西藏高海拔110kV线路换位方式优化设计研究

中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司 张龙龙 蒋 剑 富 帅 户世伟 韩泽群 相生荣

110kV及以上电压线路为了平衡线路参数，当线路长度大于100公里时线路应进行换位。西藏地区110kV长距离（大于100km）输电比较普遍，线路换位是一个常见的技术环节，该地区110kV线路换位通常采用自立式耐张塔换位方式。西藏高海拔地区风速大，耐张换位塔跳线绝缘子串在大风工况下绝缘间隙问题较突出。针对该问题，对110kV线路长距离输电线路设计一种可靠的新型换位方式迫在眉睫。

1 常用线路换位方式

结合现有工程实际，目前长距离输电线路换位采取的是一个和两个整循环换位的布置方式。图1为换位一个整循环，图2为两个全换位，首尾两端相序保持一致。

图1 换位一个整循环

图2 换位两个整循环

国内输电线路换位方式。国内已建或在建的架空输电线路工程，超高压、特高压输电线路均采用耐张塔加辅助子塔的换位方式；500kV输电线路一般采用耐张塔换位或悬垂滚式换位方式，川藏联网工程为保证其安全性、可靠性，参照采用更为可靠的耐张塔加辅助子塔换位方式；110～330kV输电线路一般均采用悬垂滚式换位方式。

常规换位方式的优缺点。国内已建和在建的架空输电线路工程换位方式包括直线塔滚式换位、耐张塔换位、耐张塔加辅助子塔换位及悬空换位四种方式。

图3 直线塔滚式换位

图4 耐张塔换位

图5 悬空换位

图6 耐张塔加辅助子塔换位

直线塔滚式换位：优点是造价低，缺点是换位塔中心桩需位移，塔头空气间隙不易满足要求，适用于轻冰区，地形较平缓；耐张塔换位：优点是造价较低、不受地形限制，缺点是耐张塔结构特殊，导线引流线穿越复杂，塔头空气间隙不易满足要求；耐张塔加辅助子塔：优点是塔头空气间隙容易满足要求，带电作业安全；缺点是造价高，适用地形开阔地区；悬空换位：优点是造价较低，常规铁塔结构，不受地形限制；缺点是存在相间绝缘子，运行维护不便。

分析可知：直线滚式换位方式采用两基换位塔，完成一次导线换位；耐张换位方式和悬空换位方式采用一基换位塔，完成一次导线换位；直线滚式换位方式较耐张塔换位方式造价低；悬空换位方式运行维护困难；直线滚式换位方式和无辅助子塔的耐张换位方式导线空气间隙不容易满足要求；无辅助子塔的耐张塔换位方式不受地形限制。

西藏地区110kV及220kV通常采用的换位方式。经查阅相关设计资料，结合西藏地区110kV及220kV输电线路现有工程实际经验，常用的几种换位方式虽然换位塔形式不同，但均属于耐张塔换位方式。110kV输电线路换位塔采用猫头型，利用塔窗结构高度、跳线辅助横担及跳线托架，将两边相导线连接。220kV输电线路换位塔采用干字型，顺线路方向伸出一个跳线辅横担，实现两个边相的连接。由于西藏高海拔地区风速较大、空气间隙取值大，两种方式均存在引流线大跨度左右或上下跨越的弊端，易引起间隙不满足要求或风偏放电故障。由此，将直线滚式换位方式与耐张换位方式的优点相结合，设计一种安全可靠的新型换位方式非常必要。

图7 猫头耐张换位塔

图8 耐张干字型换位塔

2 优化设计方案

由于西藏地区风速较大，从安全角度考虑不适合采用悬垂滚式换位，耐张塔换位方式引流跳线过于复杂，不利于大风风偏工况下空气间隙的控制。通过简化耐张塔跳线方式，一方面跳线空气间隙得到控制，运行安全可靠性提高，其次工程投资费用基本不变。

方案基本技术要求。采用耐张塔换位方式，通过优化导线挂点位置布置方式，为引流跳线顺利引接创造条件。将换位功能分布在相邻的两基塔上完成，简化了每基换位塔的引流穿越。不改变换位点以外线路的排列方式。

换位塔塔型方案。每一处换位点采用两基新型换位塔完成，在每基换位塔上完成两相导线换位，两基塔完成一次换位，换位塔结构与常规耐张塔基本一致，继续采用构造成熟的“干”字型布置方式。为了改善引流线对接，将一侧中相导线挂点下移至塔身导线横担位置，方便前侧中相导线与后侧边相导线对接顺畅，以完成两相导线换位，这样三相导线一侧呈三角排列、一侧呈水平排列。

图9 换位塔塔型方案示意图

图10 单次换位示意图

导线换相设计。三角排列的上相导线，仍采用地线横担上设置跳线辅横担。下导线横担按矩形设计，设置双跳线串，方便边相导线向中相导线绕引。水平排列的中相导线，导线挂点设置在塔身中间，为方便检修人员安全通过，将此耐张串连塔侧增加延长金具原件，另一方面也起到改善引流间隙的作用。

换位方式优化。在一处换位点，两基新型换位塔相邻布置，每一基完成两相导线换位，两基完成一次换位，一基换位塔可兼顾小转角塔使用，另一基转角塔旋转180度、按零度耐张塔使用。这样可将导线相同排列方式放置在孤立档内，孤立档外不改变常规塔导线排列方式。

图11 循环换位优化示意图

图12 换位方式优化图

3 铁塔计算情况

换位塔荷载分析：新型换位塔荷载与常规转角塔荷载一样，只是因前后侧导线挂点位置变化，换位塔中相一侧荷载加载在图13B处，其余荷载点位置与常规转角塔一样。

图13 换位塔中相荷载点位置示意图

图14 换位塔全部荷载点位置图示

新型换位塔、常规耐张塔受力分析比较如下：塔身规格均为Q345L70X5，满应力83.4%/78.0%；横隔面规格均为Q345L80X7，满应力均为87.4%；基础作用力。T=285.0540.227.55/T=277.5637.829.08，N=347.946.134.83/N=340.5846.134.09。由此而知，新型换位塔相对常规一型转角塔，铁塔主材规格不变，基础作用力变化很小，因此对工程造价无影响。

表1 塔重比较（kg）

备注：直线塔和耐张塔采用挂点高相近；直线塔和耐张塔均采用一型铁塔；110kV直线塔呼高取24m，330kV直线塔呼高取30m，500kV直线塔呼高取36m。

备注：直线塔采用合成绝缘子，耐张塔采用盘型绝缘子；基础形式均采用掏挖基础。

从表2可得出：单基新型换位塔与常规耐张塔、常规直线塔造价对比，110kV输电线路工程本体投资增加比列最少，500kV输电线路本体投资增加比列最多，330kV工程本体投资增加比列居中；由于110kV电压等级线路一般采用单根导线、荷载较小，新型换位塔较常规耐张塔造价增加不多，但大大提高了换位塔跳线间隙安全性，同时降低了换位塔结构的复杂性。

表2 绝缘子金具串及基础投资比较（万元）

4 结论和建议

本文是针对西藏110kV电压等级提出解决方案，同时该成果可推广至西藏220kV及内地110～330kV电压等级。将新型换位方式的特点总结如下：

图15 新型换位塔用于双回路线路分支调相塔示意图

本新型换位塔没有改变常规干字型耐张塔的整体结构，三相导线一侧用水平排列，一侧采用三角排列，下导线横担按矩形宽度布置，方便布置引流线跳线串。

对于110kV电压等级，新型换位耐张塔的塔重较单基直线塔或单基耐张塔的塔重增加不多，以西藏那曲地区某110kV长距离输电线路为例，新建线路长度108km、新建铁塔总基数287基，其中单回路直线塔236基、单回路转角塔51基，对工程本体而言，将该线路中4基直线塔更换为新型换位耐张塔，完成了一次循环换位，满足了规程规范的要求，且对工程投资基本无影响，但从工程全寿命周期而言，降低了风偏放电故障造成的跳闸、降低了运行风险、减少了运行和维护的成本。

每基新型耐张换位塔仅换位两相导线，引流线空气间隙容易满足要求，运行安全可靠；两基耐张换位塔相邻使用、相向组立，可保持对原线路的导线排列方式不变；新型换位塔也可用于双回路线路分支调相塔。