500kV紧凑型输电线路耐张塔塔型优化研究

2011-05-31鲁景星刘文勋黄欲成

电力勘测设计 2011年6期

鲁景星，刘文勋，黄欲成，李健，康励，陈媛

(1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，广东广州 510620；2.中南电力设计院，湖北武汉 430071)

我国的500kV紧凑型线路参照国外的经验设计，建设初期仅在华北等平原地区使用，近年来在全国大量推广。但其耐张塔塔型基本沿用最初的设计方案，并未按具体工程的特点(如山区线路)进行过有针对性的改进。当耐张塔立在较陡边坡上时，边相较中相的地面高程变高，跳线对地间隙的矛盾突出，常有对地开方、砍伐树木等现象，随着低碳电网的发展，这种现场越来越得不到认可。

本文根据山区塔位边坡陡峭、植被茂盛等特点，以黎平～桂林I、II回500kV紧凑型输电线路为工程依托，探讨500kV紧凑型耐张塔塔型优化的可行性，提出优化措施，达到节约投资、减少树木砍伐和土石开方，维护生态环境的目的，给后续500kV紧凑型线路耐张塔塔型设计提供参。

1 工程概况

黎平～桂林I、II回500kV紧凑型输电线路位于贵州省、广西区境内，沿线约半数为高山大岭，其次为一般山地，平地很少，植被茂盛，森林覆盖率高。导线采用6× LGJ-300/40，基本风速为27m/s，海拔基本在1000m以下，不同工况下的空气间隙见表1。

表1 空气间隙值

耐张塔塔型见图1，耐张串长约8m，跳线串长约4.8m。

图1 现有紧凑型耐张塔示意图

2 现有紧凑型耐张塔塔型优化的可行性分析

我国现有500kV紧凑型线路耐张转角塔为三层结构型式，见图1。耐张塔塔身附近的线路对地距离由下导线跳线控制。而下横担只是起到悬挂下导线跳线的目的，其所受负荷较小，如将下横担取消，对耐张塔的受力改变不会有较大影响，而下导线跳线需要寻求另外的支撑悬挂点。

根据耐张塔塔型结构特点，为解决紧凑型耐张塔跳线对地距离控制的问题，本文对紧凑型耐张塔塔型优化提出如下措施：取消下导线跳线横担，上、下导线的跳线共用上横担，研究上、下导线的联合跳线串，达到提升下相跳线的目的。

3 塔型优化措施

3.1 取消下横担

以黎平～桂林I、II回500kV输电线路工程的JJ2型转角耐张塔为例，进行优化，取消下横担后的塔型见图2。

图2 优化后的紧凑型耐张塔示意图

3.2 联合跳线串的研制

联合跳线串悬挂两相跳线，可分为Y型(上相为V型，V串夹角为70°，下相为I型)和I型(上、下相均为I型)两种型式，需同时满足对地间隙及相间间隙，通过绝缘配合设计，确定上相绝缘子串等效垂直串长取4.8m，下相串长取7m。

联合跳线串上、下两串之间的连接部分(联合跳线线夹)为非标准金具，目前国内外尚无相关产品。对其进行合理的空间结构设计，避免均压、跳线、配重及跳线悬垂线夹夹头之间相碰，见图3。

图3 联合跳线线夹示意图

按照设计要求，组装完成后的联合跳线串见图4。

图4 联合跳线串示意图

3.3 联合跳线串的风偏摆动研究

联合跳线串长将两相跳线串合为一串，增长后的跳线串能否满足各种工况下对铁塔空气电气间隙的要求是优化研究的重点，因此，应首先研究联合跳线串的风摆摆动。联合跳线串主要受以下几个方面的作用力：

(1)联合跳线串自身重力。一般来说，为了控制跳线的风偏摆动，在跳线线夹上加以重锤片。

(2)联合跳线串所受风力。跳线绝缘子串所受风力由风速和受风面积决定，其中受风面积由合成绝缘子受风面积和金具受风面积组成，而合成绝缘子受风面积由合成绝缘子的芯棒长度、芯棒大小、伞裙形状、伞裙大小及伞裙数量决定。一般情况下，同样长度的金具受风面积大于合成绝缘子受风面积。

(3)联合跳线串所受跳线作用力。联合跳线串受到上、下两相跳线的作用力，有跳线重力对跳线串施加的作用力、跳线风荷载对跳线串施加的作用力及跳线张力对跳线串施加的作用力：

综合考虑以上作用力，得出联合跳线串在基本风速为27m/s时，不加重锤或加上14片重锤(约2993N)的风偏摆动情况，见表2。

表2 跳线串风偏摆动情况

通过表2的偏移角计算可知，在相同条件下，Y型联合跳线串的偏移量约为I型联合跳线串的49%，综合考虑联合跳线串对铁塔钢材量的要求、绝缘子串本身的费用及运行可靠性，为限制跳线串的摆动，推荐采用Y型联合跳线串，加满14片重锤的方式。

3.4 联合跳线串对铁塔空气间隙的校核

校核联合跳线串对铁塔的空气间隙，主要是要研究在不同工况下，联合跳线对塔身的间隙是否满足要求，由表1可知，跳线间隙主要由大风工频电压和带电作业工况间隙要求值控制。

本文对铁塔、绝缘子串及跳线进行三维建模，充分考虑耐张塔的不同转角角度(0°、30°、60°及90°)和耐张串的不同倾角(15°、0°、-15°及-10°)，计算大风工频电压和带电作业工况下的联合跳线对塔身的最小空气间隙。结果表明：①紧凑型耐张塔的联合跳线对塔身间隙，在大风工况下的最小值为4.74m，在带电作业下的最小值为5.5m，满足设计要求；②联合跳线对铁塔的空气间隙由下相跳线控制，这是因为下相跳线附近的铁塔塔身较宽，下相跳线串为I型绝缘子串的缘故；③耐张塔转角度影响跳线间隙大小，耐张塔转角度数为0°时，跳线对铁塔空气间隙值最小；④耐张串下倾角影响跳线间隙大小，耐张串的下倾角越小，跳线间隙值越小。

4 社会经济性效益分析

和优化前相比，优化后的紧凑型耐张塔取消了下横担，设计了联合跳线串，有效地提升了下相跳线的高度约4.5m，达到降低塔高，减少树木砍伐及土石开方的目的，见图5。

图5 优化后可提升的跳线对地高度

本文对优化后的紧凑型耐张塔从本体投资及走廊费用(树木砍伐、因跳线对地电气距离不够引起的开方)来进行社会经济效益分析。

4.1 经济效益分析

(1)本体费用分析

通过对取消下横担引起的塔材变化、设计联合跳线串引起的金具绝缘子变化及可降低塔高带来的塔材变化等三方面进行详细计算分析，得出本体费用变化见表3，优化后的紧凑型耐张塔具有较好的经济性。

表3 可节约的本体费用

(2)走廊清理费用分析

随着社会环保意识的日益增加，输电线路施工中采用的开方、树木砍伐措施越来越不被认可，因此不得不采取升高耐张塔的措施，增加了线路造价。而由于耐张塔本身塔高的限制，有时不得不采取开方、树木砍伐。通过对紧凑型耐张塔进行塔型优化，提升跳线高度，可有效地减少树木砍伐及土石开方，可节约的费用见表4。

表4 可节约的走廊清理费用

(3)工程应用举例说明

以黎平～桂林I、II回500kV紧凑型输电线路为例，根据工程实际情况，分别统计可降低塔高、可避免树木砍伐及可避免跳线开方的耐张塔数量，并计算出可节约费用，见表5。

表5 可节约费用的耐张塔统计

表5为长度327km的单回紧凑型线路的统计值，可节约投资共482.44万元，平均每公里1.48万元。

4.2 社会效益分析

本文研究成果可有效的减少紧凑型耐张塔的钢材使用量、树木砍伐量和土石开方量。因而可节约钢材所消耗的铁矿石7.8t、标准煤3.6t、电量1787kW、新鲜水25.85t和运输里程1124km，同时减少二氧化碳排放量11.24t、污水排放量11.24m3、烟粉尘排放量5.62kg和二氧化硫排放量10.11kg；优化后的单基紧凑型耐张塔可减少树木砍伐约3002，每年可吸收二氧化碳约110t；优化后的单基紧凑型耐张塔可减少土石开方约617.05m3，有效的保持了塔位附近的地形、植被原貌。

综上所述，本课题成果有效的减少资源消耗，维护了生态环境，为发展低碳经济也做了贡献，符合低碳电网的要求。