霸州35kV线路改造工程可研报告.docx
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霸州35kV线路改造工程可研报告
工程编号:
工程名称:
霸北35kV线路改造工程
设计阶段:
可研阶段
霸北35kV线路改造工程
可行性研究报告
霸州市电力设计有限责任公司
2015年11月
批准:
审核:
校核:
编制:
1、工程概述
1.1编制依据
(1)《廊坊市电网“十三五”规划》
(2)《霸州市电网“十三五”规划》
(3)《国家电网公司输变电工程通用设计110(66)kV输电线路分册》(2011年版)
(4)《国家电网公司十八项重大反事故措施》
(5)《电力系统设计技术规程》(DL/T5429-2009)
(6)《35千伏~110千伏高压配电装置设计规范》(GB50060-2008)
(7)《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2007)
(8)《66kV及以下架空电力线路设计规范》(GB50061-2010)
(9)《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T620-1997)
(10)《交流电气装置的接地》(DL/T621-1997)
(11)《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2012)
(12)《架空送电线路基础设计技术规定》(DL/T5219-2005)
(13)《架空送电线路对电信线路危险影响设计规程》(DL5033-2006)
(14)《电气装置安装工程35kV及以下架空电力线路施工及验收规范》(GB50173-92)
(15)《国网冀北电力有限公司关于做好2016年度35千伏及以下配电网建设项目可研工作的通知》冀北电发展〔2015〕36号
1.2工程概况
廊供霸州35kV线路改造工程,本期改造段46#-54#、64#-35kV变电站构架,均沿原线路通道新建单回线路。
改造线路全长为2.768km,其中46#-54#改造段线路长度1.222km、64#-霸州35kV变电站构架改造段线路长度1.546km。
导线采用JL/GIA-240/30钢芯铝绞线,地线采用1根24芯OPGW复合光缆。
新建铁塔14基,其中耐张塔6基,直线塔8基。
拆除部分:
原有旧线路2.768km,其中水泥杆单杆16基,水泥双杆4基。
1.3主要设计原则
1.3.1可行性研究应遵守国家的技术、产业政策,执行有关的设计规程和规定,符合国情、技术先进,并合理控制工程造价。
1.3.2项目建设符合冀北电网发展规划,并以电网规划为指导。
1.3.3本工程的设备材料均采用国网标准物料。
1.3.4本工程设计按照国家电网基建〔2010〕1617号文及国家电网基建〔2011〕58号文执行。
1.3.5线路设计采用国家电网公司输变电工程通用设计110(66)kV输电线路分册(2011年版)中66kV杆塔通用设计。
1.3.6本工程设计本着积极慎重的原则采用新技术、新设备,并在设计工作中考虑节省工程造价、缩短建设工期。
综合考虑施工、运行、交通条件和线路路径等因素,做到安全可靠、经济合理。
1.4设计范围
1.4.1廊供霸州35kV线路改造工程的本体设计。
1.4.2配套通信光缆OPGW的设计。
1.4.3本工程估算书的编制。
2、项目必要性
2.1线路现状
35kV霸北线起于霸州110kV变电站,止于霸州35kV变电站,线路全长为13.8km,导线采用LGJ-95/15钢芯铝绞线。
1991年与霸州变电站同时投运,至今已运行近25年。
2013年借石油线路建设,霸州110kV变电站35kV构架-46#段同塔架设并升级改造了8.8km,导线采用LGJ-240/30钢芯铝绞线。
46#-75#段仍为旧线路,长度5km,目前存在部分水泥杆开裂、导线老化、金具锈蚀等情况。
2.2必要性分析
2.2.1满足地区电力增长需求
霸州变电站当前为两台10MVA的主变运行,由于区域内绿色、环保事业的发展,负荷提升较快。
境内世嘉变电站(用户工程)正在建设中,规模也是2×20MVA,将从35kV霸北线T接作为电源线路,原有线路已不能满足运行发展要求。
2.2.2提高供电可靠性
改造段线路为运行中的一段“瓶径线路”,线路老化,线径细,不能满足负荷发展需求。
现出线水泥杆开裂、导线老化、金具锈蚀等情况,曾经出现过倒杆、断线等事故。
线路路由涉及霸州县东部和霸州地区,线下近些年建筑物增多,树木生长较快,致使线路对树木及建筑物距离减少,不能满足安全运行的要求。
2.3政策适应性分析
根据当地经济发展与逐步完善基础设施的要求,国家电力规范与国家电网公司要求,本工程符合“三通一标”(通用设计、通用设备、通用造价、标准工艺)的要求。
线路路径选择方案注意尽量远离村庄,节约土地资源,保护生态环境,并服从廊坊市及霸州县“十三五”电网规划。
综上所述,为了满足霸州区域负荷增长需求,缓解供电紧张的局面,提高线路运行安全系数和供电可靠性,对35kV霸北线改造是非常必要的。
2.4线路改造的可行性
(1)由于当地企业及居民迫切需要提高用电质量,保障供电可靠性,有当地政府的大力支持,工程实施的可行性相对较高。
(2)线路改造路径占用原有通道,避让了大范围经济林区,以及采用高塔有效的保证了树木不被大面积砍伐,降低了线路工程对生态环境的影响。
(3)在选线时,避开了城镇规划区、人口密集区,减少了跨越房屋及对生态环境的影响,保证了其今后的可持续发展。
(4)改造霸北线待王韩35kV线路投运后实施,保障霸州35kV变电站所带负荷的正常运行,维护经济利益不受损失。
3、工程设计方案
3.1、线路路径方案
3.1.1线路路径方案简述
根据现场踏勘及县供电局相关部门意见,本次改造线路利用现有线路走径。
改造线路路径方案简述如下:
本工程线路改造段全部为单回线路架设,从35kV霸北线46#-54#、64#-霸州35kV变电站构架止。
线路路径简图如下:
由简图可知,本工程改造段全部采用架空线路,路径总长度为2.768km。
按线路路径特性分为三部分,分述如下:
(1)原35kV霸北线46#~54#段
本段采用06B2通用设计系列铁塔5基,拟建导线为JL/G1A-240/30,地线采用1根24芯OPGW复合光缆。
本段长度约为1.222km。
(2)54#-64#段
本段据霸州县供电公司提供资料,已由房开商负责对此段的改造,本期不考虑改造,线路长度1.439km
(3)64#-霸州35kV变电站构架段
本段采用06B2通用设计系列铁塔9基,拟建导线为JL/G1A-240/30,地线采用1根24芯OPGW复合光缆。
本段长度约为1.564km。
3.1.2交叉跨越
主要交叉跨越情况如下表所示
序号
交叉跨越物名称
跨越次数
备注
1
10kV线路
3次
2
公路
5次
1次省道、4次乡村公路
3
沟渠
1次
4
通信线
7次
光缆、TV线和电话线
5
低压电力线
4次
380V
6
房屋
5个
居民房、厂房
7
林区
6处
砍伐800棵
交叉跨越部分拍摄照片如下:
3.2、工程水文地质概况
廊坊市位于河北省中部,北接首都北京,东邻海港城市天津,西与保定市接壤,南和沧州市毗邻,地处大北京和环渤海经济区腹地。
3.2.1水文条件
廊坊市地处海河流域的中下游,地表水系较多,主要河流有子牙河、大清河、永定河、北运河、潮白河、泃河等,除泃河常年有少量地表泾流外,其他多为季节性河流,流量随季节性变化较大,有的经常处于断流干涸状态。
南部地势低,洼淀较多,主要有文安洼、东淀、永定河泛区等,多为季节性分洪、蓄洪区。
建国后,随着海河的治理,基本根除了洪涝灾害。
因无大型地表蓄水工程,过境水利用率不高。
3.2.2沿线地质条件
3.2.2.1地形地貌
霸州县地质构造属燕山褶断带。
基底为太古潜山丘。
受燕山强烈运动和华北平原沉降带的影响,地下100~200米形成了不规则的杂岩堆积群,为冀中拗陷构造,地层厚度为3000—5000米。
地表属平原第四系地层。
县境处干永定河冲积扇前缘地带,为永定河冲洪沉积物、堆积物形成的微倾斜平原。
土地由灰黄、灰黑色、亚粘土夹细砂、粉砂组成,结构松散,地下10—30米有较为稳定的1~2个淤泥层,厚度3—5米不等。
由于永定河河床不断变迁,形成故道区、泛区地貌的基本轮廓。
地势由北向南逐渐降低,北部最高点在眼兆屯,海拔28米,南部最低点在彩木营,海拔4.3米。
永定河故道自县境西北碱铺、曹家务、双营、前第五至里澜城,形成高且宽的地上河床,长38公里,平均宽1.25公里,最宽处4.5公里,最窄处0.5公里,海拔高程15~28米,一般高出两侧地面1.5~6米。
故道以东为永定河泛区,数十里沙土区中缓岗、洼地,纵横交错分布,成为霸州县地貌的显著特点。
故道以西为大清河流域,地势平坦,平均坡度为1:
2500。
3.2.2.2地质条件
经现场勘查和收集的有关资料,本工程所经地区以粘土和沙质粘土为主。
3.2.2.3地下水位
线路经过地区由于地质构造和地貌形态的控制,均为富水区,地下水资源较丰富,赋存于粘土中,主要受地大气降水补给,其次为侧向径流补给、河渠渗漏补给等影响,水位随季节有所变化,雨季埋深较浅。
沿线大部分水质较好,不会对构造物产生侵蚀作用。
3.2.2.4地震烈度
根据国家标准《中国地震动参数区划图》(四百万分之一)(GB18306-2001),线路所经的廊坊市霸州县地震动峰值加速度0.15g,相当于地震基本烈度为Ⅶ度。
3.2.2.5矿产、文物压覆情况
根据收集资料和现场勘查,本工程无压覆矿产、无文物保护地区。
3.2.3沿线交通情况
本工程线路位于廊坊市霸州县境内,线路通道位于林区、农田地区,沿线有S237省道、乡村公路可以利用,交通较便利。
3.3、气象条件
3.3.1气象条件选择原则
最大设计风速、基本高度、重现期的取值标准,依据《66kV及以下架空电力线路设计规范》GB50061-2010,4.0.11条的规定取离地面10m高处,30年一遇10min平均最大风速做为设计的基准最大风速。
其它气象要素的取值按照设计规程的有关规定。
充分考虑附近已建成线路的设计运行经验。
3.3.2资料来源和统计原则
霸州县属北温带亚湿润气候区,属大陆性季风气候,年平均日照2740小时,年平均降雨540毫米,年平均气温11.5℃,年平均日照183天。
四季分明,雨热同季。
夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,春季干旱多风沙,秋季秋高气爽,冷热适宜。
冬季多偏北风,夏季多偏南风,年平均风速多在1.5-2.5米。
光热资源充足,雨热同季。
资料年限:
使用1971~2000年连续30年实测气象资料进行统计。
气象特征值如下:
类别
项目
单位
特征值
发生日期
气压
多年平均
hPa
1016.3
/
多年夏季平均
hPa
1004.6
/
多年冬季平均
hPa
1026.9
/
多年极端最高
hPa
1049.6
2000.1.31
多年极端最低
hPa
986.6
1990.7.7
气温
多年平均
℃
12.2
/
多年夏季平均
℃
25.6
/
多年冬季平均
℃
-2.8
/
多年最高平均
℃
33.3
/
多年最低平均
℃
16.1
/
多年极端最高
℃
40.3
2000.7.1
多年极端最低
℃
-20.6
1972.1.26
湿度
多年平均
%
64
/
多年最小
%
0
1993.2.17
降水
多年平均
mm
534.5
/
最多年份
mm
787.8
1977
过程最大
mm
350.9
1977.7.20-27
蒸发
多年平均
mm
1864.5
/
日照
多年平均日照百分率
%
2480.2
日照时数
风
多年平均风速
m/s
2.8
/
多年冬季平均风速
m/s
2.5
/
多年基本风速
m/s
24.5
1983.6.27
大风
多年平均大风日数
天
14.5
/
大风
天
29
1972
冻土
多年最大冻土深度
cm
66
1977.2.7
积雪
多年最大积雪深度
cm
17
1979.2.23
雷暴
多年平均日数
天
25.3
/
出现最多
天
39
1974
霸州县拔海高度为5~15m,北纬39°19′,东经116°29′,常规项目资料统计年限为1971~2000年。
3.3.3各气象台(站)的原始资料
根据线路经过地区的地理位置和行政区域,选择了河北省霸州县具有代表的气象台(站),收集了下列气象资料:
年最高气温、年最低气温、年平均气温、历年最低气温月的平均气温、历年最大风速、年雷暴日数等。
最大风速资料记录年份及仪高和仪器高度一览表
项目
地区
资料年份
累计年数
风仪高度
年份
高度(m)
霸州县
1971~2000
30
1971~2000
10
3.3.4最大设计风速的确定
根据上述台(站)的最大风速资料,经数理统计和分析,各气象台(站)30年一遇10m高处10min基本风速见下表。
台(站)名
霸州县
基本风速(m/s)
25
按照上述分析及计算结果,结合已建成线路的设计运行经验,根据华北电网生技[2008]7号《确保华北电网恶劣天气下安全稳定运行研讨会会议纪要》,本工程全线最大风速取25.0m/s。
3.3.5覆冰厚度
由于霸州县气象站无导线覆冰观测项目,本工程采用廊坊气象站导线覆冰观测资料,线路覆冰厚度(标准冰厚)为3.0mm,同时根据华北电网生技[2008]7号《确保华北电网恶劣天气下安全稳定运行研讨会会议纪要》,本工程采用导线设计覆冰厚度5mm,地线设计覆冰厚度10mm。
3.3.6其他气象要素
根据气象站的原始资料,采用极值法计算结果如下:
气象台站
极端最高气温(℃)
极端最低气温(℃)
多年平均气温(℃)
霸州县
40.3
-20.6
12.2
根据《66kV及以下架空电力线路设计规范》GB50061-2010规定,如地区年平均气温在3~17℃之内时,取与年平均气温值邻近的5的倍数值,因此,本工程年平均气温取10℃。
3.3.7推荐设计气象条件
综合上述原则,推荐本工程设计采用下表所示的气象条件。
设计条件
气象数据
气温℃
风速m/s
覆冰mm
最高气温
40
0
0
最低气温
-20
0
0
年平均气温
10
0
0
覆冰
-5
10
5
基本风速
-5
25
0
大气过电压
无风
15
0
0
有风
15
10
0
内过电压
10
15
0
安装情况
-10
10
0
雷暴日
40日/年
3.4、导线和地线
3.4.1导线选型
(1)35kV霸北线本期改造段导线型号为LGJ-95/15钢芯铝绞线,目前霸州110kV变电站-46#段导线采用LGJ-240/30钢芯铝绞线。
为了满足霸州地区后期发展需要,及导线型号相匹配,本工程导线全部选用JL/G1A-240/30型钢芯铝绞线。
现就JL/GIA-240/30型钢芯铝绞线的输送容量计算如下:
1经济输送容量:
导线的计算铝截面为S=275.96mm2,若最大负荷利用小时取3000~5000小时,其经济电流密度规定为J=1.15A/mm2。
经济电流密度计算如下:
I=S×J=275.96×1.15=317.354(A)
经济输送容量:
S=
U×I=
×35×317.354=19239(kVA)=19.239(MVA)
②允许输送容量:
若导线在正常情况下的温度不超过70℃,事故情况下不超过90℃。
按导线70℃,导线周围空气温度为25℃时,JL/GIA-240/30型导线的持续允许电流为I=610A,当周围空气温度为40℃时,折减系数为A=0.81。
则导线允许输送容量:
P=
UIA=29.953(MVA)
③考虑霸州35kV变电站终期规模安装2×10MVA主变,若按主变负载率80%计算,霸州35kV变电站供电负荷为16MVA。
因此,本工程选用JL/GIA-240/30型导线的输送能力完全可以满足要求。
(2)导线最大使用张力的确定:
按《铝绞线及钢芯铝绞线》,试验保证拉断力不小于计算拉断力的95%。
导线安全系数采用2.5。
导线的塑性伸长对弧垂的影响按降温法处理。
架线时按降低温度20℃补偿其初伸长对弧垂的影响。
本改造工程所用导线电气特性等参数见下表:
导线电气特性表
线型
项目
JL/G1A-240/30
铝股数/每股直径(mm)
24/3.60
钢股数/每股直径(mm)
7/2.40
铝股总截面积(mm2)
244.29
钢股总截面积(mm2)
31.67
综合截面积(mm2)
275.96
外径(mm)
21.60
弹性系数(N/mm2)
73000
线膨胀系数(1/℃)
19.6×10-6
计算拉断力(N)
75620
单位重量(kg/km)
922.2
3.4.2地线选型
根据《66kV及以下架空输电线路设计规范》(GB50061-2010)规定及所采用典型设计杆塔型号,本线路工程全线架设单地线。
根据系统规划及通信要求,结合经济合理原则,地线采用OPGW复合光缆,安全系数采用3.0。
OPGW光缆选型原则:
①机械强度:
OPGW光缆和分流线的机械强度及使用条件,应满足在外过电压情况下档距中央导地线线间距离的要求,不增加地线支架的高度,同时也满足《66kV及以下架空电力线路设计规范》(GB50061-2010)对地线的安全系数、平均运行应力的要求,并尽可能选用的OPGW光缆与1×7-9.0-1270-B钢绞线特性参数尽量一致。
为了保证安全运行,最大使用张力为40%RTS时,通信质量应无变化。
具有良好的疲劳耐振特性,允许平均运行张力不应低于22%RTS。
②单丝:
OPGW的承力部分由铝包钢丝组成。
外层单丝直径,按不小于2.8mm设计。
处于同一层的单丝,直径应相同。
③热稳定和耐雷击:
当环境温度为+40℃时,电力线发生单相接地故障,OPGW应能经受瞬时大电流的冲击,机械特性不受影响,放置于光纤金属套管内的化合物不变质,光纤及光单元的标志颜色不褪色、不迁移。
OPGW应能承受DL/T832-2003规定的3级雷击试验,雷击OPGW时通信质量不受影响。
当线路发生单相短路时,架空地线上出现短暂的大电流,此电流会产生热量而使OPGW的温度升高。
因为电流持续时间很短,发热过程可视为绝热状态,即所发热量不散发到周围环境中而全部用于提高电线的温度。
当电线温度超过其允许温度,将会严重影响安全运行,所以满足热稳定要求是确定OPGW的重要条件。
对OPGW一般采用生产厂家提供的允许短路电流。
OPGW的主要机械和物理特性:
根据以往工程经验和资料,列出OPGW光缆的参考参数值如下表,实际参数将在招标采购中确定:
参数如下表所示:
线型
项目
OPGW-24
电线结构(芯数)
24芯
截面积
69.86
外径(mm)
11.55
单位长度质量(kg/km)
519.0
弹性模量(Mpa)
166GPa
线膨胀系数(1/℃)
12.5×10-6
额定抗拉力(N)
91900
交货长度(m)
≥4000
注:
表中OPGW光缆参数为参照国家电网公司OPGW标准采购目录中的参数,并根据本工程实际情况而初步确定,具体型式待在下一阶段设计工作中进一步确定。
3.4.3导、地线防振措施
3.4.3.1导线防振
为了充分利用导线的强度,其年平均运行张力均按其抗拉强度的25%进行设计。
因此,根据《高压输电线路运行规程》规定,全线不论档距大小(进出线档除外),均采用防振锤进行防振,以减小或消除由于风振引起的导线疲劳损坏。
本线路工程导线采用预绞丝式防振锤,此防振锤比普通防振锤有以下优点:
安装方便、安装成本低、安全可靠、免维护、防滑至、施工效率高,而且其使用寿命长,电磁损耗低,防电晕性能好,属节能性金具。
3.4.3.2地线防振
OPGW复合光缆架空地线防振锤待施工阶段厂家配套提供。
3.5、绝缘配合及绝缘子选择
3.5.1污秽等级的确定
按照冀北电网有限公司《2014年冀北电力系统污区分布图》,线路所经地段为d级污秽区。
但设计时本着绝缘到位、裕度留够的原则,推荐本工程全线按e级污区配置。
按《66kV及以下架空电力线路设计规范》规定,中性点不直接接地系统地35kV及以下线路e级污秽区要求爬电比距应不小于4.0-4.5cm/kV。
根据国家电网公司部门文件-基建技术【2014】10号《国网基建部关于加强新建输变电工程防污闪等设计工作的通知》本线路绝缘按污区下限配置,爬电比距取4.0cm/kV。
图8:
污区分布图
3.5.2绝缘子型式及片数选择
3.5.2.1绝缘子选型
本工程对国内常用的绝缘子型号进行对比,各种绝缘子的特点如下:
国内高压架空送电线路常采用瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子、合成绝缘子三种形式。
三种绝缘子各有其优、缺点,分述如下:
a瓷绝缘子
瓷绝缘子在线路工程中应用最为广泛,其优点是:
价格便宜,绝缘性能良好,耐热、耐老化,安装简便,尤其是可设计成双伞群防污绝缘子,应用于严重污秽地区。
主要缺点是:
该种绝缘子可击穿型,随着运行时间的延长,其绝缘性能会逐渐降低,即产生老化。
运行部门需定期进行零值测试。
b钢化玻璃绝缘子
钢化玻璃绝缘子在线路工程中应用也较广泛,其优点是:
机电性能稳定,属不老化型,其使用寿命取决于绝缘子金属附件的寿命;抗拉强度高(约为瓷绝缘子的2.2倍);有零值自爆特性,不需要零值测试,维护工作量小等。
其主要缺点是:
不能制作出双伞群防污绝缘子,其钟罩型防污钢化玻璃绝缘子由于自洁性能差,故不造用于严重污秽地区,再者其价格也相对较高,近年来在青海地区应用较少。
c复合绝缘子
复合绝缘子是一种新型绝缘材料,在近十几年来得到快速的推广和应用。
其优点是:
强度高;重量轻;污闪电压高,防污性能好,不需要零值测试等,属不击穿型,可大大减少运行维护工作量,安装方便。
其缺点主要是:
硅橡胶的老化以及对其长期运行性能还没有较成熟的考核办法。
由于复合绝缘子免维护和防污闪能力较强,我省在电网中已开始广泛推广使用复合绝缘子,在防污闪以及维护方面大大加强,得到了建设运行单位的肯定。
经对上述三种绝缘子从性能、价格、运行维护等诸多方面综合比较,借鉴和听取建设运行单位在该地区线路运行维护中多年的运行经验,从线路以后的供电可靠性、运行维护量着眼,确定本工程线路悬垂串、跳线串选用FXBW-35/70型复合绝缘子,耐张串选用U70BP/146D防污性瓷绝缘子。
3.5.2.2耐张绝缘子串
耐张绝缘子串推荐采用盘型悬式瓷绝缘子U70BP/146D。
按《66kV及以下架空电力线路设计规范》规定,
n--直线杆塔绝缘子串的绝缘子片数;
Um--线路系统最高电压,kV;
D--单位泄漏比距,cm/kV;
本工程线路导线耐张绝缘子串选用U70BP/146D瓷绝缘子2×4片成串,爬电比距为4.67cm/kV,满足要求。
绝缘子技术特性参数表
绝缘子型号
U70BP/146D
1h机电负荷试验值kN
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