李乾飛,馬 麗

(1.璞信電力工程設(shè)計(jì)有限公司,湖北省武漢市光谷大道3號(hào) 430040;2.河北水利電力學(xué)院 電力工程系,河北省滄州市黃河西路49號(hào) 061001;3.河北省工業(yè)機(jī)械手控制與可靠性技術(shù)創(chuàng)新中心,河北省滄州市黃河西路49號(hào) 061001)

輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分,因此,輸電線路的安全可靠運(yùn)行與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)。輸電線路設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好、投資合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一”等設(shè)計(jì)理念,提高資源利用率,提高電網(wǎng)工程的建設(shè)效率[1-2]。在輸電線路設(shè)計(jì)過程中,選擇的桿塔型式是否合適,路徑規(guī)劃是否合理,以及對(duì)路徑沿線交叉跨越相關(guān)是否滿足要求,嚴(yán)重影響到輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定。

1 工程資料

河北省南部某變電站位于縣城南部3km左右,供電面積約31.13km2,10kV主干線平均供電半徑約5.05km。該變電站于2013年建成投運(yùn),并在2016年進(jìn)行了主變擴(kuò)建。該變電站遠(yuǎn)期規(guī)劃按照110kV變電站建設(shè),目前運(yùn)行電壓等級(jí)為35kV。

變電站現(xiàn)有主變3臺(tái),容量為30MV·A,目前該站主變最大負(fù)荷達(dá)到27MW,受地理?xiàng)l件的限制,目前縣城周邊有2座110kV變電站和3座35kV變電站。2019年,該縣已進(jìn)行新區(qū)建設(shè)工作,周邊變電站有1座110kV變電站和2座35kV變電站已出現(xiàn)重載。隨著新區(qū)供電負(fù)荷的不斷增加,僅靠現(xiàn)有1座35kV變電站供電,已不能滿足該區(qū)域負(fù)荷增長(zhǎng)和供電可靠性的要求。

根據(jù)批復(fù)的電力接入系統(tǒng)報(bào)告,對(duì)該35kV變電站進(jìn)行升壓改造,新出110kV線路兩回?，F(xiàn)選取其中一回110kV線路,對(duì)110kV單回路T接角鋼塔的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

2 輸電線路概況

根據(jù)已批復(fù)的電力接入系統(tǒng)報(bào)告,該工程需新建一回110kV輸電線路(以下簡(jiǎn)稱A線路),T接于110kV某某線(以下簡(jiǎn)稱B線路),止于升壓后的110kV某變電站,形成新的電力系統(tǒng)接入方式。B線路為全線架空,單回路,于2012年投運(yùn),至今已運(yùn)行20余年,線路桿塔有水泥砼桿和角鋼塔等種類,導(dǎo)線截面為240mm2的鋼芯鋁絞線,地線配置2根截面為50mm2的鍍鋅鋼絞線。

該工程規(guī)劃擬建A線路為單回路,導(dǎo)線截面為300mm2的鋼芯鋁絞線,地線配置2根,其中一根截面為100mm2的鋁包鋼絞線,另一根根據(jù)通信專業(yè)要求,選擇48芯光纖復(fù)合架空地線(簡(jiǎn)稱OPGW光纜)。

針對(duì)該地區(qū)的氣象條件和海拔高度,并結(jié)合該工程所需的導(dǎo)地線規(guī)格,A線路新建角鋼塔擬采用國(guó)家電網(wǎng)有限公司基建部下發(fā)的《國(guó)家電網(wǎng)有限公司35～750kV輸變電工程通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備應(yīng)用目錄(2021年版)》中的“110-DC21D”模塊。

3 線路T接方式

在輸電線路設(shè)計(jì)中,常規(guī)的110kV輸電線路是從某220kV變電站的某110kV間隔直出一回至新建的某110kV變電站。但隨著區(qū)域用電負(fù)荷的增加,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,上級(jí)電源點(diǎn)(220kV變電站)的110kV直出間隔數(shù)量會(huì)出現(xiàn)全部占用的現(xiàn)象,這就導(dǎo)致了現(xiàn)在很多輸電線路會(huì)T接與其他輸電線路的現(xiàn)狀,從而對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)人員如何選擇輸電線路的T接方式,以及相關(guān)的T接位置,提出了更高的設(shè)計(jì)要求。

一般來說,我們常見的輸電線路T接方式包括“電纜T接”“雙回路耐張塔T接”和“單回路耐張塔T接”等幾種。不同的T接方式有著不同的要求,輸電線路設(shè)計(jì)人員一般需要針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地形地貌,結(jié)合周邊環(huán)境地物信息,以及輸電線路附近交叉跨越的障礙物等方面進(jìn)行綜合考慮,進(jìn)而確定適合該工程的T接設(shè)計(jì)方式。下面針對(duì)上述幾種T接方式展開進(jìn)一步的相關(guān)介紹。

3.1 電纜T接

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)建設(shè)及改造中,電力電纜得到廣泛應(yīng)用。角鋼塔是輸配電線路建設(shè)中一種常用桿塔,電力電纜在角鋼塔上的電纜平臺(tái)敷設(shè)引下,是電力輸配線路的建設(shè)與改造中常見方式之一[3]。顧名思義,電纜T接就是采用電纜的方式與被T接的輸電線路進(jìn)行連接,一般分為電纜T接于架空線路和電纜T接于電纜線路這兩種。

以上2種方式,無論采用哪種方式的電纜T接,都會(huì)涉及到新建電纜的敷設(shè)。在輸電線路設(shè)計(jì)中,電纜的常見敷設(shè)方式一般包括直埋敷設(shè)、排管敷設(shè)、簡(jiǎn)易溝槽敷設(shè)、拉管敷設(shè)、頂管敷設(shè)和隧道敷設(shè)等幾種形式。一般電纜線路處于鄉(xiāng)間和田野空曠地帶時(shí),優(yōu)先選用直埋敷設(shè)方式;對(duì)于地表可能有大型荷載交通運(yùn)輸工具通過該地帶時(shí),優(yōu)先選用排管敷設(shè)方式;對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)附近有道路,鐵路,河湖等地物影響時(shí),優(yōu)先選用拉管敷設(shè)或頂管敷設(shè)方式;如果線路位于市中心或者郊區(qū)等地,受政府規(guī)劃部門統(tǒng)一規(guī)劃因素限制,存在選用隧道敷設(shè)方式的可能性。

故此,針對(duì)電纜T接方式,對(duì)于設(shè)計(jì)人員選擇T接位置,有了更高的要求。選擇合理的線路T接點(diǎn),會(huì)直接對(duì)電纜敷設(shè)方式產(chǎn)生較大影響,若選擇位置欠佳,后期施工時(shí),會(huì)存在由一般的直埋敷設(shè)方式,變更為排管、拉管或頂管敷設(shè)等方式,出現(xiàn)類似的設(shè)計(jì)方案變更,會(huì)對(duì)工程投資影響較大。除市區(qū)中心、郊區(qū)、規(guī)劃通道、空間受限等特定區(qū)域外,一般不考慮該T接方式。

結(jié)合該工程實(shí)際情況,擬建輸電線路所經(jīng)區(qū)域均為田野、鄉(xiāng)村等區(qū)域,故在此不詳細(xì)贅述該T接方式。

3.2 雙回路耐張塔T接

在輸電線路設(shè)計(jì)中,雙回路耐張塔一般導(dǎo)線橫擔(dān)分布在桿塔兩側(cè),上下垂直排列,成“鼓”形。對(duì)于使用雙回路耐張塔T接時(shí),一般考慮選用雙回路終端塔進(jìn)行,保證了角鋼塔一側(cè)掛線和另一側(cè)不掛線運(yùn)行工況下,角鋼塔兩側(cè)張力差不超出角鋼塔設(shè)計(jì)使用條件。

雙回路耐張塔T接,是在被T接的輸電線路下方新建一基雙回路桿塔,與被T接的輸電線路進(jìn)行連接,一般為架空線路之間T接較多。該T接方式可分別用于單、雙回路架空輸電線路中。雙回路桿塔塔頭一覽圖如圖1所示:

圖1 雙回路桿塔塔頭一覽圖Fig.1 Overview of double circuit tower head

結(jié)合該工程實(shí)際情況,被T接的線路B線為單回路,全線架空,直線桿塔有水泥門桿(“一”字形狀,導(dǎo)線布置為水平排列方式)和角鋼塔(貓頭塔,導(dǎo)線布置為三角排列方式),耐張塔為角鋼塔(“干”字形狀,導(dǎo)線布置為三角排列方式)。

在使用該方案進(jìn)行T接時(shí),一般優(yōu)先選擇在孤立檔中新立角鋼塔,這樣式的優(yōu)點(diǎn)在于,新立角鋼塔兩側(cè)均為耐張塔,導(dǎo)線布置為三角排列,在導(dǎo)線由三角排列轉(zhuǎn)換為垂直排列的過程中,能夠更好的保證線路各導(dǎo)線之間的相間電氣距離;若選擇在連續(xù)檔中立塔時(shí),就要考慮新立角鋼塔的位置與相鄰直線塔(推薦選擇與貓頭直線塔)的檔距不應(yīng)太小,否則會(huì)引起直線塔懸垂金具串發(fā)生偏斜,超出直線塔使用條件,以及在不同運(yùn)行工況下,導(dǎo)線對(duì)角鋼塔的電氣距離不能滿足要求等[4-6]。特殊情況下,可考慮在懸垂金具串下方懸掛重錘片的措施,來減小懸垂金具串的偏斜角度,此方案應(yīng)提前征得輸電線路運(yùn)行單位的意見認(rèn)可后進(jìn)行,避免后期施工完成后驗(yàn)收不通過。

另外,由于雙回路耐張塔塔頭呈垂直排列,兩側(cè)掛線或雙回路單側(cè)掛線,導(dǎo)致塔頭尺寸比單回路耐張塔高出一部分,從而引起雙回路耐張塔的基礎(chǔ)作用力較單回路耐張塔要大,基礎(chǔ)根開尺寸較大,相應(yīng)的桿塔重量以及基礎(chǔ)工程量較高,所以在常規(guī)的單回輸電線路T接方案設(shè)計(jì)時(shí),一般不優(yōu)先考慮此方案。

3.3 單回路耐張塔T接

單回路耐張塔T接就是在被T接的架空輸電線路下方新建一基單回路耐張終端桿塔,完成新建線路與被T接的架空輸電線路的電氣連接,一般為架空線路之間T接較多。

傳統(tǒng)的單回路耐張塔呈“干”字型,導(dǎo)線布置為三角排列,這種布置方式僅能實(shí)現(xiàn)單回路架空輸電線路的電氣連接。如果想在傳統(tǒng)單回路耐張塔上實(shí)現(xiàn)兩條架空輸電線路T接,需要對(duì)角鋼塔的橫擔(dān)進(jìn)行局部技術(shù)改造,才能保證實(shí)現(xiàn)兩條架空輸電線路的電氣連接。

經(jīng)過局部改造后的單回路耐張塔,相較于傳統(tǒng)型式的“干”字型耐張塔,該桿塔在原下側(cè)導(dǎo)線橫擔(dān)的下方,再增加一組導(dǎo)線橫擔(dān),該橫擔(dān)與原來的導(dǎo)線橫擔(dān)成垂直排列,由上自下觀看,俯視導(dǎo)線橫擔(dān)為“十”字形狀。另外,為保證T接后的輸電線路地線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)角滿足規(guī)范要求,地線橫擔(dān)在原地線橫擔(dān)最外側(cè)處,各增加一組垂直橫擔(dān),由上自下觀看,俯視地線橫擔(dān)為“工”字形狀。T接線路的中相導(dǎo)線通過改造后的地線橫擔(dān),加裝跳線串,使得A線與B線中相完成電氣連接[7]。單回路T接塔塔頭一覽圖如圖2所示:

圖2 單回路T接塔塔頭一覽圖Fig.2 Overview of single circuit T-connection tower head

結(jié)合該工程實(shí)際情況,使用該方案進(jìn)行T接時(shí),由于該角鋼塔是在原有“干”字形耐張塔的基礎(chǔ)上修改而來,導(dǎo)線布置為三角排列,與B線現(xiàn)有桿塔導(dǎo)線的水平排列或三角排列方式,具有良好的對(duì)接能力,既保證了各相導(dǎo)線之間的相間電氣距離,又保證了導(dǎo)線與角鋼塔塔身的電氣距離要求。

4 工程應(yīng)用

通過上述資料綜合分析得出,相較于雙回路耐張塔T接立塔位置的選擇,單回路耐張塔T接的位置可以選擇在孤立檔中間,也可以選擇在連續(xù)檔中間,給輸電線路設(shè)計(jì)人員在規(guī)劃線路T接點(diǎn)位置,以及整體輸電線路路徑走向時(shí),增加了更多的可行性和便利性。因此該工程在可行性研究階段,優(yōu)先考慮采用改造后的單回路耐張塔進(jìn)行輸電線路的T接,并取得了上級(jí)評(píng)審單位的認(rèn)可。

另外,不可回避的問題是,采用單回路耐張塔T接和電纜T接,以及雙回路耐張塔T接一樣,在選擇T接位置時(shí),塔位均需要選擇在現(xiàn)有輸電線路中心的下方,新建鐵塔位置局部調(diào)整受限。不過,得益于該角鋼塔基礎(chǔ)根開尺寸較小,也為后期施工占地協(xié)調(diào)提供了方便。單回路T接耐張塔投運(yùn)后影像資料,如圖3所示:

圖3 投運(yùn)后影像Fig.3 Image data after operation

5 結(jié)束語

伴隨著國(guó)家“十四五”規(guī)劃的頂層設(shè)計(jì)理念提出,地方政府對(duì)城鎮(zhèn)區(qū)域的總體規(guī)劃要求越來越高,導(dǎo)致架空輸電線路通道日益緊張,對(duì)相關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)工程也提出更高質(zhì)量的要求。各方面均要求采用更先進(jìn)的技術(shù)手段來解決選線、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行的諸多問題,并對(duì)輸電線路設(shè)計(jì)人員在可行性研究階段就要充分理解相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范以及最新“反輸電線路事故”等文件精神,為后期工程提供設(shè)計(jì)質(zhì)量保障[8-9]。

在該工程中,利用單回路耐張塔進(jìn)行改造后,形成新的單回路T接塔,有效解決了單回路T接傳統(tǒng)上的一些問題,也為以后的110kV輸電線路設(shè)計(jì)提供了相關(guān)參考。

該工程提前半年投運(yùn),得到了建設(shè)單位、施工單位、運(yùn)行單位的好評(píng),即滿足了生產(chǎn)需要,又節(jié)約工程投資,達(dá)到了預(yù)期目的。在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下,進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),體現(xiàn)了以人為本的理念,最大限度降低了占地面積、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),并同時(shí)滿足了相關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)要求[10]。