66kV及以下架空电力线路设计规范标准(征求意见稿)
住房和城乡建设部办公厅关于国家标准《66kV及以下架空电力线路设计规范(局部修订条文征求意见稿)》公开征求意见的通知
根据《住房和城乡建设部关于印发2019年工程建设规范和标准编制及相关工作计划的通知》(建标函〔2019〕8号),我部组织国网辽宁省电力有限公司等单位修订了国家标准《66kV及以下架空电力线路设计规范(局部修订条文征求意见稿)》(见附件)。现向社会公开征求意见。有关单位和公众可通过以下途径和方式提出反馈意见:
1.电子邮箱:lnyhlz56@sina.com。
2.通信地址:沈阳市浑南区高迎路3号中能建辽宁电力勘测设计院有限公司602室;邮政编码:110179。
意见反馈截止时间为2021年3月1日。
附件:66kV及以下架空电力线路设计规范(局部修订条文征求意见稿)
住房和城乡建设部办公厅
2021年1月21日
中华人民共和国国家标准:
条文说明
2 术语和符号
2.1.8~2.1.9本条引用了《标称电压高于1000V架空线路绝缘子 第1部分 交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件 定义、试验方法和判定准则》GB/T1001.1中的术语。
2.1.13~2.1.16本条引用 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T 50064中的相关术语。
3 路 径
3.0.3科学合理地选择架空电力线路路径,是架空电力线路路径安全运行、施工方便、造价合理的基本保证,也会提高架空电力线路路径的综合经济技术效益和社会效益。本条提出的要求是基本原则,在具体工程设计中应根据实际情况贯彻执行。
影响路径的主要因素概括起来为下述三个方面:
1) 与规划布局的关系,工程环境条件等自然因素;
2) 线路施工、运行和其它设施互相影响及交通条件;
3) 远、近期的结合。
因此,应在正确处理好上述因素基础上,统筹兼顾、经济合理的选出路径方案。《电力设施保护条例》规定在现有电力线路保护区内不得兴建建筑物、构筑物,并规定新建架空电力线路一般不得跨越房屋,且不得跨越储存易燃、易爆物品仓库的区域。
本条第5款根据《建筑设计防火规范》GB 50016规定了架空电力线与甲、乙类厂房(仓库),可燃材料堆垛,甲、乙、丙类液体储罐,液化石油气储罐,可燃、助燃气体储罐的最小水平距离要求。
实践证明,高压架空电力线与储量大的液化石油气储罐,保持1.5倍杆塔高的水平距离,为了确保安全,需要适当加大。因此,根据《建筑设计防火规范》GB 50016,35kV及以上的高压电力架空线与单罐容积大于200m3或总容积大于1000m3的液化石油气储罐(区)的最近水平距离不应小于40m。
表3.0.3-2中根据《石油库设计规范》GB/T 50074补充了架空电力线路与水运装卸码头及石油库的铁路罐车、汽车罐车装卸设施和其他易燃可燃液体设施的最小水平距离要求。
根据线路运行经验,架空电力线路应避开洼地、不良地质地区等可能引起杆塔倾斜、沉陷的地段,当无法避让时,应对杆位和塔位场地的稳定性进行评估;增加了架空线路宜避开易舞动区等内容,当无法避让时,宜对铁塔、金具等适当加强设计,并安装或预留防舞装置。
3.0.6 根据中共中央办公厅国务院关于印发《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》第三章第十四条“实行自然保护地差别化管控。根据各类自然保护地功能定位,既严格保护又便于基层操作,合理分区,实行差别化管控。国家公园和自然保护区实行分区管控,原则上核心保护区内禁止人为活动,一般控制区内限制人为活动。自然公园原则上按一般控制区管理,限制人为活动。结合历史遗留问题处理,分类分区制定管理规范”的规定,35kV和66kV线路不宜通过国家公园和自然保护区的核心保护区。
3.0.7耐张段长度的规定,是针对大多数施工单位和运行单位的现状提出的。如果施工和运行条件允许,并经过综合经济技术优化比较分析,可以不受此限。
3.0.8根据中国铁路总公司《铁路技术管理规程(高速铁路部分)》第七章第184条规定,35kV及以下的电线路不得跨越接触网,应由地下穿过铁路。66kV电力线路跨越高速铁路、高速公路的特殊区段需提高线路安全水平,并应满足相关建设管理单位和产权单位的要求,必要时需按稀有覆冰厚度进行验算。稀有覆冰厚度可按历史上有记录的稀有覆冰资料选定。
4 气象条件
4.0.1架空电力线路经过多年运行、施工等工程实践证明,架空电力线路设计气象条件,根据沿线气象资料和附近已有线路的运行经验确定,设计气象条件应根据当地15年~30年气象记录的统计值确定,设计气象条件重现期应取30年的规定是合适的。
4.0.2偏远地区66kV及以下电力线路收集沿线基本风速资料比较困难,当无可靠资料时,可采用《建筑结构荷载规范》GB 50009中的基本风压图或基本风压表作为基本风速的设计依据。但应注意,重现期应折算到30年一遇。
4.0.7根据本次修订的调研、搜资意见反馈情况,本条文安装工况的设计风速和覆冰仍沿用原标准的相关取值。补充了最低气温0℃及以上地区安装工况的设计气温值。
安装工况设计气温主要用于设计杆塔时控制导线和地线的张力水平。通常情况下当地最低气温在一年中持续的时间很短,在此温度施工的概率很低。所以,综合考虑杆塔设计和施工的可能性,安装工况的设计气温通常假定在能够施工的最低温度偏上一些。对于-40℃及以下地区,冬季施工环境极为恶劣,一般在低于-15℃时就停止施工了。对于当地最低气温0℃及以上地区,施工不受环境温度的制约,所以安装工况的设计气温取当地的最低气温是合适的。
4.0.11根据《架空输电线路荷载规范》DL/T 5551和综合技术分析,补充了断联工况的设计气温、风速和覆冰厚度的取值。
5 导线、地线、绝缘子和金具
5.1 一般规定
5.1.1 近20年,各种新型低弧垂大容量导线(如殷钢芯铝合金导线、间隙型导线以及碳纤维复合芯导线等)相继国产化,并广泛应用在66kV和35kV电力线路上,为提高输电能力发挥了重要的作用。在电力负荷较大的电力线路使用低弧垂大容量导线是解决输电能力不足的一种新选择。
殷钢芯铝合金导线和碳纤维复合芯导线等低弧垂大容量导线均由两种材料复合而成,其特点是芯线的线膨胀系数很低(通常在1.6×10-6~3.6×10-6左右),由于承载张力的芯线和载流的外层铝线二者的线膨胀系数相差很大,当导线的温度升高时,铝线长度随温度升高的伸长量大于芯线,铝线所承载的导线张力将逐渐向芯线转移,当导线温度升高到一定温度时,铝线完全松弛,所承载的张力降至零,导线的张力全部由芯线承担,我们将此点温度称为“过渡点温度”。在计算导线弧垂和张力时,低于过渡点温度时,导线张力由外层铝线和芯线共同承担,高于过渡点温度时,导线张力仅由芯线承担,计算弧垂和张力的理论和方法与目前所采用的“弹性伸长”模型加等效温升是不同的。通常,在计算这类导线的弧垂和张力时,可根据生产厂家有关的试验数据和工程试验数据进行计算,也可采用国际大电网委员会B2-12“Sag-tension calculation methods for overhead lines”中所推荐的“试验塑性伸长模型”和工程试验数据计算。
型线同心绞架空导线采用钢芯和梯形(或S/Z形)铝(合金)型线同心绞合而成,这种导线的表面比圆线更光滑、密实,导线表面不容易结冰,因此,在覆冰地区采用型线同心绞架空导线有利于抑制导线的覆冰厚度。
5.1.2在城镇10kV及以下线路中,极少采用裸导线,而采用架空绝缘导线。10kV及以下线路采用绝缘导线在提高供电安全性、防止外力破坏、解决树线矛盾以及线路紧凑化等方面均有较大的优势。
对架空绝缘导线的电气间隙要求视同裸导线。正常情况下,建筑物屋顶不排除有人员活动的可能,为保证人身安全,架空绝缘导线在最大计算弧垂情况下对建筑物的垂直距离应满足表12.0.9的要求。在最大计算风偏情况下,架空绝缘导线对建筑物的最小距离可在确保安全的情况下适当减小。
5.1.366kV、35kV架空电力线路宜按经济电流密度选择导线截面,10kV及以下架空电力线路可按允许电压降选择导线截面。导线截面也可根据5年~10年的电力发展规划,按饱和负荷值一次选定。不管采用哪种方法,导线截面都应按机械强度和允许发热条件进行校验。
5.1.4本条规定66kV架空电力线路采用钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度可采用80℃,是根据有关工程实践和试验研究成果。
1 绞线的允许温度是由其强度损失决定的,而强度损失取决于外层铝绞线的退火温度。试验结果表明,铝线退火的起始温度为93℃。在80℃下长期运行,硬铝线的强度损失可以忽略不计,铝合金的强度损失最大也不超过3%。同时,强度损失的量还取决于温度和持续时间,且影响是累积的,在相同温度下,40年期间每年10小时与连续400小时对导线产生的效果是基本相同的。我国辽宁等地工程实践证明,硬铝线和铝合金线在80℃下长期运行是安全的。美国、日本、法国、德国、意大利等许多国家将钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度限制在80℃、85℃,甚至90℃。
根据有关的研究计算导线允许温度采用80℃设计,载流能力较70℃可提高23%~27%,这有利于在不改变导线规格的情况下提高载流量。
当导线允许温度按80℃设计时,计算弧垂的最高温度应在当地最高气温的基础上提高10℃。
2 基于上述理由,铝包钢芯铝绞线和铝包钢绞线的允许温度同样提高至80℃。
3 耐高温大容量导线(如钢芯软铝导线、殷钢芯铝合金导线、间隙型导线以及碳纤维复合芯导线等),导线运行的允许温度较高。可根据具体工程所要求的载流量确定最高运行温度,为安全计,导线最大弧垂宜采用最高运行温度计算。
5.1.5导线的型号选择受影响因素比较多因此规定根据电力系统规划设计和工程技术条件综合确定。
5.1.6根据我国线路运行经验以及国外对雷击试验的总结,材料股线的抗雷击性能与其直径成正比,与其导电率成反比。因此,架空地线宜选用单股直径较大的地线。
5.1.7为减少金具的磁滞损耗和涡流损耗,直接与导线相接触的金具在有条件的情况下应采用节能金具。
5.2 架线设计
5.2.3以往66kV架空电力线路导线的安全系数大多采用2.75或以上,悬挂点导线张力不受控制。近些年,66kV架空导线的安全系数采用2.5已成趋势,对高差较大的架空电力线路,悬挂点导线安全系数控制在不小于2.25很有必要。
。
5.2.5塑性伸长对导线或地线弧垂的影响,常采用降温法补偿。表5.2.5中对钢芯铝绞线的降温值作了细分,根据GB/T36661补充了铝绞线和铝合金绞线的降温值。对于铝包钢绞线等不在表5.2.5范围内的绞线的塑性伸长和降温值应根据实际工程导线地线制造厂家的试验数据确定
5.2.6考虑到10kV及以下线路档距较小,导线张力较低,许多地区采用减小弧垂法已有多年,实践证实是可行的,故10kV及以下架空电力线路仍沿用减少弧垂法补偿塑性伸长对弧垂的影响。
5.3 绝缘子和金具
5.3.2绝缘子和金具的强度设计采用安全系数法,其荷载为标准值。根据调研反馈意见,表5.3.2中补充了柱式绝缘子的安全系数值。
我国多年工程实践和有关试验研究证明,复合绝缘子的机械强度存在蠕变现象,即机械强度会随施加荷载时间的延长而下降。我国的有关标准在这方面做出了规定和处理方法,国际标准IEC 61109也规定,复合绝缘子机械强度每10年的最大衰减不应超过8%。考虑到蠕变的影响,复合绝缘子的安全系数通常比瓷绝缘子大10%~20%。为避免产生歧义,将针式绝缘子和柱式绝缘子分为瓷、复合两类,分别规定其安全系数。
5.3.3新建电力线路应尽可能避开易舞动区,当无法避开时,根据线路走向与春冬季主导风向的夹角和工程特点采取适当的防止导线舞动措施是必要的。
5.3.466kV架空电力线路跨越高速铁路、高速公路的特殊区段,为降低导线断联落线的可能性,导线悬垂绝缘子串应采用双串。山区线路,当导线悬挂点高差较大时,若采用独立双串,可能会导致两个悬垂串的受力不均甚至只有一个悬垂串受力,因此,宜采用单挂点双联。地线悬垂宜采用双串,耐张串连接金具宜提高一个强度等级。
6 绝缘配合、防雷和接地
6.0.14 架空绝缘导线雷击断线的几率较比裸导线大幅增加,在多雷区,10kV架空绝缘导线应采取防雷击断线的措施。少雷区为平均年雷暴日数不超过15d或地面落雷密度不超过0.78次/(km2 • a)的地区,可根据本地区具体工程条件决定是否采取防雷措施。
6.0.16 在人口密集地区和水田的接地体应敷设成环形,主要是为防止跨步电压对人身的伤害。
对杆塔接地电阻的测量应在雷雨季节的晴天进行,测量时应将杆塔的接地引下线与所测杆塔断开。如果接地体未与杆塔断开,则接地体通过杆塔上地线与相邻杆塔有电气连接,所测得的接地电阻将是多基杆塔并联接地电阻。
6.0.17本条规定架空电力线路的钢筋混凝土杆铁横担和地线支架、导线横担与绝缘子固定部分之间,应有可靠的电气连接并与接地引下线相连是保证安全重要措施。
7 杆塔型式
7.0.1市区架空电力线路由于走廊的限制,采用多回路杆塔是必然的趋势。不少地区(苏州、昆明、上海、沈阳等)已实施或正在研究同杆多回路或同杆不同电压线路的杆塔。多回路杆塔虽然给运行带来一定困难,但各地均采取多种不同技术措施,以满足运行要求。同杆不同电压线路的架设主要在10 kV及以下,江南地区存在高一级电压与低一级电压线路的同杆架设,并取得很好运行经验。随着绝缘导线的采用,将会有更新的同杆并架方式出现。
7.0.2一般情况下架空电力线路高电压的导线、地线、杆塔等荷载和电气安全距离比低电压的要大,为了使架空电力线路设计科学合理、安全可靠和便于施工维护,因此规定了本条。
7.0.3 35kV及以上架空电力线路的线间距离计算公式,存在与大多数国家采用的公式不一致的问题,即大多数欧洲国家是将绝缘串长度看成是电线弧垂的一部分,以德国为例,其公式的形式如下:
D=+0.62
而美国与前苏联的公式确有与我国公式相似的形式。如:
美国的公式:
D=0.7LK++K
前苏联的公式:
D=1++0.6
与国外标准比较,除奥地利和美国外,我国较其它国家的线间距离大,但也不能仅仅据此修改线间距离的计算公式。这一问题有待于积累更多的经验后再进行更加深入的讨论。
10kV及以下架空电力线路在档距中的水平线间距离与线路运行电压和档距等因素有关,一般根据运行经验确定。本条所规定的数值是以各地提供的资料为依据,并进行分析比较而得出的。
10kV及以下架空电力线路采用绝缘导线的线间距离,各地情况和规定不一。本标准10kV及以下架空绝缘配电线路导线的最小线间距离要求与《架空绝缘配电线路设计标准》GB 51302中相关规定保持一致。
380V及以下低压线路,采用绝缘线,有沿墙架设的方式。上海某小区为分相架设,其档距和线间距离较裸绞线的小,运行以来尚未发生不良情况,选择的架设方式有推广意义。应注意的是绝缘线的技术条件,应符合国家已颁发的有关标准。绝缘线的排列形式可多样。
7.0.410kV及以下架空电力线路多回路杆塔的横担间垂直距离,除考虑运行电压、档距、导线覆冰等因素外,还应满足杆上作业时对安全距离的要求。
结合各地运行经验,本条规定了同杆共架上下横担间垂直距离的数值。
各地的10kV线路,分支或转角型横担主干线横担垂直距离一般在0.4~1.0m范围内。本条在总结各地运行经验后规定距离为0.45~0.6m。当10kV线路为一排布线时,分支或转角横担中心,距主干线横担中心的垂直距离为0.6m。10kV线路为双排布置时,分支或转角横担中心,距上排主干线横担中心为0.45m,距下排主干线横担中心为0.6 m。
10kV线路与380V线路同杆共架的线路,在380V线路检修,10kV线路一般是不停电的,只切除380V线路工作范围内的380V电源。这样,在10kV和380V导线间需要有足够的安全距离,此距离规定除考虑运行电压外,还要根据有关安全要求和检修人员活动范围而定。
8 杆塔荷载和材料
8.1 荷载
8.1.1杆塔塔身或横担的“风荷载体型系数”符号修改为μst,与导线和地线“风荷载体型系数”进行区分,取自《建筑结构荷载规范》GB 50009中塔架计算的风荷载体型系数。
增加了“基本风压W0”的计算公式,按风速确定风压,取自《建筑结构荷载规范》GB 50009中公式。风压高度变化系数μz是取自《建筑结构荷载规范》GB 50009中的参数。
8.1.2导线和地线“风荷载体型系数”符号修改为μsd。导线和地线的“风荷载调整系数”取值为1.0,对计算结果没有影响,因此本条标准中直接省略。
8.1.4角钢塔的塔身和导线或地线的风荷载均用表格的方式作出规定,目的是为了使规定更明确,使用更方便。本次修订横担风荷载分配比例按照《架空输电线路荷载规范》DL/T 5551进行调整。
8.1.11单回路终端塔设计时需要考虑进线档未架线情况,因此增加一边导线地线全断的工况,与8.1.16要求一致。
对于多回路的杆塔,原规范的设计原则应用多年,适合实际情况,因此本次修订未进行修改。仍规定按断全部导线数量的1/3相计算,即三回路塔应按断三相,四回路塔应按断四相,六回路塔应按断六相进行计算。
8.2 材料
8.2.1 杆塔采用钢材的强度设计值和标准值参照现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017。“Q345”钢材牌号修改为“Q355”。
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钢材的孔壁承压强度,国际上采用的是钢材抗拉强度的1.5倍,国内规范则采用的是钢材抗拉强度的1.01.085倍,普遍小于国际规范取值。经过收资调研,并根据以往计算和运行经验,原规范孔壁承压强度值应用多年,适合实际情况,因此本次修订未进行修改。
螺栓的强度设计值,条文应用了使用多年的《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154的成果,增加了Q420钢材。Q420钢材作为新材料在近年来的输电线路工程上逐渐推广应用,高强钢的使用能有效降低塔重指标,缩小根开,减少占地面积,从而降低造价。根据有关标准表8.2.1-2中“粗制螺栓”修改为“普通螺栓”。锚栓修改为按等级选取。
8.2.2条文中钢筋规格型号参照《混凝土结构设计规范》GB 50010中规定修改。“混凝土电杆”修改为“混凝土杆”。
9 杆塔设计
9.0.2~9.0.3荷载效应系数,指结构或构件中的作用效应(内力、变形、应力、应变等),与产生该效应的荷载的比值。《建筑结构荷载规范》GB50009中荷载效应值即为荷载效应系数和荷载标准值的函数。
杆塔结构设计按现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068的规定采用概率极限状态设计法。概率极限状态设计法,是以结构失效概率P定义结构的可靠度,并以与其相对应的可靠指标Β来度量结构的可靠度。这种方法能够较好地反映结构可靠度的实质,使概念更为科学和明确。采用概率极限状态设计法,必须采用统一的荷载计算参数、材料计算指标以及构件抗力计算方法。例如,采用极限状态设计法中的材料指标而不采用其分项系数,或者随意采用其它规范中的荷载计算方法,都是不允许的。本标准目前还无法单独进行可靠度分析,有关结构规范按现行国家标准《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068执行。本标准中一般杆塔结构的安全等级为二级,属于“一般工业建筑物”,其结构重要性系数γ0=1.0,66kV架空电力线路跨越高速铁路、高速公路的特殊区段,为了增加安全裕度,杆塔结构重要性系数γ0=1.1。
杆塔结构构件的承载力极限状态设计表达式,即计算荷载效应小于或等于结构计算抗力与单一安全系数不同,极限状态设计法采用分项系数。实质上可以形象地认为是把容许应力设计法中的安全系数,按影响结构安全度的因素,用各分项安全系数来考虑到。采用分项安全系数有下列优点:
1 与容许应力设计方法在型式上可以衔接,结构的具体设计计算方法仍与传统方法相似;
2 不同荷载组合以及不同材料组合将获得更加一致的安全度;
3 对新的结构和试验工作,均可较合理地确定安全度。
9.0.4变形和裂缝均属于结构正常使用极限状态的控制,所以列入本章。单柱耐张型杆挠度的限值,是根据近些年来单柱钢管杆的设计实践确定的。有些国家对单柱钢管杆的挠度没有定量限制,只提出不以影响美观为度。按我国的习惯和经验,定出限值为好。我国有关省市和辽宁省的设计实践证明,15%的限值是适宜的。杆塔的设计挠度不包括基础和拉线点的位移。
根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和原规范的规定,钢筋混凝土构件的计算裂缝宽度不应大于0.2mm是适宜的。调查结果表明,处于露天环境的钢筋混凝土构件,裂缝宽度小于或等于0.2mm时,裂缝处钢筋上只有轻微的表皮锈蚀。原规范对预应力混凝土构件用抗裂安全系数控制裂缝,由于不同形式的构件,混凝土边缘有效预应力和混凝土抗裂强度的比例不同,同一抗裂安全系数的两种构件,其实际抗裂保证率并不相同,因此,用抗裂安全系数来控制构件的抗裂不够合理。预应力混凝土构件的混凝土拉应力限制系数不应大于1.0与原规范抗裂安全系数不应小于1.0相当。
架空电力线路杆塔建造场地按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》分为有利、不利和危险地段。当线路位于基本地震烈度较高的地区,对于杆塔高度较高的杆塔宜进行抗震验算,具体方法可参照《电力设施抗震设计规范》和国家其它有关的规程规范。为了与有关标准一致将“水泥杆”修改为“混凝土杆”。
10 杆塔结构
10.1 一般规定
10.1.4本条所强调的是塔型设计和节点设计的重要性。目前铁塔设计和绘图,为使铁塔结构受力更好,普遍采用准线与准线交汇。因此本次修编强调节点交汇的方式。
10.1.7根据本次修订经过调研和征求意见,根据南方电网等单位的工程需求,在深圳、佛山、梧州等地区进行了现场调研,召开了有关设计、运行等单位参加的座谈会,上述地区使用的焊接塔,具有施工加工方便,抗风、抗弯能力强,造价略低于螺栓连接的铁塔,已经使用近20年,运行情况较好,但是为了保证质量必须在有资质的工厂加工,单段长度不超过6.5米,一般为两段连接,全高不超过18米,因此,提出焊接铁塔规定。
10.1.8根据本次修订调研和征求意见,根据工程需求,提出钢管杆的规定。
10.2 构造要求
10.2.2杆塔结构设计技术规定中要求,节点板的厚度应大于斜材或横材肢厚。斜材受力较大时,连接节点板的稳定是一个较突出的矛盾,设计者应特别注意当斜材长细比≤120时,节点板应加厚1mm~2mm。设计者可根据经验和具体情况确定。
10.2.5螺栓承剪部分有螺纹,会降低螺栓承载力,影响铁塔变形。设计时要螺栓避免承剪部分有螺纹,提高铁塔安全性。
11 基 础
11.0.8基础设计时,参照本标准8.1.5条文规定,杆塔基础作用力计算应计入杆塔风振系数,当杆塔全高超过50米时风振系数取1.2,当杆塔全高没有超过50米时,风振系数取1.0。根据《建筑荷载规范》GB 50009相关条文,将原规范“风荷载调整系数”修改为“风振系数”,对架空电力线路杆塔结构更为准确。
11.0.9这四条是保证架空送电线路基础安全稳定的基本设计安全要求。
11.0.13本条标准为新增条文,主要考虑66kV及以下架空电力线路,为降低造价,采用小导线时较多使用电杆,基础型式也习惯采用底盘、卡盘、拉线盘等。