220 kV同塔雙回線路鉆越500 kV線路的方案選擇

宋巖，王煒，王輝，郭志濤

(河北省電力勘測設計研究院，石家莊市 050031)

0 引言

近年來，由于高壓輸電線路走廊資源緊張，新建220 kV線路以同塔雙回路［1］為主，線路位置較高，鉆越500 kV線路時方案選擇困難，面臨繞行、升塔改造、雙回局部變單回等情況。同時，存在停電施工、施工難度大、整體投資高、不方便運行維護等問題。

本文分析了目前鉆越方案的制約因素，采用多種優化措施，設計一種220 kV同塔雙回鉆越塔，為鉆越500 kV線路提供一種技術先進、經濟合理的方案。

1 鉆越條件及現狀

220 kV同塔雙回線路順利鉆越500 kV線路的條件［2］為:

(1)220 kV線路鉆越500 kV線路時，220 kV線路地線與500 kV線路導線的最小垂直距離不小于6 m。如果220 kV線路鐵塔位于500 kV線路正下方時，220 kV線路地線與500 kV線路導線間最小垂直距離不小于8.5 m。

(2)220 kV線路導線與地面的距離，在最大計算弧垂情況下不小于表1所列數值。500 kV線路一般建設在遠離居民區的地方，因此可按非居民區考慮。

表1 導線對地面最小距離Tab.1 Minimum distance between conductor and ground

傳統220 kV同塔雙回線路在鉆越500 kV線路時多采用耐張型鼓型塔［1］。由于鼓型塔塔頭位置較高，使其在鉆越500 kV線路時，很難同時滿足上述2點要求。耐張型鼓型塔如圖1所示。

圖1 耐張型鼓型塔Fig.1 Tension tower with drum type

為了解決此問題，本文采用改變地線懸掛形式、導線排列方式、跳線絕緣子串型式等措施，進行鉆越塔的設計和優化。

2 鉆越方案的制約因素及改進措施

2.1 導線排列方式

為了降低鉆越塔的塔頭高度，目前常用的方法是將導線設計為雙層水平排列、三角排列及單層水平排列等，如圖2所示。圖中“○”為導線掛點位置。

圖2 導線排列方式Fig.2 Arrangement mode of conductors

由圖2(a)—(d)可見，塔頭高度逐漸降低，但線路走廊寬度卻逐漸增大。因此，在鉆越塔導線排列方式的選擇上，應根據鉆越方案的特點綜合考慮，既滿足鉆越要求，又盡量減小線路走廊寬度。經過綜合比較，最終采用導線三角形排列方式。

2.2 地線懸掛形式

鉆越塔一般不設立在500 kV線路正下方，220 kV線路地線與500 kV線路導線最小垂直距離的主要制約因素是鉆越檔地線的掛點高度，而不是鉆越塔全高。因此本文提出了“不對稱階梯式”地線掛法，即在非鉆越檔采用2根地線，掛點位置高;而在鉆越檔采用3根地線，掛點位置較低。這樣既降低了鉆越檔地線的高度，又在不改造相鄰鐵塔地線支架的前提下，滿足了“桿塔上2根地線之間的距離，不應超過地線與導線間垂直距離5倍”［2］的要求。“不對稱階梯式”地線掛法如圖3所示。

圖3 “不對稱階梯式”地線掛法Fig.3 Asymmetric step suspension form of ground wire

2.3 跳線絕緣子串型式

傳統跳線型式多采用直跳式或加跳線絕緣子串繞引式軟跳線，往往因跳線串結構高度和跳線弧垂較大，以及跳線風偏等，使得鐵塔塔頭尺寸和高度相對較大，因此，為了使塔頭尺寸更加緊湊，本文設計的方案降低了塔頭高度，對跳線型式進行了分析，設計的跳線絕緣子串型式如下:

(1)“八字形”雙聯硬跳線串。與雙聯硬跳線串［3］相比，此跳線串可將跳線掛點至跳線扁擔之間的距離縮短150 mm;通過采用不帶重錘座的自制重錘，使帶電體長度縮短了150 mm，有效減小了跳線串的高度，加大了下相跳線對地距離。“八字形”雙聯硬跳線串如圖4所示。

圖4 “八字形”雙聯硬跳線串Fig.4 Reversal splay type double-insulator string of jumper wire

(2)“八字形拉緊式”雙聯硬跳線串。此跳線串在“八字形”雙聯硬跳線串的下端增加了1支拉緊式絕緣子串，并且該串中采用了花籃螺絲，可將下拉串“無階躍”地調至合適長度，有效解決了跳線的風偏擺動問題，同時也縮小了塔頭尺寸。“八字形拉緊式”雙聯硬跳線串如圖5所示。

圖5 “八字形拉緊式”雙聯硬跳線串Fig.5 Reversal splay and straining type double-insulator string of jumper wire

3 鉆越塔優化方案的確定

3.1 雙回鷹嘴蝶型耐張塔

通過對改進措施的分析，經過重新規劃，本文設計了一種新型鉆越塔——雙回鷹嘴蝶型耐張塔［4］。該塔塔頭高度為4.8m，僅為耐張型鼓型塔塔頭高度的27.4%;該型塔應用了導線三角排列、“不對稱階梯式”地線掛法、“八字形”雙聯硬跳線串、“八字形拉緊式”雙聯硬跳線串等措施，可以順利鉆越常規的1回以及并行的2回500 kV線路。雙回鷹嘴蝶型耐張塔如圖6所示。

圖6 雙回鷹嘴蝶型耐張塔Fig.6 Double-circuit tension tower with olecranon-butterfly type

設計雙回鷹嘴蝶型耐張塔時，按照文獻［2］的要求，對導線線間距離、導地線線間距離、帶電部分與桿塔構件的最小間隙距離、地面最大電場強度［5］、地線對邊導線的保護角和地線間距離、檔中央導地線距離以及耐雷水平等進行了計算。

3.2 導線線間距離

水平線間距離為

式中:ki為懸垂絕緣子串系數;D為導線水平線間距離，m;Lk為懸垂絕緣子串長度，m;U為系統標稱電壓，kV;fc為導線最大弧垂，m。

以2×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線導線為例，水平檔距為350 m時導線最大弧垂為9.83 m，絕緣子串按耐張串考慮(ki=0)，由式(1)計算的導線水平線間距離為4.04 m。

導線三角排列的等效水平線間距離為

式中:Dx為導線三角排列的等效水平線間距離，m;Dp為導線間水平投影距離，m;Dz為導線間垂直投影距離，m。

雙回鷹嘴蝶型耐張塔導線排列方式為正三角形，上相與下相導線的垂直線間距離為2.6 m。由式(2)計算的等效線間距離分別為4.11、4.46 m，均大于導線的4.04 m水平線間距離。

3.3 導、地線線間距離

在一般檔距的檔距中央，導線與地線間的距離為

式中L為檔距，m。

對于導線采用2×LGJ-630/45、地線采用JLB40-185的線路，由式(3)計算的導、地線線間距離結果見表2。由表2可見，該塔導、地線線間距離均滿足設計要求。

表2 不同檔距導、地線的最小距離Tab.2 Minimum distance between conductor and ground wire in different line span m

3.4 帶電部分與桿塔構件的最小間隙距離

根據文獻［6］對帶電部分與桿塔構件間最小間隙距離的要求進行了塔頭尺寸的規劃，使雙回鷹嘴蝶型耐張塔的塔頭高度更小，在鉆越500 kV線路時更易于使用。

3.5 地面最大電場強度

利用CDEGS軟件中的Enviro程序［7］計算了雙回鷹嘴蝶型耐張塔的地面最大電場強度，計算結果如圖7所示。由圖7可見，最大電場強度為6.8 kV/m，滿足10 kV/m的限值要求。

圖7 地面場強分布Fig.7 Distribution of ground electric field strength

3.6 反擊、繞擊耐雷水平

利用ATP-EMTP程序對鉆越塔進行了反擊耐雷水平計算［8-9］，得到反擊跳閘次數。220 kV線路的反擊耐雷水平限值為110 kA，實際計算值為107 kA;40標準雷暴日下反擊跳閘次數限值為0.23，實際計算值為0.21，因此雙回鷹嘴蝶型耐張塔的反擊耐雷水平滿足設計要求。

根據電氣幾何模型［10］計算了鉆越塔的繞擊耐雷水平，不同地面傾角時的最大繞擊電流見表3。由表3可見，最大繞擊電流為7.38 kA，小于7.9 kA的允許值。結果表明，無論平原還是山區，繞擊電流均小于允許值，即有效屏蔽，因此不會產生對絕緣產生威脅的繞擊電流。

表3 最大繞擊電流Tab.3 Maximum detour lightning current

4 原方案與優化方案的技術經濟比較

以某工程為例，分析雙回鷹嘴蝶型耐張塔的技術經濟特性。該工程為I、II回并行500 kV線路，2回線路相距100 m，500 kV鐵塔呼高為33m，檔距為450 m。220 kV同塔雙回線路在鉆越時擬采用以下3種方案。

方案1:同塔雙回線路鉆越塔下鉆。擬采用2基雙回路直線塔，2基雙回鷹嘴蝶型耐張塔的組合方案。

方案2:同塔雙回線路改為2個單回路分別下鉆。擬采用2基分支塔，4基單回杯型耐張塔的組合方案。

方案3:升高500 kV線路鐵塔，利用雙回耐張型鼓型塔下鉆。擬采用1基500 kV鐵塔，2基220 kV雙回直線型鼓型塔，2基雙回耐張型鼓型塔的組合方案。

3種鉆越方案的技術經濟比較結果見表4。

表4 鉆越方案的技術經濟比較Tab.4 Economic comparison between undercrossing methods

由表4可見，方案3最不經濟，需要停電施工，施工量大;方案1的技術性和經濟性均優于方案2，方案1較方案2節省投資約84.23萬元，而且雙回鷹嘴蝶型耐張塔的地面最大電場強度僅為限值的68%，既滿足了對地距離的要求，又滿足了環保要求。現場雙回鷹嘴蝶型耐張塔如圖8所示。

圖8 現場雙回鷹嘴蝶型耐張塔Fig.8 Double-circuit tension tower with olecranon-butterfly type

5 結語

雙回鷹嘴蝶型耐張塔采用了“不對稱階梯式”地線掛法及“八字形”、“八字形拉緊式”雙聯硬跳線串等措施，使同塔雙回路鐵塔塔頭高度由17.5 m降低至4.8 m，減少約72.6%。該塔具有鉆越方便、結構合理、外形美觀等優點，其在現場的使用將有利于優化線路路徑、降低工程造價、縮短工程建設周期，具有明顯的經濟效益和社會效益。目前，雙回鷹嘴蝶型耐張塔已成功應用于線路工程中，具有較好的推廣應用前景。

［1］劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設計220 kV輸電線路分冊［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［2］GB 50545—2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范［S］.

［3］汪雄.采用硬跳線降低線路風偏故障［C］//中國電機工程學會輸電電氣五屆一次學術年會論文集.重慶，2006:101-105.

［4］郭志濤.220 kV 鷹嘴蝶型鉆越塔:中國，20018718.5［P］.2011-10-26.

［5］宮俊芳.超高壓分裂輸電線周圍空間最大電場強度的普遍算式的推導［J］.電工電能新技術，1996(1):6-10.

［6］張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［7］王小鳳.CDEGS軟件在電力系統中的應用［D］.杭州:浙江大學，2007.

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

［9］施圍，郭潔.電力系統過電壓計算［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［10］張緯撥，高玉明.電力系統過電壓與絕緣配合［M］.北京:清華大學出版社，2002.