西藏高海拔110kV線路換位方式優化設計研究

中國能源建設集團甘肅省電力設計院有限公司 張龍龍 蔣 劍 富 帥 戶世偉 韓澤群 相生榮

110kV及以上電壓線路為了平衡線路參數，當線路長度大于100公里時線路應進行換位。西藏地區110kV長距離（大于100km）輸電比較普遍，線路換位是一個常見的技術環節，該地區110kV線路換位通常采用自立式耐張塔換位方式。西藏高海拔地區風速大，耐張換位塔跳線絕緣子串在大風工況下絕緣間隙問題較突出。針對該問題，對110kV線路長距離輸電線路設計一種可靠的新型換位方式迫在眉睫。

1 常用線路換位方式

結合現有工程實際，目前長距離輸電線路換位采取的是一個和兩個整循環換位的布置方式。圖1為換位一個整循環，圖2為兩個全換位，首尾兩端相序保持一致。

圖1 換位一個整循環

圖2 換位兩個整循環

國內輸電線路換位方式。國內已建或在建的架空輸電線路工程，超高壓、特高壓輸電線路均采用耐張塔加輔助子塔的換位方式；500kV輸電線路一般采用耐張塔換位或懸垂滾式換位方式，川藏聯網工程為保證其安全性、可靠性，參照采用更為可靠的耐張塔加輔助子塔換位方式；110～330kV輸電線路一般均采用懸垂滾式換位方式。

常規換位方式的優缺點。國內已建和在建的架空輸電線路工程換位方式包括直線塔滾式換位、耐張塔換位、耐張塔加輔助子塔換位及懸空換位四種方式。

圖3 直線塔滾式換位

圖4 耐張塔換位

圖5 懸空換位

圖6 耐張塔加輔助子塔換位

直線塔滾式換位：優點是造價低，缺點是換位塔中心樁需位移，塔頭空氣間隙不易滿足要求，適用于輕冰區，地形較平緩；耐張塔換位：優點是造價較低、不受地形限制，缺點是耐張塔結構特殊，導線引流線穿越復雜，塔頭空氣間隙不易滿足要求；耐張塔加輔助子塔：優點是塔頭空氣間隙容易滿足要求，帶電作業安全；缺點是造價高，適用地形開闊地區；懸空換位：優點是造價較低，常規鐵塔結構，不受地形限制；缺點是存在相間絕緣子，運行維護不便。

分析可知：直線滾式換位方式采用兩基換位塔，完成一次導線換位；耐張換位方式和懸空換位方式采用一基換位塔，完成一次導線換位；直線滾式換位方式較耐張塔換位方式造價低；懸空換位方式運行維護困難；直線滾式換位方式和無輔助子塔的耐張換位方式導線空氣間隙不容易滿足要求；無輔助子塔的耐張塔換位方式不受地形限制。

西藏地區110kV及220kV通常采用的換位方式。經查閱相關設計資料，結合西藏地區110kV及220kV輸電線路現有工程實際經驗，常用的幾種換位方式雖然換位塔形式不同，但均屬于耐張塔換位方式。110kV輸電線路換位塔采用貓頭型，利用塔窗結構高度、跳線輔助橫擔及跳線托架，將兩邊相導線連接。220kV輸電線路換位塔采用干字型，順線路方向伸出一個跳線輔橫擔，實現兩個邊相的連接。由于西藏高海拔地區風速較大、空氣間隙取值大，兩種方式均存在引流線大跨度左右或上下跨越的弊端，易引起間隙不滿足要求或風偏放電故障。由此，將直線滾式換位方式與耐張換位方式的優點相結合，設計一種安全可靠的新型換位方式非常必要。

圖7 貓頭耐張換位塔

圖8 耐張干字型換位塔

2 優化設計方案

由于西藏地區風速較大，從安全角度考慮不適合采用懸垂滾式換位，耐張塔換位方式引流跳線過于復雜，不利于大風風偏工況下空氣間隙的控制。通過簡化耐張塔跳線方式，一方面跳線空氣間隙得到控制，運行安全可靠性提高，其次工程投資費用基本不變。

方案基本技術要求。采用耐張塔換位方式，通過優化導線掛點位置布置方式，為引流跳線順利引接創造條件。將換位功能分布在相鄰的兩基塔上完成，簡化了每基換位塔的引流穿越。不改變換位點以外線路的排列方式。

換位塔塔型方案。每一處換位點采用兩基新型換位塔完成，在每基換位塔上完成兩相導線換位，兩基塔完成一次換位，換位塔結構與常規耐張塔基本一致，繼續采用構造成熟的“干”字型布置方式。為了改善引流線對接，將一側中相導線掛點下移至塔身導線橫擔位置，方便前側中相導線與后側邊相導線對接順暢，以完成兩相導線換位，這樣三相導線一側呈三角排列、一側呈水平排列。

圖9 換位塔塔型方案示意圖

圖10 單次換位示意圖

導線換相設計。三角排列的上相導線，仍采用地線橫擔上設置跳線輔橫擔。下導線橫擔按矩形設計，設置雙跳線串，方便邊相導線向中相導線繞引。水平排列的中相導線，導線掛點設置在塔身中間，為方便檢修人員安全通過，將此耐張串連塔側增加延長金具原件，另一方面也起到改善引流間隙的作用。

換位方式優化。在一處換位點，兩基新型換位塔相鄰布置，每一基完成兩相導線換位，兩基完成一次換位，一基換位塔可兼顧小轉角塔使用，另一基轉角塔旋轉180度、按零度耐張塔使用。這樣可將導線相同排列方式放置在孤立檔內，孤立檔外不改變常規塔導線排列方式。

圖11 循環換位優化示意圖

圖12 換位方式優化圖

3 鐵塔計算情況

換位塔荷載分析：新型換位塔荷載與常規轉角塔荷載一樣，只是因前后側導線掛點位置變化，換位塔中相一側荷載加載在圖13B處，其余荷載點位置與常規轉角塔一樣。

圖13 換位塔中相荷載點位置示意圖

圖14 換位塔全部荷載點位置圖示

新型換位塔、常規耐張塔受力分析比較如下：塔身規格均為Q345L70X5，滿應力83.4%/78.0%；橫隔面規格均為Q345L80X7，滿應力均為87.4%；基礎作用力。T=285.0540.227.55/T=277.5637.829.08，N=347.946.134.83/N=340.5846.134.09。由此而知，新型換位塔相對常規一型轉角塔，鐵塔主材規格不變，基礎作用力變化很小，因此對工程造價無影響。

表1 塔重比較（kg）

備注：直線塔和耐張塔采用掛點高相近；直線塔和耐張塔均采用一型鐵塔；110kV直線塔呼高取24m，330kV直線塔呼高取30m，500kV直線塔呼高取36m。

備注：直線塔采用合成絕緣子，耐張塔采用盤型絕緣子；基礎形式均采用掏挖基礎。

從表2可得出：單基新型換位塔與常規耐張塔、常規直線塔造價對比，110kV輸電線路工程本體投資增加比列最少，500kV輸電線路本體投資增加比列最多，330kV工程本體投資增加比列居中；由于110kV電壓等級線路一般采用單根導線、荷載較小，新型換位塔較常規耐張塔造價增加不多，但大大提高了換位塔跳線間隙安全性，同時降低了換位塔結構的復雜性。

表2 絕緣子金具串及基礎投資比較（萬元）

4 結論和建議

本文是針對西藏110kV電壓等級提出解決方案，同時該成果可推廣至西藏220kV及內地110～330kV電壓等級。將新型換位方式的特點總結如下：

圖15 新型換位塔用于雙回路線路分支調相塔示意圖

本新型換位塔沒有改變常規干字型耐張塔的整體結構，三相導線一側用水平排列，一側采用三角排列，下導線橫擔按矩形寬度布置，方便布置引流線跳線串。

對于110kV電壓等級，新型換位耐張塔的塔重較單基直線塔或單基耐張塔的塔重增加不多，以西藏那曲地區某110kV長距離輸電線路為例，新建線路長度108km、新建鐵塔總基數287基，其中單回路直線塔236基、單回路轉角塔51基，對工程本體而言，將該線路中4基直線塔更換為新型換位耐張塔，完成了一次循環換位，滿足了規程規范的要求，且對工程投資基本無影響，但從工程全壽命周期而言，降低了風偏放電故障造成的跳閘、降低了運行風險、減少了運行和維護的成本。

每基新型耐張換位塔僅換位兩相導線，引流線空氣間隙容易滿足要求，運行安全可靠；兩基耐張換位塔相鄰使用、相向組立，可保持對原線路的導線排列方式不變；新型換位塔也可用于雙回路線路分支調相塔。