郭 杰 雷光杰 文永慶

（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450000）

500kV雙回輸電線路中相、下相V串塔型應(yīng)用分析

郭 杰 雷光杰 文永慶

（河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南鄭州 450000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電力的依賴也越來(lái)越大。目前，我國(guó)500kV雙回交流線路的鐵塔及其附屬設(shè)施投資約占本體投資的40%，因此，有必要對(duì)程鐵塔型式及塔型系列進(jìn)行深入研究。本文以綜合指標(biāo)最優(yōu)、安全、可靠為目標(biāo)，結(jié)合設(shè)計(jì)條件、工程地形地貌特征、超高壓500kV雙回路線路的電氣、機(jī)械特點(diǎn)，采用宏觀規(guī)劃和微觀規(guī)劃相結(jié)合的方法進(jìn)行分析研究，并結(jié)合國(guó)內(nèi)500kV雙回路輸電線路工程，針對(duì)中相V串、下相V串的排列方式，確定合理的工程規(guī)劃，降低工程投資，實(shí)現(xiàn)輸電線路建設(shè)方式的轉(zhuǎn)變。

輸電線路；500kV雙回；中相V串、下相V串；應(yīng)用分析

目前，我國(guó)500kV超高壓雙回路輸電線路已有較為成熟的建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)500kV雙回交流線路的鐵塔及其附屬設(shè)施投資約占本體投資的40%，因此，有必要對(duì)輸電線路鐵塔型式進(jìn)行深入研究。本文在總結(jié)以往工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合平頂山-白河500kV雙回線路工程，考慮工程地形地貌特征、超高壓500kV雙回路線路的電氣、機(jī)械特點(diǎn)，在使用壽命周期內(nèi)以滿足輸電線路安全可靠運(yùn)行、方便維護(hù)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，使鐵塔在整個(gè)線路全壽命周期內(nèi)利益最大化。根據(jù)工程實(shí)際體特點(diǎn)，提出“中相V串”、“下相V串”新型型式，采用宏觀規(guī)劃和微觀規(guī)劃相結(jié)合的方法進(jìn)行分析研究，規(guī)劃出切合工程特點(diǎn)的鐵塔型式及塔型系列，確定合理的經(jīng)濟(jì)檔距及經(jīng)濟(jì)塔高，降低工程投資，實(shí)現(xiàn)輸電線路建設(shè)理念和方式的轉(zhuǎn)變。

1 概述

桿塔型式規(guī)劃是指單個(gè)鐵塔的外形規(guī)劃，包括塔身形狀和塔頭形狀兩大部分。其中塔身形狀有圓形（如單柱鋼管塔、鋼筋混凝土塔等）、四邊形（如長(zhǎng)方形、正方形、菱形等）、“V”形、門形以及多柱組合型、多邊形（如三角形）等；塔頭形狀包括蝶形、鼓形、傘形、干字形等，塔頭形狀規(guī)劃的要素包括相間距離（水平和垂直兩方面）、掛點(diǎn)要求、橫擔(dān)尺寸（長(zhǎng)度和寬度）。

桿塔型式規(guī)劃主要應(yīng)用靜態(tài)方法（包括因素分析法、指標(biāo)評(píng)價(jià)法等）對(duì)單塔型式及指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。首先分析影響鐵塔本身及其附屬物指標(biāo)的主要因素，并對(duì)其進(jìn)行排序和可變性分析，找出既定條件下降低鐵塔各項(xiàng)指標(biāo)和附屬物各項(xiàng)指標(biāo)的可能性與辦法；其次建立塔重指標(biāo)評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，用數(shù)理分析方法進(jìn)行鐵塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化。這里塔重指標(biāo)評(píng)價(jià)模型不僅包括微觀應(yīng)用的各個(gè)指標(biāo)，還要結(jié)合宏觀塔型系列規(guī)劃所用到的水平檔距、垂直檔距、代表檔距等要素。

為了能準(zhǔn)確地分析、評(píng)價(jià)線路的綜合費(fèi)用對(duì)桿塔規(guī)劃的影響，使用沿線綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法對(duì)不同的地形、地質(zhì)條件、塔位占地、土石方量、基礎(chǔ)工程量等進(jìn)行綜合費(fèi)用分析；無(wú)約束（準(zhǔn)無(wú)約束）排位法是輸電工程特有的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，它是在假定路徑等外部約束條件下，對(duì)各種鐵塔、基礎(chǔ)、絕緣金具串、導(dǎo)線、立塔位置等進(jìn)行無(wú)約束或準(zhǔn)無(wú)約束排定位置，再結(jié)合指標(biāo)評(píng)價(jià)進(jìn)行綜合費(fèi)用優(yōu)化和方案優(yōu)選，確定出給定路徑上的最優(yōu)排位方案；概率統(tǒng)計(jì)法是在上述無(wú)約束排位基礎(chǔ)上，對(duì)塔型、檔距等特征使用率進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)并找出最優(yōu)解。上述方法應(yīng)結(jié)合使用，以安全、經(jīng)濟(jì)、適用、方便為目的，滿足設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)、管理、效益、效果等目標(biāo)，從而達(dá)到全壽命周期的最優(yōu)總目標(biāo)。

在上述桿塔規(guī)劃中，桿塔型式是控制造價(jià)的主要因素，因此，做好桿塔規(guī)劃能有效控制工程造價(jià)。

2 鐵塔塔型分析

輸電線路工程的直線塔約占總塔數(shù)的80%，同時(shí)直線塔導(dǎo)線的布置方式還影響到耐張塔的型式，通過(guò)常用塔型的比較，一般采用三相導(dǎo)線垂直布置的桿塔，目前采用三相導(dǎo)線垂直布置的桿塔型式主要有鼓型、傘型、蒼蠅拍型等。蒼蠅拍型雙回路鐵塔六相導(dǎo)線均在同一塔窗內(nèi)，通過(guò)壓縮相間水平距離減小線路走廊，但其單塔指標(biāo)較高，本體投資較大，且該布置方式安全可靠度低，一旦一個(gè)回路出現(xiàn)事故，另一回路將同時(shí)遭殃。因此，根據(jù)500kV超高壓線路的對(duì)地距離、絕緣配合和搖擺角等電氣參數(shù)要求，結(jié)合工程地形地貌特征（山地、平地）和居民分布較少、林木豐富的特點(diǎn)，采用鼓型布置方式的鐵塔型式較好。

目前，對(duì)于雙回架空輸電線路而言，自立型直線塔有“Ⅰ型絕緣子串”和“Ⅴ型絕緣子串”兩種配合型式。I型絕緣子串具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工、運(yùn)行方便的優(yōu)點(diǎn)，而且直線塔橫擔(dān)長(zhǎng)度較V串直線塔短，在500kV工程中使用廣泛（見(jiàn)圖1）；Ⅴ型絕緣子串對(duì)導(dǎo)線的偏移有制約作用，Ⅴ型串塔（見(jiàn)圖2）整個(gè)走廊寬度要小于Ⅰ型串的走廊寬度。V型串塔可以減少房屋拆遷，減少樹(shù)木砍伐等，但其導(dǎo)線橫擔(dān)比Ⅰ型串塔導(dǎo)線橫擔(dān)要長(zhǎng)，桿塔層間距大，導(dǎo)致鐵塔單基較重，且Ⅴ型串絕緣子數(shù)量比Ⅰ型串增加一倍，增加了本體投資。雙回路架空輸電線路在采用絕緣子型式時(shí)一般全部采用V型絕緣子串或I型絕緣子串，較少在同一個(gè)塔上混合采用。經(jīng)過(guò)分析在雙回路鼓型塔的中相或者下相局部采用V型絕緣子串，其余相采用I型絕緣子同樣能夠達(dá)到減少線路走廊的目的，而局部采用V型絕緣子串對(duì)桿塔重量影響較小，本體投資增加相對(duì)較少。

圖1 全I(xiàn)串直線塔示意圖

圖2 全V串直線塔示意圖

根據(jù)以上分析，并結(jié)合500kV超高壓線路的對(duì)地距離、絕緣配合和搖擺角等電氣參數(shù)要求，以同等使用條件為可比因素，本文對(duì)全V串，全I(xiàn)串，下相V串（圖3），中相V串（圖4）四種桿塔型式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

平頂山-白河500kV線路導(dǎo)線為4×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線，氣象條件為27m/s，10mm冰。根據(jù)工程實(shí)際條件，按照《110～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545-2010）對(duì)上述四種塔型進(jìn)行鐵塔優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3

圖4

表1 四種塔型塔重比較表

全V塔三相導(dǎo)線橫擔(dān)比其他三種塔頭布置的導(dǎo)線橫擔(dān)要長(zhǎng)2.0～4.0米，而且導(dǎo)線層間距比其他三種塔頭布置高2.5～3.0米。全V塔塔頭尺寸大，塔頭擋風(fēng)面積增大，塔身主材因風(fēng)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力增大，塔身主材的規(guī)格增大，塔重增加。全V塔層間距增加，導(dǎo)地線張力對(duì)塔頭每段主材產(chǎn)生彎矩增大，塔頭主材增加，塔重增加。另外，由于層間距增加，塔頭部分重量由于尺寸增加而增加，橫擔(dān)長(zhǎng)度增加，橫擔(dān)重量由于尺寸增加也增大，綜合這幾項(xiàng)，全V塔塔重最重；由于全部采用V串，絕緣子數(shù)量較多，因此，全V串布置的本體投資最多，但其線路走廊相對(duì)較小，且采用V串后限制了導(dǎo)線風(fēng)偏，減小了走廊寬度。

全I(xiàn)串、中相V串和下相V串三種桿塔橫擔(dān)長(zhǎng)度和導(dǎo)線層間距稍有差別，但單基塔重基本相當(dāng)，中相V串和下相V串桿塔由于局部采用了V串，絕緣子數(shù)量較全I(xiàn)串桿塔每基增加2支，因此，本體投資與全I(xiàn)串桿塔相比均有所增加；中相V串和下相V串桿塔由于采用V串，其邊導(dǎo)線最大水平距離與全I(xiàn)串相比有所縮減，因此，在單基桿塔本體投資分別增加2%和3%的情況，分別減少了線路走廊寬度17%和7%（見(jiàn)表2），提高了線路的單位輸送容量。

表2 四種導(dǎo)線邊導(dǎo)線最大水平距離比值

3 塔型選擇

根據(jù)以上分析，中相V串和下相V串比全V串和全I(xiàn)串有優(yōu)勢(shì)，線路可根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。中相V串和下相V串桿塔相比，桿塔重量、本體投資基本相同，邊導(dǎo)線最大水平距離中相V串稍?。辉诠こ虒?shí)際應(yīng)用中，垂直排列的桿塔下相是交叉跨越的控制相，在山地風(fēng)偏點(diǎn)等危險(xiǎn)點(diǎn)也是下相導(dǎo)線控制，由于下相V串桿塔的下相采用了V型絕緣子串，限制了導(dǎo)線的風(fēng)偏，有利于控制風(fēng)偏后的凈空距離，且V型絕緣子串由于絕緣子傾斜，一定程度上可減小桿塔呼稱高，在跨越林區(qū)時(shí)能夠減小線路走廊，減小樹(shù)木砍伐量。綜上所述，中相V串和下相V串兩種桿塔型式線路走廊較窄，本體投資較小，單位輸送容量高。

在工程建設(shè)中，山區(qū)段線路林木茂密，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，應(yīng)盡量減少樹(shù)木砍伐。山區(qū)段線路走廊一般不受限制，但仍應(yīng)盡可能減少線路走廊；山區(qū)線路除了需要滿足導(dǎo)線對(duì)地垂直距離外，還需注意邊線風(fēng)偏時(shí)對(duì)地或?qū)?shù)的凈空距離。綜合以上因素，在山地段推薦下相為V型絕緣子、中相和上相為I型絕緣子的直線鐵塔。平地地區(qū)一般是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)，人口稠密，走廊狹窄，平地段推薦采用中相為V型絕緣子、下相和上相為I型絕緣子的直線鐵塔。

4 塔型應(yīng)用分析

平頂山-白河500kV雙回線路起自平頂山香山500kV變電站，止于南陽(yáng)白河500kV變電站，線路位于平頂山市和南陽(yáng)市境內(nèi)，途經(jīng)寶豐縣、平頂山市、魯山縣、方城縣和南陽(yáng)市。該線路由單、雙回路組成，其中單回路長(zhǎng)16.873km，雙回路長(zhǎng)97.643km；導(dǎo)線為4×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線；鐵塔282基；沿線平地占55%，山區(qū)占45%，交通情況良好。

根據(jù)工程實(shí)際情況，直線塔在山地采用下相V串，上、中I串的新塔型，以降低塔高0.5～1.0米，減少投資。在有效控制走廊寬度的前提下，提升導(dǎo)線高度，節(jié)約了塔材，較好限制了下相導(dǎo)線風(fēng)偏，減少了邊坡開(kāi)方。

平地地區(qū)應(yīng)考慮節(jié)約土地資源，為未來(lái)發(fā)展留下盡可能大的空間，同時(shí)盡可能地降低本體投資。在平丘地區(qū)采用中相V串，上、下I串的新型雙回路直線塔，鐵塔較通常的3相I串塔型可減少走廊寬度2～3米，占用走廊面積窄、塔重輕、通道清理費(fèi)用低。全線采用上述2種新型塔177基，根據(jù)2種新型塔型應(yīng)用，節(jié)省項(xiàng)目總投資約800萬(wàn)元。

綜上所述，在對(duì)中相V串、下項(xiàng)V串塔型分析和研究后，通過(guò)在平頂山-白河雙回500kV線路應(yīng)用新型塔型，降低了沿線走廊，減少林木砍伐和房屋拆遷，節(jié)省了工程投資，即實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，又提高了社會(huì)效益。

［1］GB50545-2010.110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］郭杰，蔡武軍.桿塔規(guī)劃及經(jīng)濟(jì)檔距研究［C］.黑龍江慶云-雞西500kV設(shè)計(jì)競(jìng)賽專題，2009（5）.

［3］張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2003.

Application Analysis of Medium-Phase and Low-Phase V Series TowerTypes in 500kv Double Circuit Transmission Line

Guo Jie Lei Guangjie Wen Yongqing
（Henan Electric Power Survey and Design Institute，Zhengzhou，Henan 450000）

With the continuous development of China's economy，there is bigger and bigger dependence on electricpower. At present in China 500 kV double circuit AC transmission lines tower and its affiliated facilities investmentaccount for about 40% of the investment on main body. Therefore，it is necessary to conduct an in-depth research onthe type of steel tower and tower type series. Aiming at optimal comprehensive index，safety and reliability，combinedwith design conditions and engineering topographic and geomorphic features，electrical and mechanicalcharacteristics of ultra 500 kV double circuit line，this paper analyzed and studied through a method of combiningmacro planning and micro planning，combined with domestic 500kV double circuit transmission line project，targetedat the arrangement of medium-phase V and low-phase V series，determined a reasonable project planning，reducedengineering investment and realized the transformation of the transmission line construction.

transmission line；500kV double circuit；medium-phase V series，low-phase V series；applicationanalysis.

TM863

：A

：1003-5168（2015）03-0140-3

2015-2-25

郭杰（1979.9-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向；結(jié)構(gòu)工程。