时，明确线路的起止点以及中途必经点的位置，矿区工业场地或风井场地范围，地下煤层的开采范围，林区及经济作物种植区，已有及拟建的电力线路、通信线路或其他重要管线等的位置。依照线路起止点间距离最短原则，尽量避开上述影响范围，考虑地形、交通条件等因素，然后绘制出若干图上选线方案（一般经过比较后保留1到2个方案）。
由于图上选线阶段掌握的资料未必齐全，一些当地的实际情况未能及时反应到图上，而且大比例的地形图不能详尽地反映当地实际地形、地貌，因此必须进行野外实地踏勘。
1.2野外踏勘
野外踏勘是将图上最后选定的线路路径在现场具体落实，为定位工作确定线路的最终走向，实测并埋设转角桩、方向桩及线路标识。详细记录线路的交叉跨越情况，检验、纠正和补足图上选线的不完全性。野外踏勘工作对线路的经济技术指标和施工运输条件起着决定性作用。
根据我公司十几条输电线路的设计经验，我在输电线路的路径选择时应充分考虑到以下几个因素：
1）平原或丘陵地区一般居民区较多，工农业设施较为密集，良田较多，设计时尽量避开居民区，少占良田。
2）线路进入矿区时应尽量避开采空区。当线路通过煤田时，应考虑在煤田境界线或断层线上架设，以便共用安全煤柱。当无境界线或断层线可利用时，则应尽量垂直煤田走向架设，缩短通过煤田线路的长度。
3）矿区煤田范围内架设的输电线路，在条件允许的情况下，尽量使两回线路分开架设，保持一定距离。
4）线路应尽可能避开果木林、绿化区等，当无法避免必须穿越此类地段时，应尽量由最窄处通过，以减少砍伐树木。
5）为了减少对弱电线路的干扰，输电线路与通信线应尽量垂直交叉。在任何情况下，输电线路与一级通信线交叉角不得小于45度，与二级通信线交叉角不得小于30度。
6）线路跨越河流时，尽量选在河道狭窄、河床平直、河岸稳定、两岸尽可能不被洪水淹没的地段。
7）山区线路的转角点选择困难，应充分考虑到山洪、滑坡等不良地质条件对线路运行的影响，避免严重覆冰地区，有些山区有采石场，应尽量避开。
8）禁止架空线路跨越屋顶为易燃材料的建筑物。对耐火材料屋顶的建筑物，亦应尽量不跨越，如需跨越时，需要与有关单位协商或取得当地政府部门的同意。
我公司在进行内蒙古青春塔煤矿10kV架空输电线路的现场踏勘时，发现我们用于图上选线的1：10000航拍地形图与当地实际地理情况有很大差别，大量的新建民宅及牲畜养殖场在原1：10000航拍地形图上未能正确反映，图上选线阶段所初步设计的线路路径跨越了部分民宅、坟地及养鸡场，因此在野外踏勘阶段又对原线路路径进行了重新修改。
2杆塔定位
2.1杆塔定位的基本方法
杆塔定位工作分为室内定位以及室外定位。室内定位即前期预定位，是指在初步甲方提供的地形图上进行大方案的预选。室外定位是指将初步定位的大方案在野外的具体落实。
杆塔定位的主要要求是使导线任一点在任何情况下必须保证对地安全距离。
悬挂的导线呈悬链线状，其弧垂公式为：
式中导线最大弧垂，；
、分别为导线最大弧垂时应力
档距，
用上式按断面图相同的比例尺画出该抛物线曲线，此曲线即为最大弧垂模板曲线。将此曲线画在透明纸上，即得工程中所用的最大弧垂模板。
2.2杆塔定位需注意的情况：
1）尽量避免出现孤立档；
2）拉线的杆塔要注意拉线的位置，在平地时，应避免将拉线打在路边或池塘洼地、山地等；
3）杆塔定位时，除考虑边坡外，还需注意施工时应为焊接排杆、立杆、临时打拉线、紧线等留有足够的位置；
4）当杆塔位于陡坡时，应注意其基础受冲刷情况，必要时，应采取防护措施；
5）平原地区工业企业较多，定位时应考虑污染问题，适当加强绝缘；
6）山区线路由于它的地形特点，档距差别较大，可适当加大档距，但应注意避免大跨越，而平原或丘陵地区地形较平，线路档距可布置得较均匀。
3杆塔定位的校验
在初步进行杆塔定位之后，还需对各个设计部分进行检查，检查和校验的内容通常包括以下方面：
3.1各种设计条件检查
机械荷重条件部分，包括水平档距、垂直档距、最大档距、转角度数等均不超过杆塔本身的设计允许值。
3.1.1杆塔的水平档距和垂直档距
杆塔的水平档距和垂直档距，可在感叹定位图上量得。图上量得的垂直档距系最大弧垂时的数值接近杆塔设计条件时，需换算至杆塔设计条件（如大风、复冰或低温）下的数值。换算公式如下：
式中L1、L2-杆塔两侧的档距（米）；
、、-杆塔两侧待求情况下导线应力；
g’–最大弧垂和待求情况下的导线比载；
、-杆塔悬点与两侧相邻杆塔的高差（米），高者为正，
低者为负。
最大档距常受线间距离和断线张力等控制。按水平线距考虑，最大档距用下式求得：
式中-最大风速时的导线应力；
-导线的最大弧垂。
定位的档距均应小于此。若档距两端杆塔的线距不等时，可用线距的平均值进行计算。
3.1.2直线杆塔摇摆角的校验
定位时，需校验摇摆角是否超过杆塔的允许值。导线的摇摆角公式为：
从上式可看出，当垂直档距小于水平档距时，摇摆角将增大，所以低处的摇摆角必须校验。
在平地，摇摆角不符合要求的情况很少，而在山地及丘陵地带，摇摆角超过允许值的情况较多，一般的解决办法有：
1）调整超过摇摆角的杆塔位置；
2）换用高度较高的杆塔，或使用允许摇摆角较大的杆塔；
3）采用人字形、人形和V字形绝缘子串；
4）降低导线设计应力；
5）将单联悬垂串改为双联串或加挂重锤。
3.1.3直线杆塔上拔校验
在悬点不等高档距中，当导线最低点位于实际档距之外时，低悬点处将产生上拔力。在定位时，若发现某一直线杆塔的悬挂点比两侧相邻杆塔悬挂点连线为低时，即应校核该杆塔导线和避雷线是否上拔。
两侧相邻档距中的处于较低位置的杆塔上是否存在上拔力，取决于该杆塔的垂直档距值。若垂直档距为负值，即说明存在上拔力。且其上拔力与此负的垂直档距成正比。
3.1.4耐张绝缘子串倒挂校验
验算耐张绝缘子串是否需倒挂的计算公式如下：
式中ρ-耐张串倾角（度）；
Tpj-年平均气温、无风、无冰时的导线张力（公斤）；
h-悬挂点高差（米）。当被校验杆塔的悬点比相邻杆塔悬
点低时取负值，反之取正值。
定位时，若按上式算得的ρ值为负值时，即表示绝缘子串上仰，需倒挂。
3.1.5悬垂串垂直荷载验算
当导线的最大弧垂发生在最大垂直荷重时，最大允许垂直档距按下式计算：
式中-导线最大荷重时悬垂绝缘子串所允许的垂直档距
（米）；
-绝缘子的允许机械荷重（公斤）；
’-每片绝缘子（包括金具）及复冰重量（公斤）；
-悬垂串中绝缘子的个数；
-绝缘子的安全系数；
-导线的最大复冰比载（公斤/米.毫米2）；
S-导线的截面积（毫米2）。
当最大弧垂发生在最高气温时，最大允许的垂直档距按下式计算：
式中lch.f-最高气温时绝缘子串所允许的垂直档距（米）；
（t－最高气温时的导线应力（公斤/毫米2）；
（g-最大复冰荷重时的导线应力（公斤/毫米2）。
若被校验的杆塔垂直档距超过最大允许值，则说明该串绝缘子的垂直荷重超过了允许值，此时一般需使用双串或多串绝缘子增加其承载能力，同时对杆塔的横担也应采取相应的强度校验和补强措施。
3.1.6交叉跨越间距的验算
当设计的线路与其他电力线路、通信线路、公路以及铁路等发生交叉跨越时，需对跨越的处进行仔细校验，虽然导线与被跨越物之间的距离可直接在断面图上量取，但未避免由图纸误差而引起的间距不够，必须详细计算。导线与被跨越物间的距离为：
式中H-两跨越杆塔悬点连线在跨越处的标高，
A、B-二跨越杆塔的标高（米）；
C-被跨越物的标高（米）；
fc-导线在跨越处点的弧垂（米）。
校验限距应在最高气温下进行。
杆塔定位时，对地距离及交叉跨越限距均应留有裕度。如校验不满足，必须采取适当措施，如降低杆塔或用较高杆塔等，如果这样还不行，就需与建设单位联系，商量改线事议。
3.1.7导线风偏后，其对地、物距离的校验
被检查的危险点处定位条件下的导线最大弧垂可由断面图上量得，然后换算成风偏时的弧垂：
式中f-风偏时的弧垂（米）；
fmax-定位条件下危险点处的导线最大弧垂（米）；
gf、（f-定位条件下的导线比载和应力；
g、（-风偏情况下导线比载和应力。
定位时，若风偏不满足，需采取措施，如调整杆塔、削去部分坎边等。
4结束语
由于矿区所处地区的各地地形有很大差别且环境复杂，所以，我们在进行架空送电线路设计时，应注意具体问题具体分析，对不同情况采取不同的措施。矿井架空输电线路的杆塔定位在整个架空输电线路的设计中是个十分重要的环节，初期的杆塔定位不合适会给后期的整体设计工作带来很大困难，把握住文中的关键步骤可以提高设计的效率和准确程度。
作者简介：
刘洋（1984-），男，宁夏银川人，本科，毕业于西安科技大学，工程师，现在北京华宇工程有限公司担任电气设计工作。 |
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