500 kV雙回路直線塔的串型組合研究

趙紀倩，張瑞永，陶禮學

(中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102)

1 概述

我國目前500 kV雙回路直線塔主要采用三層橫擔、導線垂直排列的“鼓型”或“傘型”鐵塔，應用廣泛，設計技術成熟，國網通用設計采用的也是該種導線布置型式。同時，現有雙回路直線塔一般采用“6I”或“6 V ”型的單一串型，采用I、V混合型串的雙回路直線塔較少。隨著國民經濟發展，部分輸電線路工程的通道拆遷也成為和輸電線路本體一樣對線路工程造價具有重大影響的因素。不同的串型組合可能會對線路本體造價和走廊寬度具有不同的影響，近年來的部分工程，設計單位針對本體或者線路走廊進行優化設計，提出了“VIV”等混合組合串型的直線塔，但尚未有文獻對500 kV雙回路直線塔可能采用的各種串型組合型式進行全面的梳理對比和優化設計。本文針對典型500 kV雙回路直線塔可能采用的各種串型組合方式進行了詳盡的對比，得出了不同串型組合型式桿塔的優劣點，旨在為今后的500 kV輸電線路設計提供借鑒。

2 桿塔設計輸入條件

2.1 導、地線型號

為使本文討論更具代表性，本文桿塔設計導線采用在500 kV輸電線路廣泛采用的鋼芯鋁絞線4×JL/G1A－400/35，地線一根采用OPGW－150，另一根采用普通地線，型號為JLB40－150型鋁包鋼絞線。

2.2 氣象條件

本文桿塔設計采用的風冰組合為30 m/s風，10 mm覆冰。

2.3 桿塔使用條件

500 kV輸電線路桿塔的檔距系列規劃已經比較成熟，本文在典型塔型的規劃條件上進行討論，水平檔距500 m，垂直檔距700 m。

2.4 導線布置型式初選

我國目前雙回路塔主要采用三層橫擔導線垂直排列的塔型，由于所占線路走廊較小，因此廣泛使用，國網通用設計采用的也是該種導線布置型式。以往曾有設計單位就同塔雙回路桿塔提出“三角排列”或“倒三角排列”的導線布置型式，見圖1。

圖1 同塔雙回500 kV線路導線部分水平排列的布置型式

采用導線部分水平排列后塔重雖略有減少，但走廊寬度增加很多，且運維相對不方便，在安全性上并不占優，因此本文導線排列方式仍在采用三層橫擔導線垂直排列的基礎上進行對比與優化設計。

其余絕緣配合、空氣間隙等輸入條件按照《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》(GB 50545—2010)執行。

3 直線塔串型組合

3.1 不同串型組合型式

對于導線垂直排列的500 kV雙回路直線塔，上下相鄰導線需有一定的水平偏移，往往會采用中相導線向外側偏移的鼓型排列方式，且多為I串懸掛。為尋求最優的串型配置方式，以典型直線桿塔為例，在串型選擇上做了以下幾種組合見圖2。

由圖2可以看出，前四種串型配置方案的導線排列方式依然為鼓型排列，中相導線為保持與上下相的水平偏移向塔身外側偏移，導致中相導線間隙圓與塔身有較大距離，導線荷載作用點距塔身較遠，一定程度上不利于控制塔重。而上中下相橫擔分別采用IVI型串的方案，中相導線采用向塔身側偏移的方式，導線排列為纖腰型，各相導線布置均較緊湊，合理的利用了空間。

圖2 三層橫擔導線垂直排列的不同串型組合

3.2 V串橫擔型式的優化

采用V串的橫擔為滿足卸載角要求，V串夾角較大，為滿足導線距上層橫擔的間隙要求，V串橫擔較長，且需在塔身上新增節點。以圖3中采用6V型串的塔型為例，共需要增加6個節點，導線懸掛點布置方式不夠科學，會增加塔重。基于以上因素，可對懸掛V串的橫擔進行優化設計，見圖3。

圖3 雁翅型橫擔結構

橫擔下側采用魚腹式結構以滿足間隙要求，同時這種橫擔結構平均厚度小于常規橫擔結構，且不用新增節點，據初步測算，每支橫擔約比常規橫擔節約塔材3%，除此之外，采用“雁翅”型橫擔的塔型塔頭高度也略小于常規塔型。為使導線懸掛方式的對比更有意義，把采用V型串的橫擔都優化為此種結構，見圖4。

圖4 采用“雁翅”型橫擔的塔頭

3.3 塔頭尺寸對比

以典型桿塔的設計條件，5種塔型塔頭尺寸對比見表1。

從塔頭尺寸比較可知：

(1)5種塔型塔頭高度相差不是很大。

(2)對于導線成鼓型排列的塔型，以3I串型塔最優；在下相采用V串雖可減少場強控制拆遷的范圍，但塔重不具優勢；在上相采用V串更不具有優越性。

表1 種塔型塔頭尺寸對比

(3)采用IVI型串布置的塔型，可以使中相導線向塔身側水平偏移，導線成纖腰型排列，導線布置非常緊湊，空間利用率較高。纖腰型導線排列方式較鼓型排列更具優勢。

(4)幾種串型組合型式的優缺點見表2。

表2 不同串型組合優劣

3.4 桿塔經濟型對比

本文所討論的各種塔型各相導線懸掛高度相差不大，導地線荷載相當，區別主要反應在因橫擔布置型式與長度、地線支架長度不同導致的塔重差異上。下面以SZ30102(42)的設計條件，對各種塔型在塔重、絕緣子用量等方面做一個比較，見表3。

表3 不同串型組合塔頭經濟性比較

根據表3分析，上中下相分別采用IVI型串的桿塔塔重最輕，約比3I型串節約1.8%，在綜合費用與走廊寬度上都有優勢，3V型串雖然走廊寬度最小，但塔重最高。因此綜合考慮桿塔經濟型和走廊寬度，V串橫擔采用“雁翅”型橫擔，導線采用纖腰排列方式的IVI型塔塔重最具優勢。

由于5種塔型導地線荷載相差不大，基礎作用力也相當，因此基礎耗用量不會有很大差別，在此不再做詳細論述。

按照典型桿塔設計條件計算，采用IVI型串的桿塔單基塔重約比3I型塔輕約約1.8%，考慮金具絕緣子的使用差價后，綜合費用單基約節省0.32萬元。以全長100k m線路為例，直線塔180基，采用IVI型桿塔總造價節省約58萬元，同時也可壓縮走廊寬度，減少拆遷。根據上文的論述，IVI型直線塔從經濟性和走廊寬度上比常規鼓型直線塔都具有明顯優勢。

3.5 桿塔電氣性能比較

由于導線纖腰型布置方式比鼓型排列方式更緊湊，導線間距離更小，為考量導線纖腰型布置方式電氣性能，下面對IVI型塔與導線鼓型排列中最具代表性的3I型塔在電氣性能上做出對比。

按主力塔型設計條件計算，導線相序排列采用相同的逆相序排列方式，相同設計條件的IVI塔和3I塔做電磁環境對比見表4。

表4 鼓型塔與纖腰型塔的電磁環境比較

由表4可知，采用纖腰型塔時，表面場強、無線電干擾與可聽噪聲值與鼓型塔相比增量很小，從電磁環境的角度纖腰型塔完全滿足要求。

4 直轉塔串型組合

直線轉角塔同耐張轉角塔相比，基礎混凝土及鐵塔鋼材用量小，且絕緣費用較低，具有一定的優越性，特別是在房屋密集、塔位較差、避讓重要設施等需用小角度改變線路走向的塔位，采用直線轉角塔不僅使線路路徑走線靈活，同時可延長耐張段長度，從而降低工程的造價，優化線路路徑，提高施工效率。直線轉角塔也有I串和V(L)串兩種掛線方式，I型串的優勢主要體現在轉角內側，在角度力作用下導線向遠離塔身側偏移，對保證電氣間隙有好處；V(L)型串的優勢體現在轉角外側，避免轉角外側導線在角度力作用下進一步靠近塔身。

當直線轉角度數較大時，外角側采用I串掛線方式會造成塔頭尺寸的大幅度增加，內角側采用I串時，可以縮短橫擔長度。如果懸垂轉角塔三相均采用L串掛線方式，綜合效果使得塔頭尺寸增加，從而導致塔重較重。經過經濟技術比較，推薦直線轉角塔內側采用ILI型串，外側采用3L型串，導線排列方式與普通直線塔一致，為纖腰型。采用全L串的直轉塔與轉角內側采用ILI串，轉角外側采用3L串的直轉塔的塔頭對比見圖5。

圖5 直轉塔塔頭對比

該種型式的直轉塔塔重約比采用3L型串的直轉塔節約0.5%。

5 結論

本文針對500 kV雙回路直線桿塔的串型組合做了全面對比分析，在典型的設計輸入條件下得出以下結論，供輸電線路桿塔設計參考：

(1)500 kV雙回路直線塔可不必拘泥于3V或3I型的單一化串型設計，可根據工程實際中的通道清理投資與本體投資的配比合理的進行串型組合，以達到工程投資最低的效果；

(2)導線呈纖腰型布置的IVI串型組合的直線塔本體投資最低，走廊寬度僅大于3V串型組合，遠小于其他串型組合型式，在今后的工程設計中可作為優先考慮的串型組合方案；

(3)直線轉角塔的轉角內外側的串型也可采用差異化設計，以發揮I、V型串的優勢，達到降低塔重，節約投資的目的。

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