500 kV双回路直线塔的串型组合研究

2018-01-21赵纪倩张瑞永陶礼学

电力勘测设计 2017年6期

赵纪倩，张瑞永，陶礼学

(中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏南京 211102)

1 概述

我国目前500 kV双回路直线塔主要采用三层横担、导线垂直排列的“鼓型”或“伞型”铁塔，应用广泛，设计技术成熟，国网通用设计采用的也是该种导线布置型式。同时，现有双回路直线塔一般采用“6I”或“6 V ”型的单一串型，采用I、V混合型串的双回路直线塔较少。随着国民经济发展，部分输电线路工程的通道拆迁也成为和输电线路本体一样对线路工程造价具有重大影响的因素。不同的串型组合可能会对线路本体造价和走廊宽度具有不同的影响，近年来的部分工程，设计单位针对本体或者线路走廊进行优化设计，提出了“VIV”等混合组合串型的直线塔，但尚未有文献对500 kV双回路直线塔可能采用的各种串型组合型式进行全面的梳理对比和优化设计。本文针对典型500 kV双回路直线塔可能采用的各种串型组合方式进行了详尽的对比，得出了不同串型组合型式杆塔的优劣点，旨在为今后的500 kV输电线路设计提供借鉴。

2 杆塔设计输入条件

2.1 导、地线型号

为使本文讨论更具代表性，本文杆塔设计导线采用在500 kV输电线路广泛采用的钢芯铝绞线4×JL/G1A－400/35，地线一根采用OPGW－150，另一根采用普通地线，型号为JLB40－150型铝包钢绞线。

2.2 气象条件

本文杆塔设计采用的风冰组合为30 m/s风，10 mm覆冰。

2.3 杆塔使用条件

500 kV输电线路杆塔的档距系列规划已经比较成熟，本文在典型塔型的规划条件上进行讨论，水平档距500 m，垂直档距700 m。

2.4 导线布置型式初选

我国目前双回路塔主要采用三层横担导线垂直排列的塔型，由于所占线路走廊较小，因此广泛使用，国网通用设计采用的也是该种导线布置型式。以往曾有设计单位就同塔双回路杆塔提出“三角排列”或“倒三角排列”的导线布置型式，见图1。

图1 同塔双回500 kV线路导线部分水平排列的布置型式

采用导线部分水平排列后塔重虽略有减少，但走廊宽度增加很多，且运维相对不方便，在安全性上并不占优，因此本文导线排列方式仍在采用三层横担导线垂直排列的基础上进行对比与优化设计。

其余绝缘配合、空气间隙等输入条件按照《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》(GB 50545—2010)执行。

3 直线塔串型组合

3.1 不同串型组合型式

对于导线垂直排列的500 kV双回路直线塔，上下相邻导线需有一定的水平偏移，往往会采用中相导线向外侧偏移的鼓型排列方式，且多为I串悬挂。为寻求最优的串型配置方式，以典型直线杆塔为例，在串型选择上做了以下几种组合见图2。

由图2可以看出，前四种串型配置方案的导线排列方式依然为鼓型排列，中相导线为保持与上下相的水平偏移向塔身外侧偏移，导致中相导线间隙圆与塔身有较大距离，导线荷载作用点距塔身较远，一定程度上不利于控制塔重。而上中下相横担分别采用IVI型串的方案，中相导线采用向塔身侧偏移的方式，导线排列为纤腰型，各相导线布置均较紧凑，合理的利用了空间。

图2 三层横担导线垂直排列的不同串型组合

3.2 V串横担型式的优化

采用V串的横担为满足卸载角要求，V串夹角较大，为满足导线距上层横担的间隙要求，V串横担较长，且需在塔身上新增节点。以图3中采用6V型串的塔型为例，共需要增加6个节点，导线悬挂点布置方式不够科学，会增加塔重。基于以上因素，可对悬挂V串的横担进行优化设计，见图3。

图3 雁翅型横担结构

横担下侧采用鱼腹式结构以满足间隙要求，同时这种横担结构平均厚度小于常规横担结构，且不用新增节点，据初步测算，每支横担约比常规横担节约塔材3%，除此之外，采用“雁翅”型横担的塔型塔头高度也略小于常规塔型。为使导线悬挂方式的对比更有意义，把采用V型串的横担都优化为此种结构，见图4。

图4 采用“雁翅”型横担的塔头

3.3 塔头尺寸对比

以典型杆塔的设计条件，5种塔型塔头尺寸对比见表1。

从塔头尺寸比较可知：

(1)5种塔型塔头高度相差不是很大。

(2)对于导线成鼓型排列的塔型，以3I串型塔最优；在下相采用V串虽可减少场强控制拆迁的范围，但塔重不具优势；在上相采用V串更不具有优越性。

表1 种塔型塔头尺寸对比

(3)采用IVI型串布置的塔型，可以使中相导线向塔身侧水平偏移，导线成纤腰型排列，导线布置非常紧凑，空间利用率较高。纤腰型导线排列方式较鼓型排列更具优势。

(4)几种串型组合型式的优缺点见表2。

表2 不同串型组合优劣

3.4 杆塔经济型对比

本文所讨论的各种塔型各相导线悬挂高度相差不大，导地线荷载相当，区别主要反应在因横担布置型式与长度、地线支架长度不同导致的塔重差异上。下面以SZ30102(42)的设计条件，对各种塔型在塔重、绝缘子用量等方面做一个比较，见表3。

表3 不同串型组合塔头经济性比较

根据表3分析，上中下相分别采用IVI型串的杆塔塔重最轻，约比3I型串节约1.8%，在综合费用与走廊宽度上都有优势，3V型串虽然走廊宽度最小，但塔重最高。因此综合考虑杆塔经济型和走廊宽度，V串横担采用“雁翅”型横担，导线采用纤腰排列方式的IVI型塔塔重最具优势。

由于5种塔型导地线荷载相差不大，基础作用力也相当，因此基础耗用量不会有很大差别，在此不再做详细论述。

按照典型杆塔设计条件计算，采用IVI型串的杆塔单基塔重约比3I型塔轻约约1.8%，考虑金具绝缘子的使用差价后，综合费用单基约节省0.32万元。以全长100k m线路为例，直线塔180基，采用IVI型杆塔总造价节省约58万元，同时也可压缩走廊宽度，减少拆迁。根据上文的论述，IVI型直线塔从经济性和走廊宽度上比常规鼓型直线塔都具有明显优势。

3.5 杆塔电气性能比较

由于导线纤腰型布置方式比鼓型排列方式更紧凑，导线间距离更小，为考量导线纤腰型布置方式电气性能，下面对IVI型塔与导线鼓型排列中最具代表性的3I型塔在电气性能上做出对比。

按主力塔型设计条件计算，导线相序排列采用相同的逆相序排列方式，相同设计条件的IVI塔和3I塔做电磁环境对比见表4。

表4 鼓型塔与纤腰型塔的电磁环境比较

由表4可知，采用纤腰型塔时，表面场强、无线电干扰与可听噪声值与鼓型塔相比增量很小，从电磁环境的角度纤腰型塔完全满足要求。

4 直转塔串型组合

直线转角塔同耐张转角塔相比，基础混凝土及铁塔钢材用量小，且绝缘费用较低，具有一定的优越性，特别是在房屋密集、塔位较差、避让重要设施等需用小角度改变线路走向的塔位，采用直线转角塔不仅使线路路径走线灵活，同时可延长耐张段长度，从而降低工程的造价，优化线路路径，提高施工效率。直线转角塔也有I串和V(L)串两种挂线方式，I型串的优势主要体现在转角内侧，在角度力作用下导线向远离塔身侧偏移，对保证电气间隙有好处；V(L)型串的优势体现在转角外侧，避免转角外侧导线在角度力作用下进一步靠近塔身。

当直线转角度数较大时，外角侧采用I串挂线方式会造成塔头尺寸的大幅度增加，内角侧采用I串时，可以缩短横担长度。如果悬垂转角塔三相均采用L串挂线方式，综合效果使得塔头尺寸增加，从而导致塔重较重。经过经济技术比较，推荐直线转角塔内侧采用ILI型串，外侧采用3L型串，导线排列方式与普通直线塔一致，为纤腰型。采用全L串的直转塔与转角内侧采用ILI串，转角外侧采用3L串的直转塔的塔头对比见图5。