单回路T接角钢塔在110kV输电线路设计中的应用

李乾飞,马 丽

(1.璞信电力工程设计有限公司,湖北省武汉市光谷大道3号 430040;2.河北水利电力学院 电力工程系,河北省沧州市黄河西路49号 061001;3.河北省工业机械手控制与可靠性技术创新中心,河北省沧州市黄河西路49号 061001)

输电线路是电力系统的重要组成部分,因此,输电线路的安全可靠运行与国民经济的发展密切相关。输电线路设计应坚持“安全可靠、技术先进、环境友好、投资合理、标准统一”等设计理念,提高资源利用率,提高电网工程的建设效率[1-2]。在输电线路设计过程中,选择的杆塔型式是否合适,路径规划是否合理,以及对路径沿线交叉跨越相关是否满足要求,严重影响到输电线路的运行稳定。

1 工程资料

河北省南部某变电站位于县城南部3km左右,供电面积约31.13km2,10kV主干线平均供电半径约5.05km。该变电站于2013年建成投运,并在2016年进行了主变扩建。该变电站远期规划按照110kV变电站建设,目前运行电压等级为35kV。

变电站现有主变3台,容量为30MV·A,目前该站主变最大负荷达到27MW,受地理条件的限制,目前县城周边有2座110kV变电站和3座35kV变电站。2019年,该县已进行新区建设工作,周边变电站有1座110kV变电站和2座35kV变电站已出现重载。随着新区供电负荷的不断增加,仅靠现有1座35kV变电站供电,已不能满足该区域负荷增长和供电可靠性的要求。

根据批复的电力接入系统报告,对该35kV变电站进行升压改造,新出110kV线路两回。现选取其中一回110kV线路,对110kV单回路T接角钢塔的应用进行阐述。

2 输电线路概况

根据已批复的电力接入系统报告,该工程需新建一回110kV输电线路(以下简称A线路),T接于110kV某某线(以下简称B线路),止于升压后的110kV某变电站,形成新的电力系统接入方式。B线路为全线架空,单回路,于2012年投运,至今已运行20余年,线路杆塔有水泥砼杆和角钢塔等种类,导线截面为240mm2的钢芯铝绞线,地线配置2根截面为50mm2的镀锌钢绞线。

该工程规划拟建A线路为单回路,导线截面为300mm2的钢芯铝绞线,地线配置2根,其中一根截面为100mm2的铝包钢绞线,另一根根据通信专业要求,选择48芯光纤复合架空地线(简称OPGW光缆)。

针对该地区的气象条件和海拔高度,并结合该工程所需的导地线规格,A线路新建角钢塔拟采用国家电网有限公司基建部下发的《国家电网有限公司35～750kV输变电工程通用设计、通用设备应用目录(2021年版)》中的“110-DC21D”模块。

3 线路T接方式

在输电线路设计中,常规的110kV输电线路是从某220kV变电站的某110kV间隔直出一回至新建的某110kV变电站。但随着区域用电负荷的增加,电网结构的不断发展,上级电源点(220kV变电站)的110kV直出间隔数量会出现全部占用的现象,这就导致了现在很多输电线路会T接与其他输电线路的现状,从而对输电线路设计人员如何选择输电线路的T接方式,以及相关的T接位置,提出了更高的设计要求。

一般来说,我们常见的输电线路T接方式包括“电缆T接”“双回路耐张塔T接”和“单回路耐张塔T接”等几种。不同的T接方式有着不同的要求,输电线路设计人员一般需要针对工程现场的实际地形地貌,结合周边环境地物信息,以及输电线路附近交叉跨越的障碍物等方面进行综合考虑,进而确定适合该工程的T接设计方式。下面针对上述几种T接方式展开进一步的相关介绍。

3.1 电缆T接

在现代电力系统建设及改造中,电力电缆得到广泛应用。角钢塔是输配电线路建设中一种常用杆塔,电力电缆在角钢塔上的电缆平台敷设引下,是电力输配线路的建设与改造中常见方式之一[3]。顾名思义,电缆T接就是采用电缆的方式与被T接的输电线路进行连接,一般分为电缆T接于架空线路和电缆T接于电缆线路这两种。

以上2种方式,无论采用哪种方式的电缆T接,都会涉及到新建电缆的敷设。在输电线路设计中,电缆的常见敷设方式一般包括直埋敷设、排管敷设、简易沟槽敷设、拉管敷设、顶管敷设和隧道敷设等几种形式。一般电缆线路处于乡间和田野空旷地带时,优先选用直埋敷设方式;对于地表可能有大型荷载交通运输工具通过该地带时,优先选用排管敷设方式;对于现场附近有道路,铁路,河湖等地物影响时,优先选用拉管敷设或顶管敷设方式;如果线路位于市中心或者郊区等地,受政府规划部门统一规划因素限制,存在选用隧道敷设方式的可能性。

故此,针对电缆T接方式,对于设计人员选择T接位置,有了更高的要求。选择合理的线路T接点,会直接对电缆敷设方式产生较大影响,若选择位置欠佳,后期施工时,会存在由一般的直埋敷设方式,变更为排管、拉管或顶管敷设等方式,出现类似的设计方案变更,会对工程投资影响较大。除市区中心、郊区、规划通道、空间受限等特定区域外,一般不考虑该T接方式。

结合该工程实际情况,拟建输电线路所经区域均为田野、乡村等区域,故在此不详细赘述该T接方式。

3.2 双回路耐张塔T接

在输电线路设计中,双回路耐张塔一般导线横担分布在杆塔两侧,上下垂直排列,成“鼓”形。对于使用双回路耐张塔T接时,一般考虑选用双回路终端塔进行,保证了角钢塔一侧挂线和另一侧不挂线运行工况下,角钢塔两侧张力差不超出角钢塔设计使用条件。

双回路耐张塔T接,是在被T接的输电线路下方新建一基双回路杆塔,与被T接的输电线路进行连接,一般为架空线路之间T接较多。该T接方式可分别用于单、双回路架空输电线路中。双回路杆塔塔头一览图如图1所示:

图1 双回路杆塔塔头一览图Fig.1 Overview of double circuit tower head

结合该工程实际情况,被T接的线路B线为单回路,全线架空,直线杆塔有水泥门杆(“一”字形状,导线布置为水平排列方式)和角钢塔(猫头塔,导线布置为三角排列方式),耐张塔为角钢塔(“干”字形状,导线布置为三角排列方式)。

在使用该方案进行T接时,一般优先选择在孤立档中新立角钢塔,这样式的优点在于,新立角钢塔两侧均为耐张塔,导线布置为三角排列,在导线由三角排列转换为垂直排列的过程中,能够更好的保证线路各导线之间的相间电气距离;若选择在连续档中立塔时,就要考虑新立角钢塔的位置与相邻直线塔(推荐选择与猫头直线塔)的档距不应太小,否则会引起直线塔悬垂金具串发生偏斜,超出直线塔使用条件,以及在不同运行工况下,导线对角钢塔的电气距离不能满足要求等[4-6]。特殊情况下,可考虑在悬垂金具串下方悬挂重锤片的措施,来减小悬垂金具串的偏斜角度,此方案应提前征得输电线路运行单位的意见认可后进行,避免后期施工完成后验收不通过。

另外,由于双回路耐张塔塔头呈垂直排列,两侧挂线或双回路单侧挂线,导致塔头尺寸比单回路耐张塔高出一部分,从而引起双回路耐张塔的基础作用力较单回路耐张塔要大,基础根开尺寸较大,相应的杆塔重量以及基础工程量较高,所以在常规的单回输电线路T接方案设计时,一般不优先考虑此方案。

3.3 单回路耐张塔T接

单回路耐张塔T接就是在被T接的架空输电线路下方新建一基单回路耐张终端杆塔,完成新建线路与被T接的架空输电线路的电气连接,一般为架空线路之间T接较多。

传统的单回路耐张塔呈“干”字型,导线布置为三角排列,这种布置方式仅能实现单回路架空输电线路的电气连接。如果想在传统单回路耐张塔上实现两条架空输电线路T接,需要对角钢塔的横担进行局部技术改造,才能保证实现两条架空输电线路的电气连接。

经过局部改造后的单回路耐张塔,相较于传统型式的“干”字型耐张塔,该杆塔在原下侧导线横担的下方,再增加一组导线横担,该横担与原来的导线横担成垂直排列,由上自下观看,俯视导线横担为“十”字形状。另外,为保证T接后的输电线路地线对导线的保护角满足规范要求,地线横担在原地线横担最外侧处,各增加一组垂直横担,由上自下观看,俯视地线横担为“工”字形状。T接线路的中相导线通过改造后的地线横担,加装跳线串,使得A线与B线中相完成电气连接[7]。单回路T接塔塔头一览图如图2所示:

图2 单回路T接塔塔头一览图Fig.2 Overview of single circuit T-connection tower head

结合该工程实际情况,使用该方案进行T接时,由于该角钢塔是在原有“干”字形耐张塔的基础上修改而来,导线布置为三角排列,与B线现有杆塔导线的水平排列或三角排列方式,具有良好的对接能力,既保证了各相导线之间的相间电气距离,又保证了导线与角钢塔塔身的电气距离要求。

4 工程应用

通过上述资料综合分析得出,相较于双回路耐张塔T接立塔位置的选择,单回路耐张塔T接的位置可以选择在孤立档中间,也可以选择在连续档中间,给输电线路设计人员在规划线路T接点位置,以及整体输电线路路径走向时,增加了更多的可行性和便利性。因此该工程在可行性研究阶段,优先考虑采用改造后的单回路耐张塔进行输电线路的T接,并取得了上级评审单位的认可。

另外,不可回避的问题是,采用单回路耐张塔T接和电缆T接,以及双回路耐张塔T接一样,在选择T接位置时,塔位均需要选择在现有输电线路中心的下方,新建铁塔位置局部调整受限。不过,得益于该角钢塔基础根开尺寸较小,也为后期施工占地协调提供了方便。单回路T接耐张塔投运后影像资料,如图3所示:

图3 投运后影像Fig.3 Image data after operation

5 结束语

伴随着国家“十四五”规划的顶层设计理念提出,地方政府对城镇区域的总体规划要求越来越高,导致架空输电线路通道日益紧张,对相关的基础建设工程也提出更高质量的要求。各方面均要求采用更先进的技术手段来解决选线、设计、施工及运行的诸多问题,并对输电线路设计人员在可行性研究阶段就要充分理解相关设计规范以及最新“反输电线路事故”等文件精神,为后期工程提供设计质量保障[8-9]。

在该工程中,利用单回路耐张塔进行改造后,形成新的单回路T接塔,有效解决了单回路T接传统上的一些问题,也为以后的110kV输电线路设计提供了相关参考。

该工程提前半年投运,得到了建设单位、施工单位、运行单位的好评,即满足了生产需要,又节约工程投资,达到了预期目的。在确保电网安全运行的前提下,进行相应的优化设计,体现了以人为本的理念,最大限度降低了占地面积、运行风险,并同时满足了相关经济技术指标要求[10]。