220 kV同塔双回线路钻越500 kV线路的方案选择

宋岩，王炜，王辉，郭志涛

(河北省电力勘测设计研究院，石家庄市 050031)

0 引言

近年来，由于高压输电线路走廊资源紧张，新建220 kV线路以同塔双回路［1］为主，线路位置较高，钻越500 kV线路时方案选择困难，面临绕行、升塔改造、双回局部变单回等情况。同时，存在停电施工、施工难度大、整体投资高、不方便运行维护等问题。

本文分析了目前钻越方案的制约因素，采用多种优化措施，设计一种220 kV同塔双回钻越塔，为钻越500 kV线路提供一种技术先进、经济合理的方案。

1 钻越条件及现状

220 kV同塔双回线路顺利钻越500 kV线路的条件［2］为:

(1)220 kV线路钻越500 kV线路时，220 kV线路地线与500 kV线路导线的最小垂直距离不小于6 m。如果220 kV线路铁塔位于500 kV线路正下方时，220 kV线路地线与500 kV线路导线间最小垂直距离不小于8.5 m。

(2)220 kV线路导线与地面的距离，在最大计算弧垂情况下不小于表1所列数值。500 kV线路一般建设在远离居民区的地方，因此可按非居民区考虑。

表1 导线对地面最小距离Tab.1 Minimum distance between conductor and ground

传统220 kV同塔双回线路在钻越500 kV线路时多采用耐张型鼓型塔［1］。由于鼓型塔塔头位置较高，使其在钻越500 kV线路时，很难同时满足上述2点要求。耐张型鼓型塔如图1所示。

图1 耐张型鼓型塔Fig.1 Tension tower with drum type

为了解决此问题，本文采用改变地线悬挂形式、导线排列方式、跳线绝缘子串型式等措施，进行钻越塔的设计和优化。

2 钻越方案的制约因素及改进措施

2.1 导线排列方式

为了降低钻越塔的塔头高度，目前常用的方法是将导线设计为双层水平排列、三角排列及单层水平排列等，如图2所示。图中“○”为导线挂点位置。

图2 导线排列方式Fig.2 Arrangement mode of conductors

由图2(a)—(d)可见，塔头高度逐渐降低，但线路走廊宽度却逐渐增大。因此，在钻越塔导线排列方式的选择上，应根据钻越方案的特点综合考虑，既满足钻越要求，又尽量减小线路走廊宽度。经过综合比较，最终采用导线三角形排列方式。

2.2 地线悬挂形式

钻越塔一般不设立在500 kV线路正下方，220 kV线路地线与500 kV线路导线最小垂直距离的主要制约因素是钻越档地线的挂点高度，而不是钻越塔全高。因此本文提出了“不对称阶梯式”地线挂法，即在非钻越档采用2根地线，挂点位置高;而在钻越档采用3根地线，挂点位置较低。这样既降低了钻越档地线的高度，又在不改造相邻铁塔地线支架的前提下，满足了“杆塔上2根地线之间的距离，不应超过地线与导线间垂直距离5倍”［2］的要求。“不对称阶梯式”地线挂法如图3所示。

图3 “不对称阶梯式”地线挂法Fig.3 Asymmetric step suspension form of ground wire

2.3 跳线绝缘子串型式

传统跳线型式多采用直跳式或加跳线绝缘子串绕引式软跳线，往往因跳线串结构高度和跳线弧垂较大，以及跳线风偏等，使得铁塔塔头尺寸和高度相对较大，因此，为了使塔头尺寸更加紧凑，本文设计的方案降低了塔头高度，对跳线型式进行了分析，设计的跳线绝缘子串型式如下:

(1)“八字形”双联硬跳线串。与双联硬跳线串［3］相比，此跳线串可将跳线挂点至跳线扁担之间的距离缩短150 mm;通过采用不带重锤座的自制重锤，使带电体长度缩短了150 mm，有效减小了跳线串的高度，加大了下相跳线对地距离。“八字形”双联硬跳线串如图4所示。

图4 “八字形”双联硬跳线串Fig.4 Reversal splay type double-insulator string of jumper wire

(2)“八字形拉紧式”双联硬跳线串。此跳线串在“八字形”双联硬跳线串的下端增加了1支拉紧式绝缘子串，并且该串中采用了花篮螺丝，可将下拉串“无阶跃”地调至合适长度，有效解决了跳线的风偏摆动问题，同时也缩小了塔头尺寸。“八字形拉紧式”双联硬跳线串如图5所示。

图5 “八字形拉紧式”双联硬跳线串Fig.5 Reversal splay and straining type double-insulator string of jumper wire

3 钻越塔优化方案的确定

3.1 双回鹰嘴蝶型耐张塔

通过对改进措施的分析，经过重新规划，本文设计了一种新型钻越塔——双回鹰嘴蝶型耐张塔［4］。该塔塔头高度为4.8m，仅为耐张型鼓型塔塔头高度的27.4%;该型塔应用了导线三角排列、“不对称阶梯式”地线挂法、“八字形”双联硬跳线串、“八字形拉紧式”双联硬跳线串等措施，可以顺利钻越常规的1回以及并行的2回500 kV线路。双回鹰嘴蝶型耐张塔如图6所示。

图6 双回鹰嘴蝶型耐张塔Fig.6 Double-circuit tension tower with olecranon-butterfly type

设计双回鹰嘴蝶型耐张塔时，按照文献［2］的要求，对导线线间距离、导地线线间距离、带电部分与杆塔构件的最小间隙距离、地面最大电场强度［5］、地线对边导线的保护角和地线间距离、档中央导地线距离以及耐雷水平等进行了计算。

3.2 导线线间距离

水平线间距离为

式中:ki为悬垂绝缘子串系数;D为导线水平线间距离，m;Lk为悬垂绝缘子串长度，m;U为系统标称电压，kV;fc为导线最大弧垂，m。

以2×LGJ-630/45钢芯铝绞线导线为例，水平档距为350 m时导线最大弧垂为9.83 m，绝缘子串按耐张串考虑(ki=0)，由式(1)计算的导线水平线间距离为4.04 m。

导线三角排列的等效水平线间距离为

式中:Dx为导线三角排列的等效水平线间距离，m;Dp为导线间水平投影距离，m;Dz为导线间垂直投影距离，m。

双回鹰嘴蝶型耐张塔导线排列方式为正三角形，上相与下相导线的垂直线间距离为2.6 m。由式(2)计算的等效线间距离分别为4.11、4.46 m，均大于导线的4.04 m水平线间距离。

3.3 导、地线线间距离

在一般档距的档距中央，导线与地线间的距离为

式中L为档距，m。

对于导线采用2×LGJ-630/45、地线采用JLB40-185的线路，由式(3)计算的导、地线线间距离结果见表2。由表2可见，该塔导、地线线间距离均满足设计要求。

表2 不同档距导、地线的最小距离Tab.2 Minimum distance between conductor and ground wire in different line span m

3.4 带电部分与杆塔构件的最小间隙距离

根据文献［6］对带电部分与杆塔构件间最小间隙距离的要求进行了塔头尺寸的规划，使双回鹰嘴蝶型耐张塔的塔头高度更小，在钻越500 kV线路时更易于使用。

3.5 地面最大电场强度

利用CDEGS软件中的Enviro程序［7］计算了双回鹰嘴蝶型耐张塔的地面最大电场强度，计算结果如图7所示。由图7可见，最大电场强度为6.8 kV/m，满足10 kV/m的限值要求。

图7 地面场强分布Fig.7 Distribution of ground electric field strength

3.6 反击、绕击耐雷水平

利用ATP-EMTP程序对钻越塔进行了反击耐雷水平计算［8-9］，得到反击跳闸次数。220 kV线路的反击耐雷水平限值为110 kA，实际计算值为107 kA;40标准雷暴日下反击跳闸次数限值为0.23，实际计算值为0.21，因此双回鹰嘴蝶型耐张塔的反击耐雷水平满足设计要求。

根据电气几何模型［10］计算了钻越塔的绕击耐雷水平，不同地面倾角时的最大绕击电流见表3。由表3可见，最大绕击电流为7.38 kA，小于7.9 kA的允许值。结果表明，无论平原还是山区，绕击电流均小于允许值，即有效屏蔽，因此不会产生对绝缘产生威胁的绕击电流。

表3 最大绕击电流Tab.3 Maximum detour lightning current

4 原方案与优化方案的技术经济比较

以某工程为例，分析双回鹰嘴蝶型耐张塔的技术经济特性。该工程为I、II回并行500 kV线路，2回线路相距100 m，500 kV铁塔呼高为33m，档距为450 m。220 kV同塔双回线路在钻越时拟采用以下3种方案。

方案1:同塔双回线路钻越塔下钻。拟采用2基双回路直线塔，2基双回鹰嘴蝶型耐张塔的组合方案。

方案2:同塔双回线路改为2个单回路分别下钻。拟采用2基分支塔，4基单回杯型耐张塔的组合方案。

方案3:升高500 kV线路铁塔，利用双回耐张型鼓型塔下钻。拟采用1基500 kV铁塔，2基220 kV双回直线型鼓型塔，2基双回耐张型鼓型塔的组合方案。

3种钻越方案的技术经济比较结果见表4。

表4 钻越方案的技术经济比较Tab.4 Economic comparison between undercrossing methods

由表4可见，方案3最不经济，需要停电施工，施工量大;方案1的技术性和经济性均优于方案2，方案1较方案2节省投资约84.23万元，而且双回鹰嘴蝶型耐张塔的地面最大电场强度仅为限值的68%，既满足了对地距离的要求，又满足了环保要求。现场双回鹰嘴蝶型耐张塔如图8所示。

图8 现场双回鹰嘴蝶型耐张塔Fig.8 Double-circuit tension tower with olecranon-butterfly type

5 结语

双回鹰嘴蝶型耐张塔采用了“不对称阶梯式”地线挂法及“八字形”、“八字形拉紧式”双联硬跳线串等措施，使同塔双回路铁塔塔头高度由17.5 m降低至4.8 m，减少约72.6%。该塔具有钻越方便、结构合理、外形美观等优点，其在现场的使用将有利于优化线路路径、降低工程造价、缩短工程建设周期，具有明显的经济效益和社会效益。目前，双回鹰嘴蝶型耐张塔已成功应用于线路工程中，具有较好的推广应用前景。

［1］刘振亚.国家电网公司输变电工程通用设计220 kV输电线路分册［M］.北京:中国电力出版社，2011.

［2］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空输电线路设计规范［S］.

［3］汪雄.采用硬跳线降低线路风偏故障［C］//中国电机工程学会输电电气五届一次学术年会论文集.重庆，2006:101-105.

［4］郭志涛.220 kV 鹰嘴蝶型钻越塔:中国，20018718.5［P］.2011-10-26.

［5］宫俊芳.超高压分裂输电线周围空间最大电场强度的普遍算式的推导［J］.电工电能新技术，1996(1):6-10.

［6］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京:中国电力出版社，2002.

［7］王小凤.CDEGS软件在电力系统中的应用［D］.杭州:浙江大学，2007.

［8］陈冬.基于 ATP-EMTP的耐雷水平研究［J］.电瓷避雷器，2011(5):8-11，15.

［9］施围，郭洁.电力系统过电压计算［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［10］张纬拨，高玉明.电力系统过电压与绝缘配合［M］.北京:清华大学出版社，2002.