500kV雙回輸電線路中相、下相V串塔型應用分析

郭 杰 雷光杰 文永慶

（河南省電力勘測設計院，河南鄭州 450000）

500kV雙回輸電線路中相、下相V串塔型應用分析

郭 杰 雷光杰 文永慶

（河南省電力勘測設計院，河南鄭州 450000）

隨著我國經濟的不斷發展，對電力的依賴也越來越大。目前，我國500kV雙回交流線路的鐵塔及其附屬設施投資約占本體投資的40%，因此，有必要對程鐵塔型式及塔型系列進行深入研究。本文以綜合指標最優、安全、可靠為目標，結合設計條件、工程地形地貌特征、超高壓500kV雙回路線路的電氣、機械特點，采用宏觀規劃和微觀規劃相結合的方法進行分析研究，并結合國內500kV雙回路輸電線路工程，針對中相V串、下相V串的排列方式，確定合理的工程規劃，降低工程投資，實現輸電線路建設方式的轉變。

輸電線路；500kV雙回；中相V串、下相V串；應用分析

目前，我國500kV超高壓雙回路輸電線路已有較為成熟的建設和運行經驗。我國500kV雙回交流線路的鐵塔及其附屬設施投資約占本體投資的40%，因此，有必要對輸電線路鐵塔型式進行深入研究。本文在總結以往工程經驗的基礎上，結合平頂山-白河500kV雙回線路工程，考慮工程地形地貌特征、超高壓500kV雙回路線路的電氣、機械特點，在使用壽命周期內以滿足輸電線路安全可靠運行、方便維護為設計目標，使鐵塔在整個線路全壽命周期內利益最大化。根據工程實際體特點，提出“中相V串”、“下相V串”新型型式，采用宏觀規劃和微觀規劃相結合的方法進行分析研究，規劃出切合工程特點的鐵塔型式及塔型系列，確定合理的經濟檔距及經濟塔高，降低工程投資，實現輸電線路建設理念和方式的轉變。

1 概述

桿塔型式規劃是指單個鐵塔的外形規劃，包括塔身形狀和塔頭形狀兩大部分。其中塔身形狀有圓形（如單柱鋼管塔、鋼筋混凝土塔等）、四邊形（如長方形、正方形、菱形等）、“V”形、門形以及多柱組合型、多邊形（如三角形）等；塔頭形狀包括蝶形、鼓形、傘形、干字形等，塔頭形狀規劃的要素包括相間距離（水平和垂直兩方面）、掛點要求、橫擔尺寸（長度和寬度）。

桿塔型式規劃主要應用靜態方法（包括因素分析法、指標評價法等）對單塔型式及指標進行設計優化。首先分析影響鐵塔本身及其附屬物指標的主要因素，并對其進行排序和可變性分析，找出既定條件下降低鐵塔各項指標和附屬物各項指標的可能性與辦法；其次建立塔重指標評價的數學模型，用數理分析方法進行鐵塔的設計優化。這里塔重指標評價模型不僅包括微觀應用的各個指標，還要結合宏觀塔型系列規劃所用到的水平檔距、垂直檔距、代表檔距等要素。

為了能準確地分析、評價線路的綜合費用對桿塔規劃的影響，使用沿線綜合指標評價法對不同的地形、地質條件、塔位占地、土石方量、基礎工程量等進行綜合費用分析；無約束（準無約束）排位法是輸電工程特有的動態規劃方法，它是在假定路徑等外部約束條件下，對各種鐵塔、基礎、絕緣金具串、導線、立塔位置等進行無約束或準無約束排定位置，再結合指標評價進行綜合費用優化和方案優選，確定出給定路徑上的最優排位方案；概率統計法是在上述無約束排位基礎上，對塔型、檔距等特征使用率進行數理統計并找出最優解。上述方法應結合使用，以安全、經濟、適用、方便為目的，滿足設計、施工、運行、維護、管理、效益、效果等目標，從而達到全壽命周期的最優總目標。

在上述桿塔規劃中，桿塔型式是控制造價的主要因素，因此，做好桿塔規劃能有效控制工程造價。

2 鐵塔塔型分析

輸電線路工程的直線塔約占總塔數的80%，同時直線塔導線的布置方式還影響到耐張塔的型式，通過常用塔型的比較，一般采用三相導線垂直布置的桿塔，目前采用三相導線垂直布置的桿塔型式主要有鼓型、傘型、蒼蠅拍型等。蒼蠅拍型雙回路鐵塔六相導線均在同一塔窗內，通過壓縮相間水平距離減小線路走廊，但其單塔指標較高，本體投資較大，且該布置方式安全可靠度低，一旦一個回路出現事故，另一回路將同時遭殃。因此，根據500kV超高壓線路的對地距離、絕緣配合和搖擺角等電氣參數要求，結合工程地形地貌特征（山地、平地）和居民分布較少、林木豐富的特點，采用鼓型布置方式的鐵塔型式較好。

目前，對于雙回架空輸電線路而言，自立型直線塔有“Ⅰ型絕緣子串”和“Ⅴ型絕緣子串”兩種配合型式。I型絕緣子串具有結構簡單，施工、運行方便的優點，而且直線塔橫擔長度較V串直線塔短，在500kV工程中使用廣泛（見圖1）；Ⅴ型絕緣子串對導線的偏移有制約作用，Ⅴ型串塔（見圖2）整個走廊寬度要小于Ⅰ型串的走廊寬度。V型串塔可以減少房屋拆遷，減少樹木砍伐等，但其導線橫擔比Ⅰ型串塔導線橫擔要長，桿塔層間距大，導致鐵塔單基較重，且Ⅴ型串絕緣子數量比Ⅰ型串增加一倍，增加了本體投資。雙回路架空輸電線路在采用絕緣子型式時一般全部采用V型絕緣子串或I型絕緣子串，較少在同一個塔上混合采用。經過分析在雙回路鼓型塔的中相或者下相局部采用V型絕緣子串，其余相采用I型絕緣子同樣能夠達到減少線路走廊的目的，而局部采用V型絕緣子串對桿塔重量影響較小，本體投資增加相對較少。

圖1 全I串直線塔示意圖

圖2 全V串直線塔示意圖

根據以上分析，并結合500kV超高壓線路的對地距離、絕緣配合和搖擺角等電氣參數要求，以同等使用條件為可比因素，本文對全V串，全I串，下相V串（圖3），中相V串（圖4）四種桿塔型式進行經濟性分析。

平頂山-白河500kV線路導線為4×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線，氣象條件為27m/s，10mm冰。根據工程實際條件，按照《110～750kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545-2010）對上述四種塔型進行鐵塔優化計算，計算結果見表1。

圖3

圖4

表1 四種塔型塔重比較表

全V塔三相導線橫擔比其他三種塔頭布置的導線橫擔要長2.0～4.0米，而且導線層間距比其他三種塔頭布置高2.5～3.0米。全V塔塔頭尺寸大，塔頭擋風面積增大，塔身主材因風荷載產生的應力增大，塔身主材的規格增大，塔重增加。全V塔層間距增加，導地線張力對塔頭每段主材產生彎矩增大，塔頭主材增加，塔重增加。另外，由于層間距增加，塔頭部分重量由于尺寸增加而增加，橫擔長度增加，橫擔重量由于尺寸增加也增大，綜合這幾項，全V塔塔重最重；由于全部采用V串，絕緣子數量較多，因此，全V串布置的本體投資最多，但其線路走廊相對較小，且采用V串后限制了導線風偏，減小了走廊寬度。

全I串、中相V串和下相V串三種桿塔橫擔長度和導線層間距稍有差別，但單基塔重基本相當，中相V串和下相V串桿塔由于局部采用了V串，絕緣子數量較全I串桿塔每基增加2支，因此，本體投資與全I串桿塔相比均有所增加；中相V串和下相V串桿塔由于采用V串，其邊導線最大水平距離與全I串相比有所縮減，因此，在單基桿塔本體投資分別增加2%和3%的情況，分別減少了線路走廊寬度17%和7%（見表2），提高了線路的單位輸送容量。

表2 四種導線邊導線最大水平距離比值

3 塔型選擇

根據以上分析，中相V串和下相V串比全V串和全I串有優勢，線路可根據具體情況進行選擇。中相V串和下相V串桿塔相比，桿塔重量、本體投資基本相同，邊導線最大水平距離中相V串稍小；在工程實際應用中，垂直排列的桿塔下相是交叉跨越的控制相，在山地風偏點等危險點也是下相導線控制，由于下相V串桿塔的下相采用了V型絕緣子串，限制了導線的風偏，有利于控制風偏后的凈空距離，且V型絕緣子串由于絕緣子傾斜，一定程度上可減小桿塔呼稱高，在跨越林區時能夠減小線路走廊，減小樹木砍伐量。綜上所述，中相V串和下相V串兩種桿塔型式線路走廊較窄，本體投資較小，單位輸送容量高。

在工程建設中，山區段線路林木茂密，為保護生態環境，應盡量減少樹木砍伐。山區段線路走廊一般不受限制，但仍應盡可能減少線路走廊；山區線路除了需要滿足導線對地垂直距離外，還需注意邊線風偏時對地或對樹的凈空距離。綜合以上因素，在山地段推薦下相為V型絕緣子、中相和上相為I型絕緣子的直線鐵塔。平地地區一般是經濟發展的重點地區，人口稠密，走廊狹窄，平地段推薦采用中相為V型絕緣子、下相和上相為I型絕緣子的直線鐵塔。

4 塔型應用分析

平頂山-白河500kV雙回線路起自平頂山香山500kV變電站，止于南陽白河500kV變電站，線路位于平頂山市和南陽市境內，途經寶豐縣、平頂山市、魯山縣、方城縣和南陽市。該線路由單、雙回路組成，其中單回路長16.873km，雙回路長97.643km；導線為4×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線；鐵塔282基；沿線平地占55%，山區占45%，交通情況良好。

根據工程實際情況，直線塔在山地采用下相V串，上、中I串的新塔型，以降低塔高0.5～1.0米，減少投資。在有效控制走廊寬度的前提下，提升導線高度，節約了塔材，較好限制了下相導線風偏，減少了邊坡開方。

平地地區應考慮節約土地資源，為未來發展留下盡可能大的空間，同時盡可能地降低本體投資。在平丘地區采用中相V串，上、下I串的新型雙回路直線塔，鐵塔較通常的3相I串塔型可減少走廊寬度2～3米，占用走廊面積窄、塔重輕、通道清理費用低。全線采用上述2種新型塔177基，根據2種新型塔型應用，節省項目總投資約800萬元。

綜上所述，在對中相V串、下項V串塔型分析和研究后，通過在平頂山-白河雙回500kV線路應用新型塔型，降低了沿線走廊，減少林木砍伐和房屋拆遷，節省了工程投資，即實現了經濟效益，又提高了社會效益。

［1］GB50545-2010.110kV-750kV架空輸電線路設計規范［S］.

［2］郭杰，蔡武軍.桿塔規劃及經濟檔距研究［C］.黑龍江慶云-雞西500kV設計競賽專題，2009（5）.

［3］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，2003.

Application Analysis of Medium-Phase and Low-Phase V Series TowerTypes in 500kv Double Circuit Transmission Line

Guo Jie Lei Guangjie Wen Yongqing
（Henan Electric Power Survey and Design Institute，Zhengzhou，Henan 450000）

With the continuous development of China's economy，there is bigger and bigger dependence on electricpower. At present in China 500 kV double circuit AC transmission lines tower and its affiliated facilities investmentaccount for about 40% of the investment on main body. Therefore，it is necessary to conduct an in-depth research onthe type of steel tower and tower type series. Aiming at optimal comprehensive index，safety and reliability，combinedwith design conditions and engineering topographic and geomorphic features，electrical and mechanicalcharacteristics of ultra 500 kV double circuit line，this paper analyzed and studied through a method of combiningmacro planning and micro planning，combined with domestic 500kV double circuit transmission line project，targetedat the arrangement of medium-phase V and low-phase V series，determined a reasonable project planning，reducedengineering investment and realized the transformation of the transmission line construction.

transmission line；500kV double circuit；medium-phase V series，low-phase V series；applicationanalysis.

TM863

：A

：1003-5168（2015）03-0140-3

2015-2-25

郭杰（1979.9-），男，碩士，高級工程師，研究方向；結構工程。