電纜終端桿塔及終端站在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

朱景林

( 上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200001)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，用電量與日俱增，輸電線路在電能輸送中起著舉足輕重的作用。但城市土地資源卻日趨緊張，同時人們對環(huán)境的要求也不斷提高，與以往的架空線路相比電纜具有供電可靠性高，有利于美化城市以及對環(huán)境的電磁干擾很小，對人身比較安全等諸多優(yōu)點，因此得到廣泛的推廣應(yīng)用。但由于考慮到電纜投資額相對較大，對地下空間資源要求高，故目前電網(wǎng)建設(shè)中電纜仍未完全取代架空線路，一些線路在改造成電纜時考慮到費用問題仍保留部分架空線路。綜合以上原因，城市電網(wǎng)中電纜架空混合線路也日益增多，而在架空線和電纜線路的交界點，需要有相應(yīng)的電氣設(shè)備將其連接。考慮到城市中運行、檢修和維護的需要，一般采用終端桿塔的形式進行連接，對于電壓等級較高、重要性較高的線路，甚至采用電纜終端站的形式進行轉(zhuǎn)接[1]。

目前主要的架空、電纜混合線路主要集中在220kV 及以下線路中。根據(jù)廣泛調(diào)研，目前國內(nèi)參照的規(guī)范主要有GB50217《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》、DL/T5221《城市電力電纜線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定》、GB50060《3 ～110 kV 高壓配電裝置設(shè)計規(guī)范》等，但還沒有專門的規(guī)程、規(guī)范等系統(tǒng)詳細的指導(dǎo)終端站(桿塔)的設(shè)計，各地運行單位要求也各不相同，導(dǎo)致終端站(桿塔)形式各異，一定程度上不利于統(tǒng)一管理、運行、維護等。本文調(diào)研國內(nèi)常用的110 kV、220 kV電纜終端站、塔、桿的實際應(yīng)用情況，并進行技術(shù)總結(jié)。

1 典型電纜終端桿塔及終端站形式

1.1 電纜終端桿

電纜終端桿在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用范圍非常廣泛，尤其在110 kV 及以下線路中，根據(jù)調(diào)研結(jié)果整理了6 種典型電纜終端桿[2]，如圖1、表1 所示。

圖1 電纜終端桿典型方案圖

表1 電纜終端桿適用特點一覽表

1.2 電纜終端塔

電纜終端塔在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用也很廣泛，尤其在110 kV 及以上線路中，根據(jù)調(diào)研結(jié)果整理了4 種典型電纜終端桿，如圖2、表2 所示。

表2 電纜終端塔適用特點一覽表

圖2 電纜終端塔典型方案圖

1.3 電纜終端站

電纜終端站在城市電網(wǎng)中的應(yīng)用主要在220 kV 及以上線路中，根據(jù)調(diào)研結(jié)果整理了6 種典型電纜終端桿[4]，如圖3、表3 所示。

圖3 電纜終端站典型方案圖

表3 電纜終端站適用特點一覽表

2 終端站(桿塔)的技術(shù)研究

2.1 選址原則

110 kV 及以上電壓等級的電纜終端站(桿塔)在選址時應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、呈現(xiàn)規(guī)劃、征地拆遷等要求進行全面的綜合考慮。另一方面，在選址時，要在滿足功能性的基礎(chǔ)上，充分考慮運行、維護的便利性，通過技術(shù)經(jīng)濟比較和效益分析，選擇最佳的位置。

2.2 布置原則

電纜終端站(桿塔)的布置方案應(yīng)與現(xiàn)狀混合線路的整體建設(shè)方案及區(qū)域的規(guī)劃相協(xié)調(diào)，結(jié)合運行、施工的需要，統(tǒng)籌規(guī)劃合理布置。

終端桿塔宜設(shè)置平臺，平臺上應(yīng)留有檢修和運行空間，平臺四周宜設(shè)置圍欄，且應(yīng)滿足規(guī)程中相對地的要求。對于不設(shè)置平臺的終端塔，應(yīng)在塔身規(guī)劃時考慮設(shè)備的安裝和運行檢修的措施。通過調(diào)研情況的分析，一般情況各地的110 kV 電纜終端桿塔均不會做的很高，而且在平臺設(shè)置、導(dǎo)線引下、電纜敷設(shè)等方面均和終端桿塔的高度有關(guān)，終端桿塔高度的增加對有些形式的終端桿塔會帶來影響，且很不利于運維。很多城市電網(wǎng)均出現(xiàn)過戶外終端因大風發(fā)生偏斜，僅靠電纜自重維持的情況，極不利于混合線路的安全運行。因此，110 kV 終端塔高度不宜超過35 m，220 kV 終端塔不宜超過45 m。

終端站內(nèi)應(yīng)設(shè)置道路滿足運行、檢修、施工的要求，終端站的主通道宜設(shè)置成環(huán)形，如條件困難時，應(yīng)具備回車條件。站內(nèi)道路和大門設(shè)置應(yīng)與周邊道路相結(jié)合，道路路面宜采用水泥混凝土或瀝青路面。考慮到終端站一般應(yīng)用在220 kV 的線路中，220 kV 線路作為城市電網(wǎng)的主干網(wǎng)往往重要性等級較高，終端站的防護圍墻高度不應(yīng)小于2.5 m 的實體墻，圍墻上是否裝設(shè)電子圍欄需根據(jù)當?shù)剡\行習慣等要求確定。

2.3 設(shè)備布置

終端塔的電氣設(shè)備的布置宜設(shè)置在塔身平臺上，考慮到電纜敷設(shè)時轉(zhuǎn)彎半徑、剛性固定等的要求，平臺高度宜離地大于6 m，但不建議平臺設(shè)置的高度大于10 m，如果不能滿足，需進行論證，保證電纜的軸向受力、戶外終端上連接導(dǎo)線的風荷載對戶外終端受力情況的影響，設(shè)備布置需滿足電氣安全性的要求。

終端站設(shè)備布置可參照緊湊式變電站布置，盡量減小空間，滿足功能需要即可。

電纜終端頭是設(shè)備布置中的重點，在和架空線連接中盡量考慮減少終端部分的受力，避免電纜終端頭的故障，在條件允許時可以考慮用橫擔式絕緣子等方式減小導(dǎo)線的各類荷載。

2.4 電纜平臺原則

電纜登塔和電纜登桿可采用兩種平臺布置形式：自帶平臺式，獨立平臺式[6]。

2.4.1 桿塔自帶平臺

電纜支架平臺安裝位置的確定首先需方便電纜終端頭、避雷器的安裝、運行及檢修。同時還要考慮到電纜終端塔的結(jié)構(gòu)布置、傳力要求，本著盡量減少對原有終端塔的受力影響的原則。在電纜終端塔上安裝電纜終端支架時，將支架上平面位置選定在對地6 ～10 m 左右的橫隔面處，即塔腿上部第一節(jié)塔身處。支架下平面斜撐點選定在該塔身段下平面處，如圖4 所示。

圖4 整體平臺示意圖

選擇在這個位置安裝電纜終端支架，對地距離適中，即可以保證終端支架和設(shè)備不被外力破壞，也可方便電纜終端頭、避雷器的安裝、運行及檢修；同時，支架所受風荷載小，對鐵塔受力影響小；支架對塔身傳力處設(shè)有橫隔面，滿足了鐵塔設(shè)計要求(在有荷載作用的截面、變截面處需設(shè)置橫隔面)。

電纜終端頭、避雷器的重量比較小，所以，支架所承受的荷載主要是支架自重，和安裝、檢修時的活荷。由于電氣間隙的要求。支架的平面尺寸較大。同時，終端頭、避雷器較高，且必須保持穩(wěn)定，因此，在滿足支架的強度和剛度的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定性有較高的要求。為了節(jié)省材料和降低造價，支架平臺宜采用等肢角鋼。支架上安裝終端頭、避雷器采用在平臺上安裝底座的方式。

2.4.2 獨立平臺

由于前一種型式，平臺自身荷載加上終端頭、避雷器等荷載，整體較重，會引起鐵塔下部主材與斜材的整體規(guī)格上升，造成塔重上升。也可考慮平臺與終端塔分離的型式。平臺在地面處獨立設(shè)置，每個平臺上設(shè)置一個終端頭或終端頭加避雷器，這樣可減小平臺承受的荷載量，以達到節(jié)省鋼材的目的。平臺側(cè)面設(shè)置爬梯，以方便檢修與維護，如圖5 所示。

圖 5 分離平臺示意圖

3 依托工程案例

在上海地區(qū)某220 kV 線路工程中，利用老線路走廊，設(shè)計2 回220 kV 架空、電纜混合線路，并利用原220 kV 走廊單側(cè)掛線。由于擬建的兩座終端站位于上海市普陀區(qū)的真如公園內(nèi)，為附近居民休閑娛樂的重要場所。由于在該公園內(nèi)新建兩座終端站(尺寸為23 m×30.8 m×2 m)，需要的用地面積大，將可能會影響到公園的功能性，如圖6 所示。建設(shè)單位與政府部門的多次溝通，建議采取新設(shè)計方案，在保證功能性的基礎(chǔ)上，有效縮小終端站尺寸。經(jīng)過設(shè)計比選，考慮采用電纜終端塔方案。從塔頭形式、導(dǎo)線引下形式、終端平臺、電纜支架系統(tǒng)方面進行深化設(shè)計。

圖 6 案例工程平面示意圖

3.1 塔頭結(jié)構(gòu)

在塔頭結(jié)構(gòu)上，基于220 kV 雙回路塔頭基于普通220 kV 雙回路耐張塔改進而來，其中上相背著線路側(cè)新建T 接橫擔，用作上相的跳線掛點位置；中相橫擔向外挑出加長，作為中導(dǎo)線的引下掛點；下導(dǎo)線橫擔不做處理。塔頭正視、側(cè)視，如圖7 所示。

圖7 塔頭示意圖

3.2 導(dǎo)線引下形式

本工程引下導(dǎo)線采用2×JL/LB1A-630/45，導(dǎo)線采用JB-6 并溝線夾將雙分裂導(dǎo)線固定，以減少雙分裂導(dǎo)線的等效半徑，在不增加塔頭、引下形式的基礎(chǔ)上，充分增大相—相，相—地之間的距離。

3.3 電纜支架系統(tǒng)

本工程中的電纜支架采用“頂天立地”，垂直式的電纜支架系統(tǒng)，支架采用獨立基礎(chǔ)，上端與平臺相連，支架之間采用2 ～3 檔橫擔固定，以充分穩(wěn)固電纜支架，以防止獨立支架的不均勻沉降導(dǎo)致戶外終端與電纜連接面的電氣障礙，如圖8 所示。

圖8 電纜支架系統(tǒng)示意圖

3.4 終端平臺

終端平臺根據(jù)塔身節(jié)點的設(shè)置，選擇在距離地面9 m 的高度處，平臺對稱布置，自塔身向外依次布置避雷器、復(fù)合絕緣子、戶外終端。平臺上還設(shè)置了一圈圍欄，以減少漂浮物和投擲物對平臺上設(shè)備的威脅。平臺的布置平面如圖9 所示。

圖9 平臺布置示意圖

3.5 方案比較

經(jīng)過對設(shè)計方案的充分經(jīng)濟技術(shù)比較，將220 kV 雙回路終端站改為220 kV 雙回路終端塔且?guī)дw平臺，如圖10 所示。在220 kV 終端塔距地面約9 m 處設(shè)置兩個對稱布置的設(shè)備平臺，通過橫擔特殊設(shè)置實現(xiàn)三相導(dǎo)線引下轉(zhuǎn)換成電纜線路。在此基礎(chǔ)上，終端塔上的電氣設(shè)備均采用復(fù)合套管材料，充分保障設(shè)備的安全，并將設(shè)備對周圍環(huán)境的影響降低到最低。終端塔周邊用鏤空圍欄圍繞，圍欄上安裝電力圍欄等技防設(shè)施，充分保障終端塔的安全性和可靠性。

圖10 原終端站與優(yōu)化后終端塔對比

通過表4 可知，新方案經(jīng)濟技術(shù)水平具有明顯優(yōu)勢。從造價水平來看，總體靜態(tài)投資從104.49 萬降至84.34 萬，降幅達19.28%，較好地體現(xiàn)了此次終端塔對終端站的造價優(yōu)勢。同時整體占地面積也從0.924 畝降至0.536 畝，占地節(jié)約了42%，減少了工程外部矛盾，具有明顯的社會效益。

表4 技術(shù)經(jīng)濟比較一覽

4 結(jié)語

目前國內(nèi)終端桿塔及終端站的設(shè)計沒有專門技術(shù)規(guī)范，工程中主要參照電纜、架空線及配電裝置等技術(shù)規(guī)范，結(jié)合地區(qū)運行單位要求進行設(shè)計。本文系統(tǒng)性的對國內(nèi)終端桿塔及終端站常見形式進行調(diào)研分析，歸納了滿足電網(wǎng)安全運行和工程建設(shè)需要的典型終端桿塔及終端站的設(shè)計技術(shù)，并通過工程案例的運用，為今后此方面標準化設(shè)計研究及工程設(shè)計建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗。