魯景星，劉文勛，黃欲成，李 健，康 勵(lì)，陳 媛

(1.中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司，廣東 廣州 510620；2.中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

我國(guó)的500kV緊湊型線路參照國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建設(shè)初期僅在華北等平原地區(qū)使用，近年來(lái)在全國(guó)大量推廣。但其耐張塔塔型基本沿用最初的設(shè)計(jì)方案，并未按具體工程的特點(diǎn)(如山區(qū)線路)進(jìn)行過(guò)有針對(duì)性的改進(jìn)。當(dāng)耐張塔立在較陡邊坡上時(shí)，邊相較中相的地面高程變高，跳線對(duì)地間隙的矛盾突出，常有對(duì)地開(kāi)方、砍伐樹(shù)木等現(xiàn)象，隨著低碳電網(wǎng)的發(fā)展，這種現(xiàn)場(chǎng)越來(lái)越得不到認(rèn)可。

本文根據(jù)山區(qū)塔位邊坡陡峭、植被茂盛等特點(diǎn)，以黎平～桂林I、II回500kV緊湊型輸電線路為工程依托，探討500kV緊湊型耐張塔塔型優(yōu)化的可行性，提出優(yōu)化措施，達(dá)到節(jié)約投資、減少樹(shù)木砍伐和土石開(kāi)方，維護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的，給后續(xù)500kV緊湊型線路耐張塔塔型設(shè)計(jì)提供參。

1 工程概況

黎平～桂林I、II回500kV緊湊型輸電線路位于貴州省、廣西區(qū)境內(nèi)，沿線約半數(shù)為高山大嶺，其次為一般山地，平地很少，植被茂盛，森林覆蓋率高。導(dǎo)線采用6× LGJ-300/40，基本風(fēng)速為27m/s，海拔基本在1000m以下，不同工況下的空氣間隙見(jiàn)表1。

表1 空氣間隙值

耐張塔塔型見(jiàn)圖1，耐張串長(zhǎng)約8m，跳線串長(zhǎng)約4.8m。

圖1 現(xiàn)有緊湊型耐張塔示意圖

2 現(xiàn)有緊湊型耐張塔塔型優(yōu)化的可行性分析

我國(guó)現(xiàn)有500kV緊湊型線路耐張轉(zhuǎn)角塔為三層結(jié)構(gòu)型式，見(jiàn)圖1。耐張塔塔身附近的線路對(duì)地距離由下導(dǎo)線跳線控制。而下橫擔(dān)只是起到懸掛下導(dǎo)線跳線的目的，其所受負(fù)荷較小，如將下橫擔(dān)取消，對(duì)耐張塔的受力改變不會(huì)有較大影響，而下導(dǎo)線跳線需要尋求另外的支撐懸掛點(diǎn)。

根據(jù)耐張塔塔型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為解決緊湊型耐張塔跳線對(duì)地距離控制的問(wèn)題，本文對(duì)緊湊型耐張塔塔型優(yōu)化提出如下措施：取消下導(dǎo)線跳線橫擔(dān)，上、下導(dǎo)線的跳線共用上橫擔(dān)，研究上、下導(dǎo)線的聯(lián)合跳線串，達(dá)到提升下相跳線的目的。

3 塔型優(yōu)化措施

3.1 取消下橫擔(dān)

以黎平～桂林I、II回500kV輸電線路工程的JJ2型轉(zhuǎn)角耐張塔為例，進(jìn)行優(yōu)化，取消下橫擔(dān)后的塔型見(jiàn)圖2。

圖2 優(yōu)化后的緊湊型耐張塔示意圖

3.2 聯(lián)合跳線串的研制

聯(lián)合跳線串懸掛兩相跳線，可分為Y型(上相為V型，V串夾角為70°，下相為I型)和I型(上、下相均為I型)兩種型式，需同時(shí)滿足對(duì)地間隙及相間間隙，通過(guò)絕緣配合設(shè)計(jì)，確定上相絕緣子串等效垂直串長(zhǎng)取4.8m，下相串長(zhǎng)取7m。

聯(lián)合跳線串上、下兩串之間的連接部分(聯(lián)合跳線線夾)為非標(biāo)準(zhǔn)金具，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)相關(guān)產(chǎn)品。對(duì)其進(jìn)行合理的空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免均壓、跳線、配重及跳線懸垂線夾夾頭之間相碰，見(jiàn)圖3。

圖3 聯(lián)合跳線線夾示意圖

按照設(shè)計(jì)要求，組裝完成后的聯(lián)合跳線串見(jiàn)圖4。

圖4 聯(lián)合跳線串示意圖

3.3 聯(lián)合跳線串的風(fēng)偏擺動(dòng)研究

聯(lián)合跳線串長(zhǎng)將兩相跳線串合為一串，增長(zhǎng)后的跳線串能否滿足各種工況下對(duì)鐵塔空氣電氣間隙的要求是優(yōu)化研究的重點(diǎn)，因此，應(yīng)首先研究聯(lián)合跳線串的風(fēng)擺擺動(dòng)。聯(lián)合跳線串主要受以下幾個(gè)方面的作用力：

(1)聯(lián)合跳線串自身重力。一般來(lái)說(shuō)，為了控制跳線的風(fēng)偏擺動(dòng)，在跳線線夾上加以重錘片。

(2)聯(lián)合跳線串所受風(fēng)力。跳線絕緣子串所受風(fēng)力由風(fēng)速和受風(fēng)面積決定，其中受風(fēng)面積由合成絕緣子受風(fēng)面積和金具受風(fēng)面積組成，而合成絕緣子受風(fēng)面積由合成絕緣子的芯棒長(zhǎng)度、芯棒大小、傘裙形狀、傘裙大小及傘裙數(shù)量決定。一般情況下，同樣長(zhǎng)度的金具受風(fēng)面積大于合成絕緣子受風(fēng)面積。

(3)聯(lián)合跳線串所受跳線作用力。聯(lián)合跳線串受到上、下兩相跳線的作用力，有跳線重力對(duì)跳線串施加的作用力、跳線風(fēng)荷載對(duì)跳線串施加的作用力及跳線張力對(duì)跳線串施加的作用力：

綜合考慮以上作用力，得出聯(lián)合跳線串在基本風(fēng)速為27m/s時(shí)，不加重錘或加上14片重錘(約2993N)的風(fēng)偏擺動(dòng)情況，見(jiàn)表2。

表2 跳線串風(fēng)偏擺動(dòng)情況

通過(guò)表2的偏移角計(jì)算可知，在相同條件下，Y型聯(lián)合跳線串的偏移量約為I型聯(lián)合跳線串的49%，綜合考慮聯(lián)合跳線串對(duì)鐵塔鋼材量的要求、絕緣子串本身的費(fèi)用及運(yùn)行可靠性，為限制跳線串的擺動(dòng)，推薦采用Y型聯(lián)合跳線串，加滿14片重錘的方式。

3.4 聯(lián)合跳線串對(duì)鐵塔空氣間隙的校核

校核聯(lián)合跳線串對(duì)鐵塔的空氣間隙，主要是要研究在不同工況下，聯(lián)合跳線對(duì)塔身的間隙是否滿足要求，由表1可知，跳線間隙主要由大風(fēng)工頻電壓和帶電作業(yè)工況間隙要求值控制。

本文對(duì)鐵塔、絕緣子串及跳線進(jìn)行三維建模，充分考慮耐張塔的不同轉(zhuǎn)角角度(0°、30°、60°及90°)和耐張串的不同傾角(15°、0°、-15°及-10°)，計(jì)算大風(fēng)工頻電壓和帶電作業(yè)工況下的聯(lián)合跳線對(duì)塔身的最小空氣間隙。結(jié)果表明：①緊湊型耐張塔的聯(lián)合跳線對(duì)塔身間隙，在大風(fēng)工況下的最小值為4.74m，在帶電作業(yè)下的最小值為5.5m，滿足設(shè)計(jì)要求；②聯(lián)合跳線對(duì)鐵塔的空氣間隙由下相跳線控制，這是因?yàn)橄孪嗵€附近的鐵塔塔身較寬，下相跳線串為I型絕緣子串的緣故；③耐張塔轉(zhuǎn)角度影響跳線間隙大小，耐張塔轉(zhuǎn)角度數(shù)為0°時(shí)，跳線對(duì)鐵塔空氣間隙值最??；④耐張串下傾角影響跳線間隙大小，耐張串的下傾角越小，跳線間隙值越小。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)性效益分析

和優(yōu)化前相比，優(yōu)化后的緊湊型耐張塔取消了下橫擔(dān)，設(shè)計(jì)了聯(lián)合跳線串，有效地提升了下相跳線的高度約4.5m，達(dá)到降低塔高，減少樹(shù)木砍伐及土石開(kāi)方的目的，見(jiàn)圖5。

圖5 優(yōu)化后可提升的跳線對(duì)地高度

本文對(duì)優(yōu)化后的緊湊型耐張塔從本體投資及走廊費(fèi)用(樹(shù)木砍伐、因跳線對(duì)地電氣距離不夠引起的開(kāi)方)來(lái)進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)本體費(fèi)用分析

通過(guò)對(duì)取消下橫擔(dān)引起的塔材變化、設(shè)計(jì)聯(lián)合跳線串引起的金具絕緣子變化及可降低塔高帶來(lái)的塔材變化等三方面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，得出本體費(fèi)用變化見(jiàn)表3，優(yōu)化后的緊湊型耐張塔具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

表3 可節(jié)約的本體費(fèi)用

(2)走廊清理費(fèi)用分析

隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的日益增加，輸電線路施工中采用的開(kāi)方、樹(shù)木砍伐措施越來(lái)越不被認(rèn)可，因此不得不采取升高耐張塔的措施，增加了線路造價(jià)。而由于耐張塔本身塔高的限制，有時(shí)不得不采取開(kāi)方、樹(shù)木砍伐。通過(guò)對(duì)緊湊型耐張塔進(jìn)行塔型優(yōu)化，提升跳線高度，可有效地減少樹(shù)木砍伐及土石開(kāi)方，可節(jié)約的費(fèi)用見(jiàn)表4。

表4 可節(jié)約的走廊清理費(fèi)用

(3)工程應(yīng)用舉例說(shuō)明

以黎平～桂林I、II回500kV緊湊型輸電線路為例，根據(jù)工程實(shí)際情況，分別統(tǒng)計(jì)可降低塔高、可避免樹(shù)木砍伐及可避免跳線開(kāi)方的耐張塔數(shù)量，并計(jì)算出可節(jié)約費(fèi)用，見(jiàn)表5。

表5 可節(jié)約費(fèi)用的耐張塔統(tǒng)計(jì)

表5為長(zhǎng)度327km的單回緊湊型線路的統(tǒng)計(jì)值，可節(jié)約投資共482.44萬(wàn)元，平均每公里1.48萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益分析

本文研究成果可有效的減少緊湊型耐張塔的鋼材使用量、樹(shù)木砍伐量和土石開(kāi)方量。因而可節(jié)約鋼材所消耗的鐵礦石7.8t、標(biāo)準(zhǔn)煤3.6t、電量1787kW、新鮮水25.85t和運(yùn)輸里程1124km，同時(shí)減少二氧化碳排放量11.24t、污水排放量11.24m3、煙粉塵排放量5.62kg和二氧化硫排放量10.11kg；優(yōu)化后的單基緊湊型耐張塔可減少樹(shù)木砍伐約3002，每年可吸收二氧化碳約110t；優(yōu)化后的單基緊湊型耐張塔可減少土石開(kāi)方約617.05m3，有效的保持了塔位附近的地形、植被原貌。

綜上所述，本課題成果有效的減少資源消耗，維護(hù)了生態(tài)環(huán)境，為發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)也做了貢獻(xiàn)，符合低碳電網(wǎng)的要求。

5 總結(jié)

本文針對(duì)現(xiàn)有緊湊型耐張塔存在的缺點(diǎn)，對(duì)取消下導(dǎo)線跳線橫擔(dān)、降低桿塔高度的可行性及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，優(yōu)化緊湊型耐張塔塔頭結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)研究聯(lián)合跳線串及非標(biāo)金具；計(jì)算校核聯(lián)合跳線對(duì)耐張塔的空氣間隙；結(jié)合工程實(shí)例分析優(yōu)化成果帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)論如下：

(1)優(yōu)化后的緊湊型耐張塔可提升下相跳線高度約4.5m，從而達(dá)到降低塔高，減小樹(shù)木砍伐及跳線開(kāi)方的目的。

(2)研究Y型聯(lián)合跳線串和I型聯(lián)合跳線串的風(fēng)偏擺動(dòng)情況，綜合考慮聯(lián)合跳線串對(duì)鐵塔鋼材量的要求、絕緣子串本身的費(fèi)用及運(yùn)行可靠性，為限制跳線串的擺動(dòng)，推薦采用Y型聯(lián)合跳線串。

(3)優(yōu)化后的緊湊型耐張塔的聯(lián)合跳線滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)以黎平～桂林I、II回500kV緊湊型輸電線路為例，分別統(tǒng)計(jì)可降低塔高、可避免樹(shù)木砍伐及可避免跳線開(kāi)方的耐張塔數(shù)量，計(jì)算得出平均每公里可節(jié)約1.48萬(wàn)元，對(duì)于長(zhǎng)距離輸電的緊湊型輸電線路來(lái)說(shuō)，有較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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