±800 kV特高壓直流線路跳線上繞耐張塔研究

吳慶華，劉文勛，李 健，趙遠濤，徐維毅，朱 焰

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

±800 kV特高壓直流線路跳線上繞耐張塔研究

吳慶華，劉文勛，李 健，趙遠濤，徐維毅，朱 焰

(中國電力工程顧問集團中南電力設計院，湖北 武漢 430071)

目前中國±800 kV直流線路耐張塔均采用下引跳線型式，即兩極導線通過掛在橫擔下的跳線進行接續。在山區下引跳線高度成為耐張塔高度的決定性因素，通常使得耐張塔呼高設計較高，甚至可能導致砍伐樹木及對地開方。綜合考慮塔型結構、跳線串型、跳線型式、空氣間隙及地線起暈場強等因素，研究±800 kV特高壓直流線路上繞耐張塔，并對其經濟效益和社會效益進行分析，達到保護環境及節能減排的目的，為后續±800 kV特高壓直流線路的耐張塔設計提供參考。

±800 kV直流線路;耐張塔;上繞跳線;經濟效益

0 引 言

目前國內±800 kV直流單回路耐張塔主要采用干字型鐵塔，兩極導線通過掛在橫擔下的跳線(以下稱下引跳線)進行接續，這種類型耐張塔在中國±800 kV直流輸電線路中已經有成熟的設計經驗。

圖1 下引跳線耐張塔

但下引跳線由于受到跳線串長、跳線弧垂、耐張串傾斜角等的影響，其帶電部分最低點比耐張塔導線橫擔低大約9 m，可能會造成因跳線對地距離不夠而對地開方或升高耐張塔，尤其是在山區，耐張塔高邊坡上側的跳線對地間隙的矛盾更加突出，如圖1所示的下引跳線耐張塔。 為解決耐張塔下引跳線對地間隙矛盾，以溪洛渡—浙西±800 kV直流輸電工程為例，研究上繞跳線耐張塔，達到節約投資、減少樹木砍伐和土石開方及提高線路運行可靠性的目的，給后續±800 kV特高壓直流線路耐張塔設計提供參考。

1 跳線上繞布置

跳線上繞布置的原則是：將耐張塔的極導線從橫擔上方引流，使跳線不成為耐張塔塔高的控制因素，從而避免因跳線對地距離不夠而升高桿塔、砍伐樹木或對地開方。具體布置方法為：參考交流線路中相繞跳的方式，在地線橫擔的外側，仿照交流線路中相繞跳架，安裝極跳線架；上繞跳線借助該跳線架上懸垂絕緣子串的支持，自小號側耐張線夾引流至大號側耐張線夾。根據工程條件和要求，可采用雙極跳線上繞和單極跳線上繞兩種型式。圖2所示為雙極跳線上繞耐張塔，可應用于林區；圖3所示為單極跳線上繞耐張塔，可應用于單側高邊坡地形。

圖2 雙極跳線上繞耐張塔示意圖

圖3 單極跳線上繞耐張塔示意圖

2 跳線上繞耐張塔塔頭設計

1)導線橫擔長度選取

橫擔長度的確定以導線耐張線夾出口對塔身間隙、跳線對塔身間隙及電磁環境要求的雙極導線距離為控制條件，對于0°～20°轉角耐張塔，耐張塔內、外側極導線橫擔長度可分別取9 m、10 m。

2)上繞跳線橫擔長度選取

上繞跳線橫擔長度為跳線串離塔中心的水平距離，其設計原則是保證跳線在大風、操作過電壓下對塔身的間隙滿足要求，需綜合考慮耐張串位置、耐張串下傾角、轉角度數等因素的影響。跳線橫擔長度太長，增加了塔重；跳線橫擔太短，上繞跳線對塔身的間隙緊張。

3)上繞跳線支架長度選取

跳線支架的主要作用是給上繞跳線絕緣子串提供懸掛支撐，同時使得耐張線夾出口-跳線線夾1檔跳線遠離塔身。跳線支架過長，會導致上繞跳線中間檔的跨距及弧垂較大，造成跳線對導線橫擔上平面的間隙緊張；跳線支架過短，會使得耐張線夾出口-跳線線夾檔的跳線靠近導線橫擔，造成間隙緊張。

4)上繞跳線支架高度選取

上繞跳線支架高度是指上繞跳線支架到導線橫擔下平面的垂直距離，上繞跳線支架高度需綜合考慮跳線串長、跳線弧垂及跳線對導線橫擔間隙的影響。

3 上繞跳線方案選擇

上繞跳線可以采用V型和I型絕緣子串懸掛。采用V型絕緣子跳線串時，跳線橫擔長約18 m，相比于采用Ⅰ型絕緣子跳線串10 m左右的跳線橫擔長度，大大增加了跳線支架本體費用；且跳線支架結構復雜，不利于施工及運行維護：因此，上繞跳線推薦采用Ⅰ型絕緣子串方案。

采用Ⅰ型絕緣子串的跳線方案主要有雙Ⅰ型絕緣子串+軟跳線、三Ⅰ型絕緣子串+軟跳線和雙Ⅰ型絕緣子串+硬跳線3種型式，分別如圖4(a)、(b)、(c)所示。

結合以上3種跳線方案的風偏計算、間隙校核，以0°～20°轉角耐張塔(呼高39 m)為例，進行塔頭設計及技術經濟比較，耐張塔內角側的跳線方案比較如表1所示。

從表1中可以得出：

1) 雙串+硬跳線的風偏擺動最小，因此，其要求的跳線橫擔長度最短，分別比雙串+軟跳線和三串+軟跳線的橫擔長度短1.5 m和0.8 m；

2) 雙串+硬跳線的弧垂最小，因此，其要求的跳線橫擔高度最低，分別比雙串+軟跳線和三串+軟跳線的橫擔高度低1.3 m和0.3 m；

3) 在跳線本體費用比較上，雙串+硬跳線最高，雙串+軟跳線最低，三串+軟跳線適中；

4) 在桿塔本體費用比較上，雙串+硬跳線最低，雙串+軟跳線最高，三串+軟跳線適中；

5) 綜合跳線本體費用及桿塔本體費用，三串+軟跳線的費用占優。

通過以上對0°～20°上繞跳線耐張塔內角側進行的塔頭設計及技術經濟比較，推薦采用三I型跳線串+軟跳線方案,跳線橫擔長度約為10 m，跳線橫擔高度約為61.5 m，跳線支架長度約為12 m。

圖4 不同上繞跳線方案示意圖

項 目Ⅰ型絕緣子串雙跳線串+軟跳三跳線串+軟跳雙跳線串+硬跳大風工況跳線風偏角/(°)555555跳線串風偏角/(°)282522對塔身間隙/m2.32.32.3操作過電壓跳線風偏角/(°)232323跳線串風偏角/(°)876對塔身間隙/m7.056.265.7跳線橫擔長度/m11.5109.2跳線橫擔高度/m62.561.561.2跳線支架長度/m12128跳線串費用差額/元-26574-180290桿塔本體費用差額/元20842114920總費用差額/元-5732-65370

同樣，對0°～20°上繞跳線耐張塔外角側進行塔頭設計及技術經濟比較，結論與內角側一致，也推薦采用三I型跳線串+軟跳線方案。

4 上繞跳線方案的經濟性分析

從耐張塔受力荷載角度來看采用跳線上繞布置后，上繞跳線耐張塔與同呼高的常規型下引耐張塔相比，導線垂直、水平、縱向負荷沒有變化，僅僅地線支架多出了上繞跳線和3串跳線串的負荷，對耐張塔負荷幾乎沒有顯著影響。

根據計算列出兩種型式耐張塔最終塔材指標情況，如表2所示。表中JC27151A為跳線下引耐張塔，JC27151B為雙極跳線上繞布置耐張塔。

從相同呼高耐張塔的鋼材指標比較來看，上繞跳線耐張塔比下引跳線耐張塔平均增加3.67 t鋼材，但是考慮到下引跳線耐張塔的“V”型跳線絕緣子串等效串長約9 m，呼高為39 m的上繞跳線耐張塔JC27151-39B可等效于呼高為48 m的下引跳線耐張塔JC27151-48A，塔材將節省10.36 t

表2 上繞跳線耐張塔與下引跳線耐張塔的鋼材指標比較

注：表中括號內“等效*m”指的是上繞跳線耐張塔所等效使用的下引耐張塔呼高

結合跳線自身的比較，將跳線下引耐張塔與相同呼高的跳線上繞耐張塔、等效呼高的跳線上繞耐張塔進行技術經濟比較，見表3。

表3 上繞跳線耐張塔與下引跳線耐張塔的技術經濟比較

從表3中可以得出：1)相同呼高的跳線上繞耐張塔與跳線下引耐張塔相比，雖然塔重有所增加，但跳線費用節約較大，在總費用上可節約2.08萬元；同時由于提升了跳線對地高度約9 m，在工程應用中，可大量減少樹木砍伐和土石開方。

2)等效呼高的跳線上繞耐張塔與跳線下引耐張塔相比，桿塔可節省投資約11.62萬元。

綜上所述，上繞跳線耐張塔既能避免砍伐樹木和對地開土方，滿足環保要求，也能避免大代價升高桿塔，節省線路造價，對環境保護及降低工程造價有重要意義。

5 地線起暈場強校核和防雷性能研究

跳線上繞后，跳線與地線之間的垂直距離較近，約為14 m，有可能產生地線起暈的情況，因此有必要對地線表面場強進行計算。根據計算結果，表面最大標稱場強Eo為13.82 kV/m,Eo/Em=0.68，滿足限制起暈要求。根據中國電力科學研究院對向家壩—上海±800 kV直流線路華東地區的F型桿塔的電暈測量結果，當導、地線距離為14 m時，導、地線無明顯電暈現象。

跳線上繞后，避免了耐張塔高邊坡側跳線過于靠近地面，增加了地面屏蔽效果，降低了線路繞擊范圍，提高了線路運行可靠性，同時地線對導線保護角滿足規程要求。

因此可以認為，跳線上繞后的導、地線距離滿足限制起暈要求；地線保護角滿足規程要求，防雷性能有所改善。

6 總 結

針對現有±800 kV直流線路耐張塔跳線可能存在對地距離的問題，結合工程實例，研究上繞跳線布置，設計耐張塔塔頭結構，比較選擇上繞跳線方案，計算校核跳線上繞后導地線電暈以及分析跳線上繞后帶來的經濟性，結論如下：

1)跳線上繞后，±800 kV直流線路耐張塔可大幅度提升跳線高度，從而達到降低塔高或減小樹木砍伐及跳線對地開方的目的。

2)結合不同上繞跳線方案的風偏計算、對塔身的間隙校核，對0°～20°轉角耐張塔JC27151B-39進行塔頭設計及技術經濟比較，推薦采用三I型跳線串+軟跳線。

3)上繞三I型跳線串+軟跳線耐張塔JC27151B-39的跳線橫擔長度約為10 m，跳線橫擔高度約為61.5 m，跳線支架長度約為12 m 。

4)跳線上繞后的導、地線距離約為14 m，滿足限制導、地線起暈的要求；地線保護角滿足規程要求，防雷性能有所改善。

5)相同呼高、等效呼高的跳線上繞耐張塔與跳線下引耐張塔相比，分別可節省投資約2.08萬元、11.62萬元，跳線上繞對降低工程投資、環境保護及節能減排具有重要意義。

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At present, ±800 kV UHVDC tension towers in China all adopt the down jumper, that is, the bipolar lines are connected with the jumper hanging under the cross-arm in this situation. The down jumper in mountain area may let its height become the crucial factor for the height of tension tower, which leads to the raise of the height of tension tower and even cause the timber cutting and excavation of ground to be inevitable. Considering the tower structure, jumper string type, jumper type, air gap，critical corona field of ground wire and other factors, a new design of upper jumper is proposed for ±800 kV UHVDC tension tower. With its economic and social benefits, the upper jumper can provide a reference for the design of the following ±800 kV UHVDC tension towers.

± 800 kV UHVDC transmission line; tension tower; upper jumper; economic benefits

TM75

A

1003-6954(2017)01-0047-04

2016-10-08)

吳慶華(1962)，教授級高工，從事輸電線路設計。