1000kV淮南－南京－上海特高压交流双回换位塔研究

张 瑚，李 健，汪如松，刘文勋，张冯硕

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

1000kV淮南－南京－上海特高压交流双回换位塔研究

张 瑚，李 健，汪如松，刘文勋，张冯硕

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

本文以1000kV淮南-南京-上海特高压交流输电线路工程为背景，结合以往双回路换位塔设计成果，利用三维间隙分析软件，设计了三柱式换位塔、双柱式换位塔以及双回共杆换位塔，并估算了塔重、基础、绝缘子等工程量，通过技术经济比较，得出双共杆换位塔技术可行，经济合理。最后，推荐1000kV淮南-南京-上海高压交流输电线路工程采用双回共杆换位塔型式。

1000kV特高压；双回路；换位塔。

1 概述

为减少电力系统正常运行时电流和电压的不对称，使电力设备能正常运行，并限制送电线路对通信线路的影响，需要对系统电压、电流的不平衡度进行控制，有必要对输电线路进行导线换位。电能质量 三相电压不平衡》(GB/T 15543－2008 )规定，在交流额定频率为50赫兹时，电力系统在正常运行方式下，由于负序分量而引起的电压不平衡度允许值为2%。

根据《1000kV架空输电线路设计规范》(GB 50665－2011)要求，单回线路采用水平排列方式时，线路长度超过120km应换位；单回线路采用三角排列及同塔双回线路按逆相序排列时，其换位长度可适当延长，换位循环长度不宜大于200km。

文献3研究后认为，1000kV特高压双回交流输电线路在逆相序排列方式下，额定输送功率为6000 MW时，线路长度为385km时，不换位线路不平衡度达到2%。

2 换位塔塔型设计

由于特高压输电线路传输容量大，输送距离远，换位塔型的选择是一项重要课题。本文在借鉴1000kV晋东南－南阳－荆门特高压交流试验示范工程及皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程有关研究成果，以1000kV淮南－南京－上海特高压交流输电线路工程(以下简称淮上线)为背景，设计了三种双回换位塔型，通过技术经济对比，提出了适用于该工程的1000kV特高压交流输电线路换位塔塔型。

文献4对比分析了两种1000kV双回路换位杆塔塔型，即三柱式换位塔和双回共杆换位塔。文献5提出了有关联和无关联两种型式的1000kV特高压双回路双柱式换位塔塔型。

根据上述文献研究成果，结合110～750kV输电线路设计经验，1000kV特高压交流双回线路换位塔型大致可分为三柱式换位塔、双柱式换位塔以及双回共杆换位塔三种结构型式。

2.1 三柱式换位塔

1000 kV三柱式换位塔采用两基单回铁塔结合一基跳线副塔完成双回导线的换位，具体换位方式为：一侧上相～副塔～另侧中相、一侧中相～副塔～另侧下相 、一侧下相～另侧上相，另外一回采用类似的滚式换相实现双回反向换位，见图1。

图1 三柱式换位塔

2.2 双柱式换位塔

双柱式换位塔是在三柱式换位塔基础上，取消中间副塔，只使用两基单回耐张塔完成换位，利用跳线支架，从一侧上相～另侧中相、一侧中相～另侧下相、一侧下相～另侧上相方式实现换位，另一单塔也采用类似方式实现双回反向换位，见图2。

图2 双柱式换位塔

2.3 双回共杆换位塔

双回共杆换位塔在同一杆塔上实现双回线路的换位工作，通过上下横担水平加长，利用垂直跳线实现上、下相之间的换相，一侧上相～另侧中相、一侧中相～另侧下相通过硬跳线相连，实现换相，见图3。

图3 双回共杆换位塔

3 跳线型式设计

根据上述三种换位塔型布置型式，结合淮南－南京－上海特高压交流输电线路工程相关设计参数计算不同跳线型式下的风偏角，以便设计杆塔基本尺寸。

导线为8×LGJ－630/45钢芯铝绞线，设计最大风速取30m/s；最大覆冰为10 mm。

软跳线绝缘子串风偏角计算公式为：

式中：T为跳线张力(N)； P4为跳线单位长度风荷载(kg/m)；P1为跳线单位长度自荷载(kg/m)；P0为跳线绝缘子串风荷载(kg)；G0为跳线绝缘子串垂直荷载(kg)；GZ为重锤垂直荷载(kg)；lH为跳线档水平档距(m)；lV为跳线档垂直档距(m)；K为跳线与垂直横担直线间的夹角(°)；θ为跳线挂点倾斜角(°)；n为导线分列根数。

笼式硬跳线及跳线绝缘子串风偏角按下式计算：

式中：P4为跳线单位长度风荷载(kg/m)；P1为跳线单位长度自荷载(kg/m)，风压不均匀系数取1.2；lH为软跳线水平档距(m)；lV为软跳线垂直档距(m)；lG为硬跳线长度(m)；Pc为支撑架风荷载(kg)；Gc为支撑架垂直荷载(kg)；GZ为重锤垂直荷载(kg)；n为导线分列根数。

根据公式(1)和(2)，参照1000kV锡盟－南京、淮南(皖南)－上海(皖电东送)特高压交流线路工程跳线风偏取值原则，适当配重。耐张塔跳线操作过电压风偏角取10°，大风取35°，双I软跳线串和笼式跳线可通过适当的配重保持风偏角基本一致。双I软跳线串、笼式跳线串和软跳线配重后的风偏角计算结果见表1。

表1 跳线风偏角计算

从上表计算结果可知，软跳线风偏角度较大，对杆塔间隙要求较高，而采用双I软跳线时，两I串之间的跳线档弧垂约为1.3m左右，而采用笼式跳线可减小中间弧垂，进一步缩小杆塔尺寸。为此，双回换位塔跳线型式以笼式跳线为主。

4 杆塔设计

本文在文献[6]、文献[7]的研究成果基础上，对杆塔塔头布置展开优化设计，利用三维软件，按照第三节中计算结果，校核杆塔空间间隙，确定杆塔尺寸，具体情况如下所述。

4.1 三柱式换位塔

根据计算，三柱式换位塔单回铁塔上、下跳线横担长度取17m，支架伸出长度为8m，导线耐张挂点垂直间距均取21m。根据上述塔头尺寸，带电部分与杆塔构件之间的最小间隙为下相导线绕引至跳线支架的软跳线部分至跳线横担伸出支架，空间距离为7.46m，见图4。

图4 三维间隙校验(三柱式换位塔)

4.2 双柱式换位塔

为满足工频、操作、雷电间隙要求，对双柱组合耐张换位塔进行了三维校验，确定了杆塔相关尺寸，具体见图5。

图5 三维间隙校验(双柱式换位塔)

经计算，双柱式换位塔单回铁塔跳线横担长度取17m，支架伸出长度取8m，导线耐张挂点垂直间距均为21m。带电部分与杆塔构件之间最小间隙为上相绕引至中相软跳线部分至跳线横担伸出支架，空间距离为7.51m。

4.3 双回共杆换位塔

由于双回共杆换位塔在同一杆塔上实现双回路换位，跳线间隙稍显复杂。通过建立三维模型，校验电气间隙，具体见图6。

图6 三维间隙校验(双回共杆换位塔)

通过计算，杆塔层间距取21m，上下横担长度为26.5m，中相横担长度为12.3m；上横担伸出跳线支架单侧长度分别为6m和9m，下横担伸出跳线支架单侧长度为6m，上－中、中－下相硬跳线长度取16m，上－下相硬跳线长度取20m。带电部分与杆塔构件之间的最小间隙为上中相跳线部分靠近中相侧软跳线至中横担，空间距离为7.59m。

5 技术经济对比

根据杆塔基本尺寸，通过计算，三柱式、双柱式换位塔按场强控制的走廊宽度达108m和82m，大于双回共杆换位塔70m的走廊宽度；若按强制拆迁线(即边线外7m)计算，三柱式换位塔走廊宽度为80m，远大于双柱式换位塔54m、双回共杆换位塔42m的走廊宽度。

以51m呼高杆塔为例，水平荷载、垂直荷载及转角度数与0－20度普通耐张塔保持一致，根据换位方式的不同，从塔重、基础、绝缘子串金具、硬跳线、占地面积等方面分析对比三种塔型，其中塔材及安装费用按照1.23万元/t，基础费用按0.23万元/m3；550kN绝缘子按450元/片，210kN合成绝缘子按3500元/支，硬跳线按3.5万元/套计算，对三种换位塔型进行经济性分析。

表2 换位塔经济性对比

从塔基占地面积上看，双柱式换位塔占地面积为662.48m3，占地面积最大，三柱式换位塔占地面积次之，为644.13m3，双回共杆换位塔占地面积为484.83m3，占地面积最小，相当于双柱式占地面积的73.2%。

塔重方面，三柱式换位塔重339.27t，双柱式换位塔为322.63t, 双回共杆换位塔重356.78t，主要是因为三柱式换位塔通过中间跳线塔进行换位，两侧单回铁塔为柱形，塔重较轻；双柱式取消了中间跳线塔，单回铁塔上增加了跳线支架，塔重稍有增加；双回共杆换位塔由于在单基杆塔上实现双回路换位，上下层横担加长较多，塔重较三柱和双柱式换位塔有所增加。

在基础土方量上，三柱式换位塔由于采用三基铁塔，土方量最大，达2900m3，双柱式由于有两基单回铁塔，土方量略减，达2430m3，双回共杆换位塔采用单基铁塔，基础方面最省，仅为1880m3；

与基础土方量对应，三柱式换位塔基础混凝土量大于双柱式和双回共杆换位塔，双回共杆换位塔用量最小。

在总费用上面，对于1000kV淮上线而言，三柱式换位塔单基总体费用最高，为822.63万元，双柱式单基杆塔费用次之，达791.64万元，双回共杆换位塔总体费用最省，为777万元。

双回共杆换位塔总费用低于双柱式及三柱式换位塔，整体造价优势明显。

综上所述，三柱式和双柱式换位塔分别采用三基和两基副塔组合换位，水平线距及走廊宽度宽，占地面积大，整体费用较高。

双回共杆换位塔虽然上、下相跳线支架伸长较多，塔重较三柱式、双柱式换位塔有所增加，但基础费用、征地费用与另两种换位塔型相比优势明显。不仅如此，双回共杆换位塔由于走廊宽度窄，占地面积小，在线间距离和通道清理方面占优。

6 结论

综合以上计算分析，本文主要结论如下：

(1)在水平线距和走廊宽度方面，双回共杆换位塔要优于三柱式和双柱式换位塔。

(2)就1000kV淮上线而言，双回共杆换位塔虽然塔重较重，但在占地面积、基础工程量上小于双柱式及三柱式换位塔，总体造价有一定优势。

(3) 结合工程实际情况，从技术性、经济性两方面来看，双回共杆换位塔均具有有一定优势，推荐1000kV淮上线换位塔采用双回共杆换位塔型式。

[1]GB/T 15543－2008，电能质量 三相电压不平衡[S]．

[2]GB 50665－2011，1000kV架空输电线路设计规范[S]．

[3]席晓丽，郝阳，高振，许苗．交流1000kV同塔双回线路电气不平衡度研究[J]．电网与清洁能源，2012，28(5)．

[4]施柳武，席晓丽．1000kV特高压交流同塔双回线路换位塔型式选择[J]．电力建设，2012．33(1)．

[5]李显鑫，卢玉．特高压交流双回线路中单柱组合耐张换位塔应用[J]．电力建设，2009．30(2)．

[6]王茂成，刘晓辉，王孟勇，郝文婧．500kV双回换位塔电气模型设计优化的研究[J]．电力建设，2006，27(12)．

[7]李显鑫，石改萍．单柱组合耐张塔跳线设计及计算[J]．电力技术，2010．19(5)．

Study on the Double Transposition Tower of 1000kV UHV AC in Huainan-nanjing-shanghai Transmission Line

ZHANG Hu, LI Jian, WANG Ru-song, LIU Wen-xun, ZHANG Feng-shuo
(Central Southern China Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

Based on the 1000kV UHV AC Double-circuit Huainan-Nanjing-Shanghai transmission line project,the paper designing three type of Double-circuit Transposition Tower with reference to some research results of doublecircuit transposition towers.The paper also estimated the quantities of the transposition towers on tower heavy,foundation and insulators.it is show that double-circuit transposition on same tower gets more advantage by the analysis of technical and economic comparison.At last,the paper recommend that double-circuit transposition on same tower as the optimization type on the 1000kV UHV AC Double-circuit Huainan-Nanjing-Shanghai transmission line project.

1000kV UHV; double-circuit; transposition tower.

TM75

B

1671-9913(2013)05-0055-05

2013-01-24

张瑚(1984- )，男，湖北武汉人，硕士，工程师，从事输电线路设计。