變電站雙層門架與出線終端塔對接優化設計

蔣 劍，李 毓，戶世偉

(中國能源建設集團甘肅省電力設計院有限公司，甘肅 蘭州 730050)

隨著城市發展，負荷快速增長，以及新能源大規模接入，造成330 kV變電所出線規模不斷增加，多達二三十回，從而使得變電所的占地面積不斷增加，甚至所址選擇都非常困難，變電所布置因此開始采用部分雙層出線門型構架，以減小變電所占地面積，其中雙層門型構架有不連續設置的，有兩組或三組連續設置的，與之配套的雙回路終端塔(或雙層終端塔)一直未能找到很好的解決方案，從而限制了雙層門型構架的推廣速度。針對該問題，設計新型雙回路終端塔的需要迫在眉睫。

1 工程實例

1.1 變電站采用雙層出線門型構架的經濟性

西北某750 kV變電站330 kV出線共23回出線，方案一未采用雙層出線，330 kV配電裝置尺寸為438.5 m×123.5 m。方案二330 kV配電裝置采用5個雙層出線架，330 kV配電裝置尺寸為366 m×123.5 m，橫向長度由438.5 m壓縮到366 m，330 kV配電裝置占地面積減少了8954 m2，降幅達16.5%。可見推廣采用雙層出線門型構架對減少占地面積的積極作用。

1.2 目前線路采取的對接方案

由于雙層出線門架方案近年來不斷推廣，但與之配套的、統一的出線終端塔沒有一個系統完善的研究，方式眾多，但都不同程度的表現出經濟性差、工藝性差、安全性差、標準化差的特點。以下例舉幾個典型做法：

(1)目前對于相鄰連續兩組雙層門型構架多采用同塔四回路出線，其安全性要求高，造成四回路終端塔投資高，另外為分期施工及運行維護帶來極大的困難，而單獨一組雙層構架則一致未找到很好的解決辦法，多從同塔四回路改造而來，或者與緊鄰的一個單層構架組合為一個三回路，也從四回路改造而來，其經濟性、安全性及工藝的美觀性均無法保證。

(2)另外還有一些工程，既要滿足壓縮占地面積采用獨立雙層門型構架，又要滿足出線各項技術要求，不得已而采用雙層門型構架左右錯位布置，折中處理。

(3)還有一些工程，直接采用常規鼓型雙回路終端塔，兩回線按雙三角布置，運行部門為了方便區分回路，將6個橫擔噴涂兩種不同顏色，以示區分。

(4)還有一些工程，在輸電線路相序正好特殊排列條件下，可直接采用常規雙回路終端塔，這種情況很難遇到，一般條件下不能滿足進線要求的，使得使用范圍大大受限。

(5)另外還有一些工程采用的雙回路終端塔，兩個回路不夠清晰，違反運行習慣，造成在運行過程中出現電擊事故。

目前針對變電所雙層出線門型構架，設計出一種新型雙回路終端塔，使得回路清晰，結構簡單，受力和傳力清晰，經濟性好、安全性好、適用廣泛，對雙層門架的推廣應用起到很好的推動作用。

2 設計方案對比分析

2.1 方案基本技術要求

(1)回路清晰。

(2)滿足進線檔相導線線間安全距離。

(3)塔重指標較優。

(4)電磁環境較優。

(5)鐵塔結構簡單，受力和傳力清晰。

2.2 方案比選

滿足以上基本要求的塔型初步遴選了以下六個方案見圖1，方案對比見表1。

圖1 塔型方案

表1 塔型方案比較

通過以上分析比較可以看出，方案二經濟性較差，方案三回路不夠清晰，運行部門反對使用，方案一和方案六不滿足調相功能，方案四和方案五實際上是同一方案，只是根據不同需要的兩種不同使用方式，因此推薦采用方案五。

3 新型終端塔回路布置

兩回路布置方式見圖2。

圖2 兩回路布置方式

本新型雙回路終端塔采用“上”字型與“下”字型上下組合型式，“上”字型在上，“下”字型在下，塔型這樣布置可根據需要即可用于上下回路布置，也可用于左右回路布置，使用上靈活。回路布置清晰，且符合運行維護習慣，不會因回路模糊，造成運行人員爬錯相導線，發生觸電事故。該新型雙回路終端塔采用四層橫擔，最上層和最下層短橫擔各采用1 m的外伸跳線支架。該新型雙回路終端塔中間兩層場橫擔左右對稱布置，上層橫擔較下層橫擔的長度每側短1.5 m，形成正梯形布置。

3.1 新型終端塔與常規雙回路終端塔調相比較

當推薦方案采用左右兩側布置時能夠滿足相序調整的要求。相序調整可在進線檔上進行相序調整，調相時進線檔不能出現因導線交叉，而造成相導線間距不滿足要求。

新型終端塔與常規終端塔見圖3。

圖3 新型終端塔與常規終端塔

目前個別工程終端塔仍然采用常規同塔雙回路鼓型塔，以下將新型終端塔和常規終端塔進行相序排列方案的對比。

由于在終端塔上兩回線路為左右布置，而變電所門型構架為上下層布置，勢必造成進線檔相導線存在交叉現象，嚴重時存在相間距離不滿足空氣間隙要求的限值。以下針對新型終端塔和常規終端塔進行相序排列的比較，篩選出那些相序排列時不滿足技術要求，兩回線路共6相，可排列組合出36種相序排列。

假定條件：

(1)面對雙層門架相序從左向右均為ABC(相序從左向右均為CBA時規律相同)。

(2)面對雙層門架，雙回路終端塔右側一回接上層門型構架，左側一回接下層門型構架(上下層互換時規律相同)。

(3)當僅用一基雙層終端塔時，為了保證兩回線路分支時的回間距離及組塔安全距離滿足要求，考慮同方向一回90°轉角，另一回60°轉角，綜合角度按75°設計；為了保證上下回路朝不同方向走線時，塔身產生的最大扭矩滿足要求，考慮不同方向一回60°轉角，另一回60°轉角，綜合角度按0°設計。

(4)當雙層門型構架采用左右兩個正三角形布置時，可直接采用常規雙回路終端塔。

新型終端塔在各種相序布置情況下，相間距離滿足要求情況見表2。常規終端塔相序布置滿足情況見表3。

表2 新型終端塔各相序布置滿足情況

表3 常規終端塔各相序布置滿足情況

對比分析：

常規雙回路終端塔為三層導線橫擔，由于始終存在三層導線交叉，因此大大降低了各種相序排列的滿足率，通過分析統計，在排列組合上兩回線路相序排列組合共計36種，按照工程應用情況分為三大類，分別是：同相序、逆相序、異相序，常規雙回路終端塔能滿足此條技術要求的相序排列共5種(其中兩相相導線側視圖存在交叉4種)，占13.8%，其中只能滿足同相序、異相序兩類，而不能滿足工程中大量使用的逆相序，另外兩相相導線側視圖存在交叉情況需要限值檔距使用，因此常規雙回路終端塔的使用范圍非常有限，不能滿足工程一般需求。該新型雙回路終端塔導線采用四層橫擔，左右回路僅有兩層導線存在交叉，因此大大提高了各種相序排列的滿足率，通過分析統計，在理論上兩回線路相序排列組合共計36中，新型雙回路終端塔能滿足此條技術要求的相序排列共24種(其中兩相相導線側視圖存在交叉11種)，占66.7%，且同時滿足了同相序、逆相序、異相序三類相序排列，由于在工程實際應用過程中，相序排列遠小于排列組合數量，且大部分是逆相序，因此該塔型的滿足率幾乎接近100%。

3.2 新型終端塔塔重比較

為了提高經濟性，一方面要降低終端塔的高度，降低耗鋼量，與相同呼高的同塔四回路終端塔相比，新型雙回路終端塔的重量僅為同塔四回路的38%，另一方面降低終端塔的高度，可減小最上層相導線的弧垂下壓值，以便更好的滿足帶電體對塔身的安全電氣間隙。

與同呼高的雙回路終端塔相比，新型雙回路終端塔的重量僅為常規雙回路終端塔的118%，塔高僅增加一層高度，高度增加不是太多。

3.3 新型終端塔電磁環境比較

計算條件：導線采用2×LGJ－300/40，海拔高度2000 m。新型終端塔與常規單、雙回路電磁環境指標見表4。

表4 新型終端塔與常規單、雙回路電磁環境指標

當不存在調相需求時，建議新型雙回路終端塔采用上下回路布置，這樣中間兩層長橫擔每一側均為同名相，由于兩相之間的相互屏蔽作用，使得新型同塔雙回路終端塔的電磁環境遠由于常規雙回路塔，指標與單回路相當，電磁環境得到極大優化。

3.4 新型終端塔結構特點

新型雙回路終端塔整體結構型式仍然采用常規多回路塔型結構，由塔柱和懸臂橫擔組成，結構簡單，傳力清晰，僅僅通過橫擔巧妙的錯位，滿足了雙回路與雙層門型構架的對接。

由于雙回路新型終端塔根據具體使用情況存在兩種可選擇的布置方式，對于上下回路布置方式，存在僅使用一基雙回路終端塔的情況，下一基桿位兩回線路一左一右分開走線，因此鐵塔結構要計算上段和下段的扭轉作用力。

3.5 新型終端塔與常規雙回路架設過度方案

很多工程為了節約線路走廊，常常同名線路或同方向線路采用同塔雙回路架設，采用該新型雙回路終端塔，兩回線路采用左右布置，可直接與下一基常規雙回路對接，兩回線路相導線側視圖及俯視圖均不存在交叉現象，滿足工程要求。新型終端塔與常規終端塔對接見圖4。

圖4 新型終端塔與常規終端塔對接

4 結論和建議

本文是針對330 kV電壓等級提出解決方案，但該成果可推廣至110 kV及500 kV電壓等級。為變電站節約用地提供技術支撐。

4.1 新型終端塔的特點

(1)本新型雙回路終端塔采用“上”字型與“下”字型上下組合型式，塔型這樣布置可根據需要即可用于上下回路布置，也可用于左右回路布置，使用上靈活，回路布置清晰，符合運行維護習慣。

(2)塔重僅占常規四回路的38%，經濟性好，分期施工及安全性比四回路提高。

(3)相序排列的種類齊全，可通過適當調節，滿足工程一切情況，適用范圍廣。

(4)與常規同塔雙回路塔對接便利。

(5)鐵塔由塔柱和懸臂橫擔組成，結構簡單，傳力清晰，

4.2 使用方式建議

(1)若無需調相，建議采用上下兩個回路布置，電磁環境最優。

(2)需要調相時，兩個回路采用左右布置，注意相序排列調整，以滿足進線檔相間距離要求。

(3)若兩回線路全線采用同塔雙回路架設時，可經一基新型雙回路終端塔與常規雙回路塔對接，經濟性好。

(4)最上及最下單側橫擔盡量放置在內角側。

[1] 賈云輝．750 kV張掖變330 kV配套送出工程初步設計[R]．蘭州：甘肅省電力設計院，2016．

[2] 張殿生．電力工程高壓送電線路設計手冊第二版[M]．北京：中國電力出版社，2003．

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