高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔規(guī)劃及應(yīng)用研究

謝 濤

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司， 安徽 合肥 230022)

0 引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐步完善，電網(wǎng)由送出主導(dǎo)型的單一結(jié)構(gòu)向送、受結(jié)合型綜合網(wǎng)架過(guò)渡，輸電線(xiàn)路T接、開(kāi)斷等工程逐年增長(zhǎng)，根據(jù)2014～2016年安徽電網(wǎng)建設(shè)情況統(tǒng)計(jì)，占安徽電網(wǎng)建設(shè)總量的45%左右，成為電力行業(yè)研究關(guān)注的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)桿塔采用貓頭型、酒杯型、一字型的二維橫擔(dān)布置系統(tǒng)?；趥鹘y(tǒng)橫擔(dān)的二維傳統(tǒng)轉(zhuǎn)接體系雖然具備受力清晰、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、施工方便的優(yōu)點(diǎn)[1]，但存在方向固定、功能單一的局限性，難以滿(mǎn)足“多向、緊湊”的功能需求，而且傳統(tǒng)輸電線(xiàn)路桿塔在開(kāi)斷、T接等線(xiàn)路工程中存在桿塔新建數(shù)量較多、立塔位置受限等問(wèn)題。

因此，本文通過(guò)優(yōu)化橫擔(dān)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)接方式，提出多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)和空間轉(zhuǎn)接體系，針對(duì)T接、開(kāi)斷等工程需要，提出了高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔系列方案，并且進(jìn)行了桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)，在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

1 高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔方案總體規(guī)劃

本文基于輸電線(xiàn)路傳輸?shù)目臻g特點(diǎn)，提出輸電線(xiàn)路多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線(xiàn)空間轉(zhuǎn)接體系，克服傳統(tǒng)桿塔的局限性，并據(jù)此規(guī)劃高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔。

1.1 多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)

考慮到輸電線(xiàn)路位于三維空間體系內(nèi)，增加決定線(xiàn)路前進(jìn)方向的第三維度，建立三維橫擔(dān)布置體系，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)輸電線(xiàn)路傳輸路徑的控制。

基于三維橫擔(dān)布置體系，結(jié)合角鋼塔的桁架結(jié)構(gòu)及鋼管桿的管狀、箱型結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，形成了多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)體系[2]。多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)包括“T字型”、“Y字型”、“十字型”等三維橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，其中，“T字型”橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，自塔身由側(cè)面布置三邊橫擔(dān)，或自塔身由側(cè)面布置一邊橫擔(dān)，再由橫擔(dān)梢部布置兩邊橫擔(dān)，適用于角鋼塔結(jié)構(gòu)；“Y字型”橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，自塔身由側(cè)面布置三邊橫擔(dān)，適用于鋼管桿結(jié)構(gòu)；“十字型”橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，自塔身由側(cè)面布置四邊橫擔(dān)，適用于角鋼塔或鋼管桿結(jié)構(gòu)等。多元橫擔(dān)的長(zhǎng)度及橫擔(dān)夾角，由導(dǎo)地線(xiàn)布置、防雷保護(hù)、電氣絕緣等決定，滿(mǎn)足桿塔規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。

1.2 導(dǎo)線(xiàn)空間轉(zhuǎn)接體系

基于多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，利用桿塔構(gòu)件、絕緣設(shè)施和導(dǎo)線(xiàn)金具等設(shè)施，構(gòu)造空間轉(zhuǎn)接體系，由多元橫擔(dān)及桿塔塔身組成的桿塔構(gòu)件決定了線(xiàn)路路徑，維持相鄰桿塔的導(dǎo)線(xiàn)布置方式；由絕緣串、避雷器等構(gòu)成絕緣設(shè)施決定桿塔的直耐特性，決定桿塔周邊線(xiàn)路的傳輸路徑，確保了絕緣特性；由導(dǎo)線(xiàn)金具負(fù)責(zé)線(xiàn)路的導(dǎo)通，確保電力的有效傳輸，通過(guò)三者的共同作用，實(shí)現(xiàn)了輸電線(xiàn)路的空間轉(zhuǎn)接。

1.3 總體方案規(guī)劃思路

基于實(shí)際工程情況，以T接、開(kāi)斷等為功能目標(biāo)，以“電壓等級(jí)、回路數(shù)”為既定條件，確定合適的多元橫擔(dān)組合，配置相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)接設(shè)施，構(gòu)建空間轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，制定專(zhuān)用桿塔的基本結(jié)構(gòu)。

綜合考慮導(dǎo)地線(xiàn)布置、絕緣、防雷等要求，考慮到專(zhuān)用桿塔主要位于已建線(xiàn)路下方，為降低對(duì)相鄰線(xiàn)路的影響，橫擔(dān)尺寸及間距設(shè)計(jì)還需考慮已建線(xiàn)路相鄰桿塔，參照已建線(xiàn)路設(shè)計(jì)圖紙及國(guó)網(wǎng)通用設(shè)計(jì)圖紙確定，再通過(guò)校驗(yàn)線(xiàn)間距離、跳線(xiàn)風(fēng)偏等，最終確認(rèn)桿塔塔頭尺寸。

根據(jù)實(shí)際需要，現(xiàn)已形成單、雙回路T接、開(kāi)斷等20余種高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔方案，其中部分如圖1所示，圖1(1)為雙回路單側(cè)電纜開(kāi)斷桿，采用“十字型”橫擔(dān)，利用垂直輸電線(xiàn)路的橫擔(dān)懸掛原線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)耐張串，利用平行輸電線(xiàn)路的橫擔(dān)懸掛電纜終端，利用跳線(xiàn)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)連通；圖1(2)為雙回路單側(cè)架空開(kāi)斷桿，采用“Y字型”橫擔(dān)，利用相鄰的兩邊橫擔(dān)懸掛一側(cè)線(xiàn)路的耐張串，利用跳線(xiàn)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)連通。

圖1 高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔方案

2 試點(diǎn)應(yīng)用分析

基于高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔的規(guī)劃研究成果，依托潛云933線(xiàn)T接浩村變、潛口-浩村110kV線(xiàn)路工程開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用分析。

2.1 工程概況

依托工程位于安徽省黃山市境內(nèi)，110kV潛云933線(xiàn)T接點(diǎn)選取在110kV潛云933線(xiàn)#26塔與#27塔之間，T接點(diǎn)兩側(cè)均為單回路直線(xiàn)貓頭塔，距T接點(diǎn)距離分別為128m和122m。

2.2 方案比選

若采用常規(guī)的單回路T接方案，如圖2所示，利用1基雙回路耐張塔一側(cè)橫擔(dān)掛線(xiàn)，由于導(dǎo)線(xiàn)排列方式變化造成潛云933線(xiàn)#26塔與#27塔懸垂串偏離鉛直狀態(tài)，經(jīng)校驗(yàn)，其塔頭電氣間隙不滿(mǎn)足規(guī)程要求，須將#26、#27兩基直線(xiàn)塔改為耐張塔，經(jīng)濟(jì)性較差。

針對(duì)常規(guī)單回路T接方案新建桿塔數(shù)量較多、以大代小等問(wèn)題，提出一種架空輸電線(xiàn)路T接專(zhuān)用塔。

將T字型橫擔(dān)、一字型橫擔(dān)組合，于塔頂處布置T字型地線(xiàn)橫擔(dān)，用于懸掛原線(xiàn)路和T接線(xiàn)路的地線(xiàn)以及中相導(dǎo)線(xiàn)帶支撐管的跳線(xiàn)串；于T字型地線(xiàn)橫擔(dān)下方設(shè)置導(dǎo)線(xiàn)掛孔，用于懸掛原線(xiàn)路和T接線(xiàn)路的中相導(dǎo)線(xiàn)；于中相導(dǎo)線(xiàn)掛點(diǎn)下方設(shè)置平行原線(xiàn)路方向的中層導(dǎo)線(xiàn)橫擔(dān)，用于懸掛原線(xiàn)路邊相導(dǎo)線(xiàn)；于原線(xiàn)路邊相導(dǎo)線(xiàn)下方設(shè)置垂直原線(xiàn)路方向的下層導(dǎo)線(xiàn)橫擔(dān)，用于懸掛T接線(xiàn)路邊相導(dǎo)線(xiàn)，構(gòu)成專(zhuān)用桿塔的多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)。

將跳線(xiàn)串、跳線(xiàn)組合，中相導(dǎo)線(xiàn)的跳線(xiàn)利用懸掛于地線(xiàn)支架上的跳線(xiàn)串實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，一側(cè)邊相導(dǎo)線(xiàn)的跳線(xiàn)利用懸掛于導(dǎo)線(xiàn)橫擔(dān)處的跳線(xiàn)串實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，另一側(cè)邊相導(dǎo)線(xiàn)利用跳線(xiàn)直接導(dǎo)通，構(gòu)成空間轉(zhuǎn)接體系。

基于多元橫擔(dān)結(jié)構(gòu)和空間轉(zhuǎn)接體系的成果，完成了架空輸電線(xiàn)路T接專(zhuān)用塔的總體規(guī)劃，接線(xiàn)示意如圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)T接方案示意圖

圖3 T接專(zhuān)用桿塔方案示意圖

2.3 桿塔規(guī)劃及校驗(yàn)

(1)參照安徽省黃山地區(qū)典型氣象條件和近期新建輸電線(xiàn)路設(shè)計(jì)條件，風(fēng)速取25m/s，覆冰取10mm，導(dǎo)線(xiàn)采用JL/G1A-300/25鋼芯鋁絞線(xiàn)，安全系數(shù)取2.5，地線(xiàn)采用GJ- 80鍍鋅鋼絞線(xiàn)，安全系數(shù)按與導(dǎo)線(xiàn)配合計(jì)算，其他桿塔規(guī)劃條件如表1所示，初步確定桿塔尺寸。

表1 規(guī)劃條件一覽表

(2)專(zhuān)用桿塔原線(xiàn)路與T接線(xiàn)路的邊相導(dǎo)線(xiàn)跳線(xiàn)參照常規(guī)單跳跳串進(jìn)行校驗(yàn)。專(zhuān)用桿塔中相導(dǎo)線(xiàn)跳線(xiàn)采用帶支撐管的雙跳串，考慮到跳串的支撐管與T接側(cè)中相耐張串通過(guò)跳線(xiàn)相連，跳串晃動(dòng)基本忽略，參照常規(guī)雙跳跳串進(jìn)行校驗(yàn)。

(3)根據(jù)桿塔規(guī)劃條件，下導(dǎo)線(xiàn)掛點(diǎn)按15m考慮，分別計(jì)算不同情況下懸垂串、跳線(xiàn)的風(fēng)偏角，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 風(fēng)偏角一覽表(°)

(4)耐張串絕緣子串金具參考國(guó)網(wǎng)典設(shè)串圖1ND21Y- 0040- 07P(H)[3]，選用10片玻璃絕緣子，絕緣子串總長(zhǎng)度取2.6m，直跳(無(wú)跳串)跳線(xiàn)弧垂取1.7m,單跳跳線(xiàn)絕緣子串長(zhǎng)取1.8m，單跳跳線(xiàn)弧垂取0.5m，桿塔的跳串與跳線(xiàn)的水平偏移近似取值情況如表3所示。

表3 水平偏移一覽表(m)

(5)根據(jù)初步制定尺寸，分別完成桿塔的正式和俯視校驗(yàn)，確認(rèn)桿塔最終尺寸。

圖4 鐵塔的正視校驗(yàn)

(1)中層導(dǎo)線(xiàn)橫擔(dān) (2)下層導(dǎo)線(xiàn)橫擔(dān)

2.4 實(shí)際應(yīng)用情況

單回路T接塔已在潛云933線(xiàn)T接浩村變、潛口-浩村110 kV線(xiàn)路工程中應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖6所示。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3 應(yīng)用效益分析

目前，高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔的研究成果已在安徽省內(nèi)廣泛推廣，解決了工程中面臨的技術(shù)瓶頸和難題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的精細(xì)化。

根據(jù)2014～2016年的工程統(tǒng)計(jì)情況，已在安徽省內(nèi)六十余項(xiàng)輸電線(xiàn)路工程中整體應(yīng)用1年以上，與早期設(shè)計(jì)相比，累計(jì)節(jié)約造價(jià)1591.5萬(wàn)元，占地1347m2，建設(shè)時(shí)間411.5天，停電時(shí)間142.2天，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

同時(shí)，有效縮減了高壓走廊，提高了土地利用率，有利于解決土地資源緊張的現(xiàn)狀；有效減少了新建桿塔數(shù)量和占地面積減少，節(jié)省了建設(shè)時(shí)間，節(jié)省投資，降低電網(wǎng)建設(shè)成本；有效減少了停電時(shí)間，有利于電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，減少對(duì)用戶(hù)生產(chǎn)和生活的影響，社會(huì)效益顯著。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)傳統(tǒng)方案的不足，開(kāi)展輸電線(xiàn)路多元橫擔(dān)、空間轉(zhuǎn)接體系和總體規(guī)劃思路的研究，提出高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔設(shè)計(jì)方案。

(2)依托潛云933線(xiàn)T接浩村變、潛口-浩村110 kV線(xiàn)路工程，開(kāi)展專(zhuān)用桿塔規(guī)劃和試點(diǎn)應(yīng)用分析，為高壓輸電線(xiàn)路專(zhuān)用桿塔的推廣提供依據(jù)。

(3)通過(guò)工程應(yīng)用及效益分析，專(zhuān)用桿塔的經(jīng)濟(jì)效益顯著。