1000kV淮南－南京－上海特高壓交流雙回換位塔研究

張 瑚，李 健，汪如松，劉文勛，張馮碩

(中南電力設(shè)計院，湖北 武漢 430071)

1000kV淮南－南京－上海特高壓交流雙回換位塔研究

張 瑚，李 健，汪如松，劉文勛，張馮碩

(中南電力設(shè)計院，湖北 武漢 430071)

本文以1000kV淮南-南京-上海特高壓交流輸電線路工程為背景，結(jié)合以往雙回路換位塔設(shè)計成果，利用三維間隙分析軟件，設(shè)計了三柱式換位塔、雙柱式換位塔以及雙回共桿換位塔，并估算了塔重、基礎(chǔ)、絕緣子等工程量，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，得出雙共桿換位塔技術(shù)可行，經(jīng)濟合理。最后，推薦1000kV淮南-南京-上海高壓交流輸電線路工程采用雙回共桿換位塔型式。

1000kV特高壓；雙回路；換位塔。

1 概述

為減少電力系統(tǒng)正常運行時電流和電壓的不對稱，使電力設(shè)備能正常運行，并限制送電線路對通信線路的影響，需要對系統(tǒng)電壓、電流的不平衡度進行控制，有必要對輸電線路進行導線換位。電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》(GB/T 15543－2008 )規(guī)定，在交流額定頻率為50赫茲時，電力系統(tǒng)在正常運行方式下，由于負序分量而引起的電壓不平衡度允許值為2%。

根據(jù)《1000kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》(GB 50665－2011)要求，單回線路采用水平排列方式時，線路長度超過120km應換位；單回線路采用三角排列及同塔雙回線路按逆相序排列時，其換位長度可適當延長，換位循環(huán)長度不宜大于200km。

文獻3研究后認為，1000kV特高壓雙回交流輸電線路在逆相序排列方式下，額定輸送功率為6000 MW時，線路長度為385km時，不換位線路不平衡度達到2%。

2 換位塔塔型設(shè)計

由于特高壓輸電線路傳輸容量大，輸送距離遠，換位塔型的選擇是一項重要課題。本文在借鑒1000kV晉東南－南陽－荊門特高壓交流試驗示范工程及皖電東送淮南至上海特高壓交流輸電示范工程有關(guān)研究成果，以1000kV淮南－南京－上海特高壓交流輸電線路工程(以下簡稱淮上線)為背景，設(shè)計了三種雙回換位塔型，通過技術(shù)經(jīng)濟對比，提出了適用于該工程的1000kV特高壓交流輸電線路換位塔塔型。

文獻4對比分析了兩種1000kV雙回路換位桿塔塔型，即三柱式換位塔和雙回共桿換位塔。文獻5提出了有關(guān)聯(lián)和無關(guān)聯(lián)兩種型式的1000kV特高壓雙回路雙柱式換位塔塔型。

根據(jù)上述文獻研究成果，結(jié)合110～750kV輸電線路設(shè)計經(jīng)驗，1000kV特高壓交流雙回線路換位塔型大致可分為三柱式換位塔、雙柱式換位塔以及雙回共桿換位塔三種結(jié)構(gòu)型式。

2.1 三柱式換位塔

1000 kV三柱式換位塔采用兩基單回鐵塔結(jié)合一基跳線副塔完成雙回導線的換位，具體換位方式為：一側(cè)上相～副塔～另側(cè)中相、一側(cè)中相～副塔～另側(cè)下相 、一側(cè)下相～另側(cè)上相，另外一回采用類似的滾式換相實現(xiàn)雙回反向換位，見圖1。

圖1 三柱式換位塔

2.2 雙柱式換位塔

雙柱式換位塔是在三柱式換位塔基礎(chǔ)上，取消中間副塔，只使用兩基單回耐張塔完成換位，利用跳線支架，從一側(cè)上相～另側(cè)中相、一側(cè)中相～另側(cè)下相、一側(cè)下相～另側(cè)上相方式實現(xiàn)換位，另一單塔也采用類似方式實現(xiàn)雙回反向換位，見圖2。

圖2 雙柱式換位塔

2.3 雙回共桿換位塔

雙回共桿換位塔在同一桿塔上實現(xiàn)雙回線路的換位工作，通過上下橫擔水平加長，利用垂直跳線實現(xiàn)上、下相之間的換相，一側(cè)上相～另側(cè)中相、一側(cè)中相～另側(cè)下相通過硬跳線相連，實現(xiàn)換相，見圖3。

圖3 雙回共桿換位塔

3 跳線型式設(shè)計

根據(jù)上述三種換位塔型布置型式，結(jié)合淮南－南京－上海特高壓交流輸電線路工程相關(guān)設(shè)計參數(shù)計算不同跳線型式下的風偏角，以便設(shè)計桿塔基本尺寸。

導線為8×LGJ－630/45鋼芯鋁絞線，設(shè)計最大風速取30m/s；最大覆冰為10 mm。

軟跳線絕緣子串風偏角計算公式為：

式中：T為跳線張力(N)； P4為跳線單位長度風荷載(kg/m)；P1為跳線單位長度自荷載(kg/m)；P0為跳線絕緣子串風荷載(kg)；G0為跳線絕緣子串垂直荷載(kg)；GZ為重錘垂直荷載(kg)；lH為跳線檔水平檔距(m)；lV為跳線檔垂直檔距(m)；K為跳線與垂直橫擔直線間的夾角(°)；θ為跳線掛點傾斜角(°)；n為導線分列根數(shù)。

籠式硬跳線及跳線絕緣子串風偏角按下式計算：

式中：P4為跳線單位長度風荷載(kg/m)；P1為跳線單位長度自荷載(kg/m)，風壓不均勻系數(shù)取1.2；lH為軟跳線水平檔距(m)；lV為軟跳線垂直檔距(m)；lG為硬跳線長度(m)；Pc為支撐架風荷載(kg)；Gc為支撐架垂直荷載(kg)；GZ為重錘垂直荷載(kg)；n為導線分列根數(shù)。

根據(jù)公式(1)和(2)，參照1000kV錫盟－南京、淮南(皖南)－上海(皖電東送)特高壓交流線路工程跳線風偏取值原則，適當配重。耐張塔跳線操作過電壓風偏角取10°，大風取35°，雙I軟跳線串和籠式跳線可通過適當?shù)呐渲乇３诛L偏角基本一致。雙I軟跳線串、籠式跳線串和軟跳線配重后的風偏角計算結(jié)果見表1。

表1 跳線風偏角計算

從上表計算結(jié)果可知，軟跳線風偏角度較大，對桿塔間隙要求較高，而采用雙I軟跳線時，兩I串之間的跳線檔弧垂約為1.3m左右，而采用籠式跳線可減小中間弧垂，進一步縮小桿塔尺寸。為此，雙回換位塔跳線型式以籠式跳線為主。

4 桿塔設(shè)計

本文在文獻[6]、文獻[7]的研究成果基礎(chǔ)上，對桿塔塔頭布置展開優(yōu)化設(shè)計，利用三維軟件，按照第三節(jié)中計算結(jié)果，校核桿塔空間間隙，確定桿塔尺寸，具體情況如下所述。

4.1 三柱式換位塔

根據(jù)計算，三柱式換位塔單回鐵塔上、下跳線橫擔長度取17m，支架伸出長度為8m，導線耐張掛點垂直間距均取21m。根據(jù)上述塔頭尺寸，帶電部分與桿塔構(gòu)件之間的最小間隙為下相導線繞引至跳線支架的軟跳線部分至跳線橫擔伸出支架，空間距離為7.46m，見圖4。

圖4 三維間隙校驗(三柱式換位塔)

4.2 雙柱式換位塔

為滿足工頻、操作、雷電間隙要求，對雙柱組合耐張換位塔進行了三維校驗，確定了桿塔相關(guān)尺寸，具體見圖5。

圖5 三維間隙校驗(雙柱式換位塔)

經(jīng)計算，雙柱式換位塔單回鐵塔跳線橫擔長度取17m，支架伸出長度取8m，導線耐張掛點垂直間距均為21m。帶電部分與桿塔構(gòu)件之間最小間隙為上相繞引至中相軟跳線部分至跳線橫擔伸出支架，空間距離為7.51m。

4.3 雙回共桿換位塔

由于雙回共桿換位塔在同一桿塔上實現(xiàn)雙回路換位，跳線間隙稍顯復雜。通過建立三維模型，校驗電氣間隙，具體見圖6。

圖6 三維間隙校驗(雙回共桿換位塔)

通過計算，桿塔層間距取21m，上下橫擔長度為26.5m，中相橫擔長度為12.3m；上橫擔伸出跳線支架單側(cè)長度分別為6m和9m，下橫擔伸出跳線支架單側(cè)長度為6m，上－中、中－下相硬跳線長度取16m，上－下相硬跳線長度取20m。帶電部分與桿塔構(gòu)件之間的最小間隙為上中相跳線部分靠近中相側(cè)軟跳線至中橫擔，空間距離為7.59m。

5 技術(shù)經(jīng)濟對比

根據(jù)桿塔基本尺寸，通過計算，三柱式、雙柱式換位塔按場強控制的走廊寬度達108m和82m，大于雙回共桿換位塔70m的走廊寬度；若按強制拆遷線(即邊線外7m)計算，三柱式換位塔走廊寬度為80m，遠大于雙柱式換位塔54m、雙回共桿換位塔42m的走廊寬度。

以51m呼高桿塔為例，水平荷載、垂直荷載及轉(zhuǎn)角度數(shù)與0－20度普通耐張塔保持一致，根據(jù)換位方式的不同，從塔重、基礎(chǔ)、絕緣子串金具、硬跳線、占地面積等方面分析對比三種塔型，其中塔材及安裝費用按照1.23萬元/t，基礎(chǔ)費用按0.23萬元/m3；550kN絕緣子按450元/片，210kN合成絕緣子按3500元/支，硬跳線按3.5萬元/套計算，對三種換位塔型進行經(jīng)濟性分析。

表2 換位塔經(jīng)濟性對比

從塔基占地面積上看，雙柱式換位塔占地面積為662.48m3，占地面積最大，三柱式換位塔占地面積次之，為644.13m3，雙回共桿換位塔占地面積為484.83m3，占地面積最小，相當于雙柱式占地面積的73.2%。

塔重方面，三柱式換位塔重339.27t，雙柱式換位塔為322.63t, 雙回共桿換位塔重356.78t，主要是因為三柱式換位塔通過中間跳線塔進行換位，兩側(cè)單回鐵塔為柱形，塔重較輕；雙柱式取消了中間跳線塔，單回鐵塔上增加了跳線支架，塔重稍有增加；雙回共桿換位塔由于在單基桿塔上實現(xiàn)雙回路換位，上下層橫擔加長較多，塔重較三柱和雙柱式換位塔有所增加。

在基礎(chǔ)土方量上，三柱式換位塔由于采用三基鐵塔，土方量最大，達2900m3，雙柱式由于有兩基單回鐵塔，土方量略減，達2430m3，雙回共桿換位塔采用單基鐵塔，基礎(chǔ)方面最省，僅為1880m3；

與基礎(chǔ)土方量對應，三柱式換位塔基礎(chǔ)混凝土量大于雙柱式和雙回共桿換位塔，雙回共桿換位塔用量最小。

在總費用上面，對于1000kV淮上線而言，三柱式換位塔單基總體費用最高，為822.63萬元，雙柱式單基桿塔費用次之，達791.64萬元，雙回共桿換位塔總體費用最省，為777萬元。

雙回共桿換位塔總費用低于雙柱式及三柱式換位塔，整體造價優(yōu)勢明顯。

綜上所述，三柱式和雙柱式換位塔分別采用三基和兩基副塔組合換位，水平線距及走廊寬度寬，占地面積大，整體費用較高。

雙回共桿換位塔雖然上、下相跳線支架伸長較多，塔重較三柱式、雙柱式換位塔有所增加，但基礎(chǔ)費用、征地費用與另兩種換位塔型相比優(yōu)勢明顯。不僅如此，雙回共桿換位塔由于走廊寬度窄，占地面積小，在線間距離和通道清理方面占優(yōu)。

6 結(jié)論

綜合以上計算分析，本文主要結(jié)論如下：

(1)在水平線距和走廊寬度方面，雙回共桿換位塔要優(yōu)于三柱式和雙柱式換位塔。

(2)就1000kV淮上線而言，雙回共桿換位塔雖然塔重較重，但在占地面積、基礎(chǔ)工程量上小于雙柱式及三柱式換位塔，總體造價有一定優(yōu)勢。

(3) 結(jié)合工程實際情況，從技術(shù)性、經(jīng)濟性兩方面來看，雙回共桿換位塔均具有有一定優(yōu)勢，推薦1000kV淮上線換位塔采用雙回共桿換位塔型式。

[1]GB/T 15543－2008，電能質(zhì)量 三相電壓不平衡[S]．

[2]GB 50665－2011，1000kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S]．

[3]席曉麗，郝陽，高振，許苗．交流1000kV同塔雙回線路電氣不平衡度研究[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(5)．

[4]施柳武，席曉麗．1000kV特高壓交流同塔雙回線路換位塔型式選擇[J]．電力建設(shè)，2012．33(1)．

[5]李顯鑫，盧玉．特高壓交流雙回線路中單柱組合耐張換位塔應用[J]．電力建設(shè)，2009．30(2)．

[6]王茂成，劉曉輝，王孟勇，郝文婧．500kV雙回換位塔電氣模型設(shè)計優(yōu)化的研究[J]．電力建設(shè)，2006，27(12)．

[7]李顯鑫，石改萍．單柱組合耐張塔跳線設(shè)計及計算[J]．電力技術(shù)，2010．19(5)．

Study on the Double Transposition Tower of 1000kV UHV AC in Huainan-nanjing-shanghai Transmission Line

ZHANG Hu, LI Jian, WANG Ru-song, LIU Wen-xun, ZHANG Feng-shuo
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

Based on the 1000kV UHV AC Double-circuit Huainan-Nanjing-Shanghai transmission line project,the paper designing three type of Double-circuit Transposition Tower with reference to some research results of doublecircuit transposition towers.The paper also estimated the quantities of the transposition towers on tower heavy,foundation and insulators.it is show that double-circuit transposition on same tower gets more advantage by the analysis of technical and economic comparison.At last,the paper recommend that double-circuit transposition on same tower as the optimization type on the 1000kV UHV AC Double-circuit Huainan-Nanjing-Shanghai transmission line project.

1000kV UHV; double-circuit; transposition tower.

TM75

B

1671-9913(2013)05-0055-05

2013-01-24

張瑚(1984- )，男，湖北武漢人，碩士，工程師，從事輸電線路設(shè)計。