±800kV直流输电线路在平原地区的杆塔规划研究

胡淑兵（江西省电力设计院，江西南昌330096）

±800kV直流输电线路在平原地区的杆塔规划研究

胡淑兵（江西省电力设计院，江西南昌330096）

本文针对±800kV锡盟-泰州直流输电线路山东段的平原地段较长的情况，结合终勘定位后排杆情况，提出优化后的杆塔规划设计条件。将新规划的杆塔设计条件应用于工程设计中，能起到因地制宜、节约铁塔钢材、节约工程投资的目的。

±800kV锡泰线；平原地区；杆塔规划

1　引言

随着国家电网公司对直流特高压输电线路的投资建设越来越多，经过山东省境内且正处于建设阶段的±800kV直流输电线路已有三条：①内蒙古锡盟-江苏泰州；②上海庙-山东；③山西晋北-江苏南京。山东省境内的直流输电线路的建设俨然已进入一个高峰期。

山东省西部、北部是黄河冲积而成的鲁西北平原区，是华北大平原的一部分。其中锡盟-泰州±800kV直流线路在山东境内的线路长度约为438km，有较长的线路段（约300km）处于平原区，占比很大；且本次±800kV直流线路首次采用8× 1250截面的导线，全线杆塔需重新设计；对于±800kV直流特高压输电线路来说，铁塔占工程本体投资约为30%；目前已设计的±800kV直流特高压线路的杆塔荷载的规划能否适应本次山东省境内的±800kV直流线路尚待进一步研究；因此，对于平原地区的杆塔规划设计在此显的格外重要。

相比较于理想平地，平原地区的杆塔规划主要受下列因素影响：

（1）跨越集中林区；山东省境内分布有广泛的杨树，且自然生长高度按30m考虑，影响杆塔的水平档距及呼高；

（2）平原地区广泛分布有村庄和乡村道路、果园等，影响塔位的设立；

（3）沿线分布有电力线、通信线、高速公路、国道、省道、县道、乡道等，线路跨越影响杆塔的呼高及位置设定、耐张段的设定等；

（4）山东境内大棚蔬菜分布广泛，影响线路对地距离；

（5）沿线的河流、湖泊影响线路的档距及塔位；

（6）对于直线塔，影响塔重的主要因素为水平档距。

鉴于上述原因，下文以锡盟-泰州±800kV直流线路为例，对平原地区的杆塔水平档距规划问题进行了分析与探讨。［1～3］

2　杆塔规划的方法

本文根据本标段的现场勘查情况、洛斯达公司提供航片等资料、在经过海拉瓦技术处理断面上采用动态规划的数学方法进行杆塔无约束条件的优化排位，优化排位的目标为在满足技术要求的条件下使工程造价最低。然后利用黄金分割数学法对同样目标条件下所优化的排位结果中的杆塔垂直荷载、水平荷载、线路转角、塔头间隙及塔高等进行规划。如果对已经完成的一塔、两塔、三塔、四塔、五塔、六塔等系列方案进行规划时。塔型系列的方案越多，综合的造价也就越低。因此，就需要确定出规划塔型的方案数。

2.1杆塔塔重指标评价

本文采用公式法来分析杆塔塔重。

式中：Fc为塔重指标；fk为水平荷载；fv为垂直荷载；ft为纵向荷载；h为杆塔高度。

2.2沿线综合指标评价

地形、地质条件、塔位占地、土石方量、基础工程量等构成线路工程量的综合影响因素，通过综合分析比较，按照不同的地形、地质及交通条件给出沿线每基塔的综合费用。

2.3杆塔的排位优化

杆塔优化排位采用动态规划的数学方法，确定出给定路径上的最优排位方案。采用的数学公式如下：

2.4杆塔荷载系列规划

杆塔系列规划通常为直线塔（包括直线转角塔）系列规划及耐张塔系列规划。

在无约束条件下优化排位后得到该路径上的最佳杆塔排位方案，然后对按无约束条件排出的杆塔使用条件进行归纳总结，在此基础上进行杆塔使用条件的规划。

直线塔使用条件的规划包括水平档距、垂直档距和塔高等的规划。经分析得出水平档距和垂直档距相比，水平档距的选取对塔重起主要影响。因此，对控制条件的规划以水平档距为主进行。

假设优化排位的结果中直线塔最小水平档距为LHa，最大水平档距为LHb，则LHa＜LH1＜LH2＜…＜LHb。假设直线塔规划为m塔系列，即m种直线塔，则：

Pcmin=Min［（Nm-Nm-1）Cm+（Nm-1-Nm-2）Cm-1+…+（N1-N0）C1］（3）

即：

式中：Pcmin——最小综合造价；

k=1，2，3…m；

Nk——水平档距小于LHk的杆塔的总基数；

Ck——水平档距为LHk的一基杆塔造价。可由公式计算得出，或由杆塔造价数据库中查出；

m——规划系列塔的塔型数；

LHm=LHb。

LH1…LHm即为所规划的m种悬垂塔最佳水平档距系列，然后规划出相应分组的垂直档距以获得最佳的悬垂塔系列规划。

为了提高计算速度，本文采用黄金分割的数学方法。基本方法是：

（1）取t=0.618，第一次在荷载区间［a1，a2］上取两个荷载试点a3和a4，令：

a3=a2-t（a2-a1）

a4=a1+t（a2-a1）

（2）计算a3，a4两个荷载试点杆塔总费用f（a3），f（a4），并令：

f3=f（a3）；f4=f（a4）；

如果f3≤f4，令

a2=a4；a4=a3；f4=f3；

a3=a2-t（a2-a1）；f3=f（a3）；

否则令：

a1=a3；a3=a4；f3=f4；

a4=a1+t（a2-a1）；f4=f（a4）。

（3）重复第二步骤，直到|f3-f4|与|a3-a4|满足精度要求。此时的f3（或f4）为最低的杆塔总费用，a3（或a4）为最优荷载点。［1～2］

3　±800kV锡泰线（山东段）平原地区杆塔水平档距规划成果

本文以±800kV锡泰线（山东段）平原地区杆塔实际排杆情况为计算依据，采用上文中提到的规划方法，进行杆塔规划设计，得出结论如表1所示。

表1各塔方案均是根据前文所述方法进行系列规划得出的，得出的是各塔系列中最优的水平档距组合。对于最优水平档距组合：两塔方案较一塔方案杆塔重量低约16.9%；三塔方案较两塔方案杆塔重量低约3.6%；四塔方案较三塔方案杆塔重量低约3.0%；五塔方案较四塔方案杆塔重量低约1.2%；六塔方案较五塔方案杆塔重量低约0.91%；可见，规划的杆塔方案数越多，悬垂直线塔塔重指标越低。但随着方案数的增多，相邻两方案塔重相差得越少，它是一个尽量逼近饱和的曲线，如图1所示。

由图1可见，杆塔规划方案数越多，水平档距综合利用率越高，塔重及综合费用越低。但同时方案数越多，相邻两方案的综合指标相差就越少。四、五、六塔方案各项指标基本相当。

综合考虑直线塔水平档距利用率、杆塔塔重和线路综合费用指标，并考虑到杆塔的加工制造及运行维护的方便，本文推荐山东省境内平原地区直线塔推荐采用四塔方案。

表1　各系列方案的规划结果表

图1　杆塔方案数的关系曲线

4　结论

悬垂直线塔的塔重主要受直线塔的水平档距影响，而本工程的整体塔重及造价则受杆塔的水平档距利用率的影响；经过实际排杆和统计计算，将山东段平原地区的悬垂直线塔按四塔方案进行设计是合理的、可行的，且有较好的利用率（利用率到达94.8%）；四塔方案的每个塔型的水平档距选取，建议按本文中的计算得出的档距进行分档设计。

针对±800kV锡盟-泰州直流输电线路山东段的平原地段较长的情况，结合终勘定位后排杆情况，提出优化后的杆塔规划设计条件。将新规划的杆塔设计条件应用于工程设计中，能起到因地制宜、节约铁塔钢材、节约工程投资的目的。

［1］李永双，张国良，等.交流特高压线路杆塔规划及经济档距分析［J］.电力建设，2007，28（4），7～10.

［2］李永双，廖宗高，肖洪伟，段松涛，等.直流UHV线路杆塔规划及经济档距的确定［J］.高电压技术，2008，34（6）：1121～1125.

［3］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2002.

TM714.3

A

2095-2066（2016）21-0042-02

2016-7-2

胡淑兵（1985-），男，江西南昌人，工程师，主要研究方向为高压输电线路电气设计。