中國能源建設(shè)集團甘肅省電力設(shè)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(shù)，當(dāng)線路長度大于100公里時線路應(yīng)進行換位。西藏地區(qū)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(shù)環(huán)節(jié)，該地區(qū)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(qū)風(fēng)速大，耐張換位塔跳線絕緣子串在大風(fēng)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(shè)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(jié)合現(xiàn)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(huán)換位的布置方式。圖1為換位一個整循環(huán)，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(huán)

圖2 換位兩個整循環(huán)

國內(nèi)輸電線路換位方式。國內(nèi)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?jié)L式換位方式，川藏聯(lián)網(wǎng)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?jié)L式換位方式。

常規(guī)換位方式的優(yōu)缺點。國內(nèi)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(yōu)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(qū)，地形較平緩；耐張塔換位：優(yōu)點是造價較低、不受地形限制，缺點是耐張塔結(jié)構(gòu)特殊，導(dǎo)線引流線穿越復(fù)雜，塔頭空氣間隙不易滿足要求；耐張塔加輔助子塔：優(yōu)點是塔頭空氣間隙容易滿足要求，帶電作業(yè)安全；缺點是造價高，適用地形開闊地區(qū)；懸空換位：優(yōu)點是造價較低，常規(guī)鐵塔結(jié)構(gòu)，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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(qū)110kV及220kV通常采用的換位方式。經(jīng)查閱相關(guān)設(shè)計資料，結(jié)合西藏地區(qū)110kV及220kV輸電線路現(xiàn)有工程實際經(jīng)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(jié)構(gòu)高度、跳線輔助橫擔(dān)及跳線托架，將兩邊相導(dǎo)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(dān)，實現(xiàn)兩個邊相的連接。由于西藏高海拔地區(qū)風(fēng)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(fēng)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(yōu)點相結(jié)合，設(shè)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(yōu)化設(shè)計方案

由于西藏地區(qū)風(fēng)速較大，從安全角度考慮不適合采用懸垂?jié)L式換位，耐張塔換位方式引流跳線過于復(fù)雜，不利于大風(fēng)風(fēng)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(shù)要求。采用耐張塔換位方式，通過優(yōu)化導(dǎo)線掛點位置布置方式，為引流跳線順利引接創(chuàng)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(dǎo)線換位，兩基塔完成一次換位，換位塔結(jié)構(gòu)與常規(guī)耐張塔基本一致，繼續(xù)采用構(gòu)造成熟的“干”字型布置方式。為了改善引流線對接，將一側(cè)中相導(dǎo)線掛點下移至塔身導(dǎo)線橫擔(dān)位置，方便前側(cè)中相導(dǎo)線與后側(cè)邊相導(dǎo)線對接順暢，以完成兩相導(dǎo)線換位，這樣三相導(dǎo)線一側(cè)呈三角排列、一側(cè)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(dǎo)線換相設(shè)計。三角排列的上相導(dǎo)線，仍采用地線橫擔(dān)上設(shè)置跳線輔橫擔(dān)。下導(dǎo)線橫擔(dān)按矩形設(shè)計，設(shè)置雙跳線串，方便邊相導(dǎo)線向中相導(dǎo)線繞引。水平排列的中相導(dǎo)線，導(dǎo)線掛點設(shè)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(cè)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(yōu)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(dǎo)線換位，兩基完成一次換位，一基換位塔可兼顧小轉(zhuǎn)角塔使用，另一基轉(zhuǎn)角塔旋轉(zhuǎn)180度、按零度耐張塔使用。這樣可將導(dǎo)線相同排列方式放置在孤立檔內(nèi)，孤立檔外不改變常規(guī)塔導(dǎo)線排列方式。

圖11 循環(huán)換位優(yōu)化示意圖

圖12 換位方式優(yōu)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(guī)轉(zhuǎn)角塔荷載一樣，只是因前后側(cè)導(dǎo)線掛點位置變化，換位塔中相一側(cè)荷載加載在圖13B處，其余荷載點位置與常規(guī)轉(zhuǎn)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(guī)耐張塔受力分析比較如下：塔身規(guī)格均為Q345L70X5，滿應(yīng)力83.4%/78.0%；橫隔面規(guī)格均為Q345L80X7，滿應(yīng)力均為87.4%；基礎(chǔ)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(guī)一型轉(zhuǎn)角塔，鐵塔主材規(guī)格不變，基礎(chǔ)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(chǔ)形式均采用掏挖基礎(chǔ)。

從表2可得出：單基新型換位塔與常規(guī)耐張塔、常規(guī)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(dǎo)線、荷載較小，新型換位塔較常規(guī)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(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

表2 絕緣子金具串及基礎(chǔ)投資比較（萬元）

4 結(jié)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(nèi)地110～330kV電壓等級。將新型換位方式的特點總結(jié)如下：

圖15 新型換位塔用于雙回路線路分支調(diào)相塔示意圖

本新型換位塔沒有改變常規(guī)干字型耐張塔的整體結(jié)構(gòu)，三相導(dǎo)線一側(cè)用水平排列，一側(cè)采用三角排列，下導(dǎo)線橫擔(dān)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(qū)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(shù)287基，其中單回路直線塔236基、單回路轉(zhuǎn)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(huán)換位，滿足了規(guī)程規(guī)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(fēng)偏放電故障造成的跳閘、降低了運行風(fēng)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(dǎo)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(dǎo)線排列方式不變；新型換位塔也可用于雙回路線路分支調(diào)相塔。