多回路緊湊型桿塔在電力工程中的研究應用

鶴壁煤業（集團）有限責任公司供電處 孫 健

隨著經濟的迅速發展，城市用電負荷日益增加，電網建設迅速發展。但面對緊張的城市空間和復雜的環境，架空輸電線路走廊空間日益壓縮。架空輸電線路的桿塔是架空線路的重要組成部分，通過優化桿塔結構、導線布局，使用多回路緊湊型桿塔，保障電網順利建設。

1 工程建設中存在問題

1.1 變電站出線空間受限

我公司投資建設的110kVⅡ牟胡架空輸電線路從220kV牟山變電站出線，采用同塔雙回路架設，線路全長11km，共60基桿塔，導線均為LGJ-240/40，雙架空地線架設。220kV牟山變電站位于電石化工廠廠區內，出線位置位于110kV Ⅰ牟胡線路和電石廠生產電石車間、存儲電石倉庫之間，最小距離僅52m。如圖1所示。220kV牟山變電站110kV出線間隔除Ⅱ牟胡間隔外，還有預留有化石二期出線間隔，因此在考慮Ⅱ牟胡間隔出線的同時，還必須考慮化石二期間隔出線。

圖1 牟山站110kV出線位置圖

110kVⅡ牟胡線路線間距7m，110kV化石線路線間距7m。根據GB 50545-2010《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》（以下簡稱設計規范）有關110kV架空線路與邊導線最小水平距離的規定：在開闊地區大于塔高，在受限制地區不得小于5m。因此110kVⅡ牟胡線路和110kV化石線路所需空間最少為24m。同時考慮到Ⅱ牟胡線路和化石二期項目地理位置關系[1]，以及交叉跨越問題，Ⅱ牟胡線路和化石二期線路的位置關系如圖2所示。Ⅱ牟胡線路距離生產電石車間、存儲電石倉庫的距離為52-24=28m。

圖2 線路間距

電石火災危險性屬于甲類，根據GB 50016-2014《建筑設計防火規范》規定：架空電力線與甲、乙類廠房（倉庫）的最近水平距離為電桿（塔）高度的1.5倍。因此Ⅱ牟胡線路的塔高最高不能超過28÷1.5=18.7m。

Ⅱ牟胡線路為110kV同塔雙回路設計，桿塔典型塔頭高度最小為11m，如圖3所示。因此塔的呼稱高最高只有18.7-11=7.7m，在不考慮弧垂的情況下，導線對地只有8.3m的距離。Ⅱ牟胡線路需要跨越電石廠院內的運輸道路，必須按照公路要求設計交叉跨越距離，即不小于7m。因此，出線段弧垂不能大于0.7m，檔距不能大于50m。從變電站內到電石廠南圍墻距離170m，中間需要布置3基塔，這樣的布局既不合理，而且成本較高[2]。Ⅱ牟胡線路和化石二期線路沒有足夠的架設空間出線。

圖3 110kV典型塔頭圖

1.2 鉆越110kV線路空間受限

Ⅱ牟胡線路15#-16#塔需從110kV衡錦線路下鉆越過去，110kV衡錦線對地高度為24m。按照設計規范要求，110kV線路的交叉跨越距離最小為3m，因此鉆越點桿塔高度不能超過22-3=19m。110kV桿塔典型塔頭高度為11m，因此16#塔呼稱高不能超過19-11=8m。根據設計規范對導線對地距離的要求：在最大弧垂情況下，行人能夠到達非居民區導線對地不得小于6m，在不考慮地形影響的情況下，15#-16#弧垂不能大于2m。若滿足15#-16#弧垂不大于2m，15#-16#的檔距必須小于100m。根據現場情況，距離16#塔小于100m的位置均不具備立塔的條件，而且影響導線對地距離的點位于16#塔100m處，此處地形高出16#塔1.5m。Ⅱ牟胡線路沒有足夠的空間鉆過衡錦線路。

2 問題解決方案

2.1 針對變電站出線空間受限的解決方案

方案一：采用電纜出線，此方案可行，但是投資大，后期投入太高，運行維護難度較高；方案二：改變桿塔結構，將三條線路改為同塔架設，在平面上可節約12m寬的空間，將有12+28=40m空間可以利用。采用緊湊型桿塔導線布局，可以降低桿塔高度，這樣可以大大縮小出線所需要的空間，滿足出線要求[3]。

此方案具有可行性，相比較電纜出線方案投資較少。

2.2 針對鉆越110kV線路空間受限的解決方案

方案一：分開通過。在鉆過110kV衡錦線時分開，改為單塔單回路鉆越，通過后再合并為同塔雙回路。此方案雖然可行但成本較高，占地面積大，后期運行維護難度較高；方案二：改變導線布局。將垂直排列的導線布局改為水平排列，采用緊湊型導線布局，通過增加水平距離，縮小垂直距離，從而增加鉆越空間距離。

此方案具有可行性，成本較低，安全性較高。

通過以上方案對比分析，可以得出，通過采用緊湊型導線布局可以解決變電站出線空間受限和鉆越110kV線路空間受限的兩個問題。

3 可行性方案核驗

3.1 變電站出線桿塔導線布局計算

將雙回110kVⅡ牟胡線路與化石二期線路同塔架設，110kVⅡ牟胡線路雙回在上層為垂直排列，化石二期線路在下層，為了降低高度，將化石二期線路設置為水平排列[4-5]。

3.1.1 導線線間距離計算

根據設計規范規定，對1000m以下檔距導線水平線間距離按公式計算：D=KiLk+U/110+0.65√fc，式中：D為導線水平線間距離（m）；ki為懸垂絕緣子系數；Lk為懸垂絕緣子長度（m）；U為系統標稱電壓（kV）；fc為弧垂。

從1#塔出線到電石廠南圍墻的距離為170m，檔距170m時LGJ-240/40的弧垂fc=4.89m（安全系數5），110kV絕緣子串的長度為Lk=1.8m，懸垂絕緣子采用Ⅰ-Ⅰ形式，懸垂絕緣子系數ki=0.4，則D=3.2m。不采用懸垂絕緣子或采用V-V絕緣子串ki=0，則D=2.5m。

出線端兩基塔設置為耐張塔，不采用懸垂絕緣子?；诰€路水平排列，導線線間距離設為3m。110kVⅡ牟胡線路和35kV牟三線路為垂直排列，垂直線間距離采用上述計算結果的75%、為1.9m，考慮到弓子線長度為一個絕緣子串長度、即1.8m，同時考慮電氣安全距離不得小于1m，垂直排列線間距離不得小于2.8m，取3m。

3.1.2 化石二期與Ⅱ牟胡線路垂直距離計算

設計規范規定：雙回路及多回路桿塔不同回路的不同相導線間的水平或垂直距離，應按規范規定增加0.5m?；诰€路距離110kVⅡ牟胡線路垂直距離設置為3.5m?；诰€路采用水平排列，還需要考慮中線跳線問題，因此，采用絕緣橫擔跳線，增加2m的垂直跳線空間。

3.1.3 導線與架空地線之間的距離計算

設計規范規定：在一般檔距的檔距中央，導線與地線間的距離S≥0.012L+1=0.012×170+1=3.04m；設計規范規定：110kV線路同塔雙回或多回路地線對邊導線的保護角不宜大于10°。因此，架空地線橫擔距離導線橫擔設置為3.5m，橫擔長度設置為2.5，保護角為9°。

3.1.4 桿塔高度計算

綜合以上計算結果，110kVⅡ牟胡線路、35kV牟三線路、化石二期采用同塔三回路架設后，塔頭結構高度為14.5m。改為同塔三回路架設后，有40m空間可以利用，桿塔高度不得高于40÷1.5=26.7m。因此，桿塔高度設置為呼高12m，全高26.5m。桿塔布局如圖4所示。

圖4 出線桿塔導線布局優化后構圖（m）

4 鉆越110kV線路桿塔導線布局計算及方案實施效果

4.1 桿塔導線布局計算

設計規范規定，對1000m以下檔距導線水平線間距離按公式計算：D=KiLk+U/110+0.65√fc，式中：D為導線水平線間距離（m）；ki為懸垂絕緣子系數；Lk為懸垂絕緣子長度（m）；U為系統標稱電壓（kV）；fc為弧垂（m）。

從現場實際地形考慮，16#塔最近具備立塔條件的位置，距離16#塔200m，即15#-16#檔距為200m。檔距200m時LGJ-240/40的弧垂fc=5.5m（安全系數5），110kV絕緣子串的長度為Lk=1.8m，懸垂絕緣子采用Ⅰ-Ⅰ形式，懸垂絕緣子系數Ki=0.4，則導線水平排列線間距離D=3.4m。垂直線間距離采用上述計算結果的75%、為2.55m。考慮到弓子線長度為一個絕緣子串長度、即1.8m，同時考慮電氣安全距離不得小于1m，垂直排列線間距離必須大于2.8m。垂直排列線間距離取3m。

4.2 其他計算

導線與架空地線之間的距離計算。設計規范規定：在一般檔距的檔距中央，導線與地線間的距離：S≥0.012L+1=0.012×200+1=3.4m；設計規范中規定：110kV線路同塔雙回或多回路地線對邊導線的保護角不宜大于10°。因此，架空地線橫擔距離導線橫擔設置為3.5m，橫擔長度設置為2.5，保護角為9°。

桿塔高度計算。綜合以上計算結果，塔頭結構高度為9.5m，鐵塔全高不能超過19m，因此鐵塔呼稱高為19-9.5=9.5m；交叉跨越距離核算。根據現場地形情況，導線對地距離最近的點位于16#塔85m處，此處地形高出16#塔地形1.5m，此處弧垂2.1m，按照呼稱高9.5m的塔計算，此處導線對地距離5.9m，不滿足導線對地6m的安全距離要求。

導線布局優化計算。通過上述計算，導線采用垂直排列方式，無法滿足鉆越要求，必須通過對導線布局進行優化。導線布局優化方案：將16#塔垂直排列導線布局方式改為雙三角排列方式，下層為兩根導線水平排列，上層為單根導線。同時將15#塔I-I懸垂絕緣子形式，改為V-V懸垂絕緣子形式。

導線線間距離計算。15#塔I-I懸垂絕緣子形式，改為V-V懸垂絕緣子形式，Ki=0。15#塔仍選擇在距離16#塔200m的位置上，導線弧垂仍為5.5m，則下層水平排列導線線間距離D=2.5m。垂直線間距離采用上述計算結果的75%、為1.9m?？紤]到弓子線長度為一個絕緣子串長度、即1.8m，同時考慮電氣安全距離不得小于1m，垂直排列線間距離必須大于2.8m。上層導線和下層導線垂直排列線間距離取3m；設計規范第8.0.3規定：雙回路以及多回路桿塔不同回路的不同相導線間的水平或者垂直距離，應按第8.0.1條的規定增加0.5m。110kVⅡ牟胡線路和35kV牟三線路之間的水平距離應設置為3.5m。

導線橫擔長度選擇。16#桿塔轉角度數60°，考慮到轉角度數大，采用偏移橫擔，下層導線橫擔為4.5m和5m。設計規范第8.0.3規定：110kV線路上下層相鄰導線間或地線與相鄰導線間的最小水平偏移距離0.5m。因此，上層導線橫擔長度取2.5m和3m。

導線與架空地線之間的距離計算。設計規范第7.0.15規定：在一般檔距的檔距中央，導線與地線間的距離S≥0.012L+1=0.012×200+1=3.4m。設計規范第7.0.14規定：110kV線路同塔雙回或多回路地線對邊導線的保護角不宜大于10°。因此，架空地線橫擔距離導線橫擔設置為4m，橫擔長度設置為3.3m和3.8m，保護角為10°。

桿塔高度計算。綜合以上計算結果，塔頭結構高度為7m，鐵塔全高不能超過19m，因此鐵塔呼稱高為19-7=12m。桿塔布局如圖5所示。

圖5 鉆越桿塔導線布局優化后構圖（m）

交叉跨越距離核算。從斷面圖上可以看出，導線對地距離最近的點位于16#塔85m處，此處地形高出16#塔地形1.5m，此處弧垂2.1m，按照呼稱高12m的塔計算，此處導線對地距離8.4m，滿足導線對地6m的安全距離要求。

方案實施效果。110kVⅡ牟胡架空輸電線路出線段1#-3#塔以及鉆越110kV衡錦線處16#塔導線布局經過緊湊優化后，有效解決了出線空間受限和鉆越110kV衡錦線空間受限的問題，順利完成架空輸電線路工程的設計和施工，所有安全距離滿足各項規范要求，取得了非常好的效果。與其他方案相比較，還具有投資少、施工簡單、占地面積小、后期運行維護難度小的優點。

5 結語

綜上所述，在電力工程施工中，通過優化桿塔結構布局、導線分布布局，對于解決交叉跨越空間受限的問題是一個非常有效的措施。多回路緊湊型桿塔在實際應用中既經濟環保又安全可靠，具有明顯的應用優勢。