變電站雙層門架與出線終端塔對接優(yōu)化設(shè)計(jì)

蔣 劍，李 毓，戶世偉

(中國能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730050)

隨著城市發(fā)展，負(fù)荷快速增長，以及新能源大規(guī)模接入，造成330 kV變電所出線規(guī)模不斷增加，多達(dá)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(gòu)架，以減小變電所占地面積，其中雙層門型構(gòu)架有不連續(xù)設(shè)置的，有兩組或三組連續(xù)設(shè)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(gòu)架的推廣速度。針對該問題，設(shè)計(jì)新型雙回路終端塔的需要迫在眉睫。

1 工程實(shí)例

1.1 變電站采用雙層出線門型構(gòu)架的經(jīng)濟(jì)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(dá)16.5%。可見推廣采用雙層出線門型構(gòu)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(tǒng)一的出線終端塔沒有一個系統(tǒng)完善的研究，方式眾多，但都不同程度的表現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性差、工藝性差、安全性差、標(biāo)準(zhǔn)化差的特點(diǎn)。以下例舉幾個典型做法：

(1)目前對于相鄰連續(xù)兩組雙層門型構(gòu)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(yùn)行維護(hù)帶來極大的困難，而單獨(dú)一組雙層構(gòu)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(gòu)架組合為一個三回路，也從四回路改造而來，其經(jīng)濟(jì)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(dú)立雙層門型構(gòu)架，又要滿足出線各項(xiàng)技術(shù)要求，不得已而采用雙層門型構(gòu)架左右錯位布置，折中處理。

(3)還有一些工程，直接采用常規(guī)鼓型雙回路終端塔，兩回線按雙三角布置，運(yùn)行部門為了方便區(qū)分回路，將6個橫擔(dān)噴涂兩種不同顏色，以示區(qū)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(guī)雙回路終端塔，這種情況很難遇到，一般條件下不能滿足進(jìn)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(yùn)行習(xí)慣，造成在運(yùn)行過程中出現(xiàn)電擊事故。

目前針對變電所雙層出線門型構(gòu)架，設(shè)計(jì)出一種新型雙回路終端塔，使得回路清晰，結(jié)構(gòu)簡單，受力和傳力清晰，經(jīng)濟(jì)性好、安全性好、適用廣泛，對雙層門架的推廣應(yīng)用起到很好的推動作用。

2 設(shè)計(jì)方案對比分析

2.1 方案基本技術(shù)要求

(1)回路清晰。

(2)滿足進(jìn)線檔相導(dǎo)線線間安全距離。

(3)塔重指標(biāo)較優(yōu)。

(4)電磁環(huán)境較優(yōu)。

(5)鐵塔結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)性較差，方案三回路不夠清晰，運(yùn)行部門反對使用，方案一和方案六不滿足調(diào)相功能，方案四和方案五實(shí)際上是同一方案，只是根據(jù)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(jù)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?；芈凡贾们逦?，且符合運(yùn)行維護(hù)習(xí)慣，不會因回路模糊，造成運(yùn)行人員爬錯相導(dǎo)線，發(fā)生觸電事故。該新型雙回路終端塔采用四層橫擔(dān)，最上層和最下層短橫擔(dān)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(dān)左右對稱布置，上層橫擔(dān)較下層橫擔(dān)的長度每側(cè)短1.5 m，形成正梯形布置。

3.1 新型終端塔與常規(guī)雙回路終端塔調(diào)相比較

當(dāng)推薦方案采用左右兩側(cè)布置時(shí)能夠滿足相序調(diào)整的要求。相序調(diào)整可在進(jìn)線檔上進(jìn)行相序調(diào)整，調(diào)相時(shí)進(jìn)線檔不能出現(xiàn)因?qū)Ь€交叉，而造成相導(dǎo)線間距不滿足要求。

新型終端塔與常規(guī)終端塔見圖3。

圖3 新型終端塔與常規(guī)終端塔

目前個別工程終端塔仍然采用常規(guī)同塔雙回路鼓型塔，以下將新型終端塔和常規(guī)終端塔進(jìn)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(gòu)架為上下層布置，勢必造成進(jìn)線檔相導(dǎo)線存在交叉現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)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(guī)終端塔進(jìn)行相序排列的比較，篩選出那些相序排列時(shí)不滿足技術(shù)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(shí)規(guī)律相同)。

(2)面對雙層門架，雙回路終端塔右側(cè)一回接上層門型構(gòu)架，左側(cè)一回接下層門型構(gòu)架(上下層互換時(shí)規(guī)律相同)。

(3)當(dāng)僅用一基雙層終端塔時(shí)，為了保證兩回線路分支時(shí)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(zhuǎn)角，另一回60°轉(zhuǎn)角，綜合角度按75°設(shè)計(jì)；為了保證上下回路朝不同方向走線時(shí)，塔身產(chǎn)生的最大扭矩滿足要求，考慮不同方向一回60°轉(zhuǎn)角，另一回60°轉(zhuǎn)角，綜合角度按0°設(shè)計(jì)。

(4)當(dāng)雙層門型構(gòu)架采用左右兩個正三角形布置時(shí)，可直接采用常規(guī)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(guī)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(guī)終端塔各相序布置滿足情況

對比分析：

常規(guī)雙回路終端塔為三層導(dǎo)線橫擔(dān)，由于始終存在三層導(dǎo)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(tǒng)計(jì)，在排列組合上兩回線路相序排列組合共計(jì)36種，按照工程應(yīng)用情況分為三大類，分別是：同相序、逆相序、異相序，常規(guī)雙回路終端塔能滿足此條技術(shù)要求的相序排列共5種(其中兩相相導(dǎo)線側(cè)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(dǎo)線側(cè)視圖存在交叉情況需要限值檔距使用，因此常規(guī)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(dǎo)線采用四層橫擔(dān)，左右回路僅有兩層導(dǎo)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(tǒng)計(jì)，在理論上兩回線路相序排列組合共計(jì)36中，新型雙回路終端塔能滿足此條技術(shù)要求的相序排列共24種(其中兩相相導(dǎo)線側(cè)視圖存在交叉11種)，占66.7%，且同時(shí)滿足了同相序、逆相序、異相序三類相序排列，由于在工程實(shí)際應(yīng)用過程中，相序排列遠(yuǎn)小于排列組合數(shù)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(jīng)濟(jì)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(dǎo)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(guī)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(huán)境比較

計(jì)算條件：導(dǎo)線采用2×LGJ－300/40，海拔高度2000 m。新型終端塔與常規(guī)單、雙回路電磁環(huán)境指標(biāo)見表4。

表4 新型終端塔與常規(guī)單、雙回路電磁環(huán)境指標(biāo)

當(dāng)不存在調(diào)相需求時(shí)，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(dān)每一側(cè)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(huán)境遠(yuǎn)由于常規(guī)雙回路塔，指標(biāo)與單回路相當(dāng)，電磁環(huán)境得到極大優(yōu)化。

3.4 新型終端塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新型雙回路終端塔整體結(jié)構(gòu)型式仍然采用常規(guī)多回路塔型結(jié)構(gòu)，由塔柱和懸臂橫擔(dān)組成，結(jié)構(gòu)簡單，傳力清晰，僅僅通過橫擔(dān)巧妙的錯位，滿足了雙回路與雙層門型構(gòu)架的對接。

由于雙回路新型終端塔根據(jù)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(jié)構(gòu)要計(jì)算上段和下段的扭轉(zhuǎn)作用力。

3.5 新型終端塔與常規(guī)雙回路架設(shè)過度方案

很多工程為了節(jié)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(shè)，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(guī)雙回路對接，兩回線路相導(dǎo)線側(cè)視圖及俯視圖均不存在交叉現(xiàn)象，滿足工程要求。新型終端塔與常規(guī)終端塔對接見圖4。

圖4 新型終端塔與常規(guī)終端塔對接

4 結(jié)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(jié)約用地提供技術(shù)支撐。

4.1 新型終端塔的特點(diǎn)

(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(jù)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(yùn)行維護(hù)習(xí)慣。

(2)塔重僅占常規(guī)四回路的38%，經(jīng)濟(jì)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(dāng)調(diào)節(jié)，滿足工程一切情況，適用范圍廣。

(4)與常規(guī)同塔雙回路塔對接便利。

(5)鐵塔由塔柱和懸臂橫擔(dān)組成，結(jié)構(gòu)簡單，傳力清晰，

4.2 使用方式建議

(1)若無需調(diào)相，建議采用上下兩個回路布置，電磁環(huán)境最優(yōu)。

(2)需要調(diào)相時(shí)，兩個回路采用左右布置，注意相序排列調(diào)整，以滿足進(jìn)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(shè)時(shí)，可經(jīng)一基新型雙回路終端塔與常規(guī)雙回路塔對接，經(jīng)濟(jì)性好。

(4)最上及最下單側(cè)橫擔(dān)盡量放置在內(nèi)角側(cè)。

[1] 賈云輝．750 kV張掖變330 kV配套送出工程初步設(shè)計(jì)[R]．蘭州：甘肅省電力設(shè)計(jì)院，2016．

[2] 張殿生．電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范[S]．