多回路紧凑型杆塔在电力工程中的研究应用

鹤壁煤业（集团）有限责任公司供电处 孙 健

随着经济的迅速发展，城市用电负荷日益增加，电网建设迅速发展。但面对紧张的城市空间和复杂的环境，架空输电线路走廊空间日益压缩。架空输电线路的杆塔是架空线路的重要组成部分，通过优化杆塔结构、导线布局，使用多回路紧凑型杆塔，保障电网顺利建设。

1 工程建设中存在问题

1.1 变电站出线空间受限

我公司投资建设的110kVⅡ牟胡架空输电线路从220kV牟山变电站出线，采用同塔双回路架设，线路全长11km，共60基杆塔，导线均为LGJ-240/40，双架空地线架设。220kV牟山变电站位于电石化工厂厂区内，出线位置位于110kV Ⅰ牟胡线路和电石厂生产电石车间、存储电石仓库之间，最小距离仅52m。如图1所示。220kV牟山变电站110kV出线间隔除Ⅱ牟胡间隔外，还有预留有化石二期出线间隔，因此在考虑Ⅱ牟胡间隔出线的同时，还必须考虑化石二期间隔出线。

图1 牟山站110kV出线位置图

110kVⅡ牟胡线路线间距7m，110kV化石线路线间距7m。根据GB 50545-2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（以下简称设计规范）有关110kV架空线路与边导线最小水平距离的规定：在开阔地区大于塔高，在受限制地区不得小于5m。因此110kVⅡ牟胡线路和110kV化石线路所需空间最少为24m。同时考虑到Ⅱ牟胡线路和化石二期项目地理位置关系[1]，以及交叉跨越问题，Ⅱ牟胡线路和化石二期线路的位置关系如图2所示。Ⅱ牟胡线路距离生产电石车间、存储电石仓库的距离为52-24=28m。

图2 线路间距

电石火灾危险性属于甲类，根据GB 50016-2014《建筑设计防火规范》规定：架空电力线与甲、乙类厂房（仓库）的最近水平距离为电杆（塔）高度的1.5倍。因此Ⅱ牟胡线路的塔高最高不能超过28÷1.5=18.7m。

Ⅱ牟胡线路为110kV同塔双回路设计，杆塔典型塔头高度最小为11m，如图3所示。因此塔的呼称高最高只有18.7-11=7.7m，在不考虑弧垂的情况下，导线对地只有8.3m的距离。Ⅱ牟胡线路需要跨越电石厂院内的运输道路，必须按照公路要求设计交叉跨越距离，即不小于7m。因此，出线段弧垂不能大于0.7m，档距不能大于50m。从变电站内到电石厂南围墙距离170m，中间需要布置3基塔，这样的布局既不合理，而且成本较高[2]。Ⅱ牟胡线路和化石二期线路没有足够的架设空间出线。

图3 110kV典型塔头图

1.2 钻越110kV线路空间受限

Ⅱ牟胡线路15#-16#塔需从110kV衡锦线路下钻越过去，110kV衡锦线对地高度为24m。按照设计规范要求，110kV线路的交叉跨越距离最小为3m，因此钻越点杆塔高度不能超过22-3=19m。110kV杆塔典型塔头高度为11m，因此16#塔呼称高不能超过19-11=8m。根据设计规范对导线对地距离的要求：在最大弧垂情况下，行人能够到达非居民区导线对地不得小于6m，在不考虑地形影响的情况下，15#-16#弧垂不能大于2m。若满足15#-16#弧垂不大于2m，15#-16#的档距必须小于100m。根据现场情况，距离16#塔小于100m的位置均不具备立塔的条件，而且影响导线对地距离的点位于16#塔100m处，此处地形高出16#塔1.5m。Ⅱ牟胡线路没有足够的空间钻过衡锦线路。

2 问题解决方案

2.1 针对变电站出线空间受限的解决方案

方案一：采用电缆出线，此方案可行，但是投资大，后期投入太高，运行维护难度较高；方案二：改变杆塔结构，将三条线路改为同塔架设，在平面上可节约12m宽的空间，将有12+28=40m空间可以利用。采用紧凑型杆塔导线布局，可以降低杆塔高度，这样可以大大缩小出线所需要的空间，满足出线要求[3]。

此方案具有可行性，相比较电缆出线方案投资较少。

2.2 针对钻越110kV线路空间受限的解决方案

方案一：分开通过。在钻过110kV衡锦线时分开，改为单塔单回路钻越，通过后再合并为同塔双回路。此方案虽然可行但成本较高，占地面积大，后期运行维护难度较高；方案二：改变导线布局。将垂直排列的导线布局改为水平排列，采用紧凑型导线布局，通过增加水平距离，缩小垂直距离，从而增加钻越空间距离。

此方案具有可行性，成本较低，安全性较高。

通过以上方案对比分析，可以得出，通过采用紧凑型导线布局可以解决变电站出线空间受限和钻越110kV线路空间受限的两个问题。

3 可行性方案核验

3.1 变电站出线杆塔导线布局计算

将双回110kVⅡ牟胡线路与化石二期线路同塔架设，110kVⅡ牟胡线路双回在上层为垂直排列，化石二期线路在下层，为了降低高度，将化石二期线路设置为水平排列[4-5]。

3.1.1 导线线间距离计算

根据设计规范规定，对1000m以下档距导线水平线间距离按公式计算：D=KiLk+U/110+0.65√fc，式中：D为导线水平线间距离（m）；ki为悬垂绝缘子系数；Lk为悬垂绝缘子长度（m）；U为系统标称电压（kV）；fc为弧垂。

从1#塔出线到电石厂南围墙的距离为170m，档距170m时LGJ-240/40的弧垂fc=4.89m（安全系数5），110kV绝缘子串的长度为Lk=1.8m，悬垂绝缘子采用Ⅰ-Ⅰ形式，悬垂绝缘子系数ki=0.4，则D=3.2m。不采用悬垂绝缘子或采用V-V绝缘子串ki=0，则D=2.5m。

出线端两基塔设置为耐张塔，不采用悬垂绝缘子。化石二期线路水平排列，导线线间距离设为3m。110kVⅡ牟胡线路和35kV牟三线路为垂直排列，垂直线间距离采用上述计算结果的75%、为1.9m，考虑到弓子线长度为一个绝缘子串长度、即1.8m，同时考虑电气安全距离不得小于1m，垂直排列线间距离不得小于2.8m，取3m。

3.1.2 化石二期与Ⅱ牟胡线路垂直距离计算

设计规范规定：双回路及多回路杆塔不同回路的不同相导线间的水平或垂直距离，应按规范规定增加0.5m。化石二期线路距离110kVⅡ牟胡线路垂直距离设置为3.5m。化石二期线路采用水平排列，还需要考虑中线跳线问题，因此，采用绝缘横担跳线，增加2m的垂直跳线空间。

3.1.3 导线与架空地线之间的距离计算

设计规范规定：在一般档距的档距中央，导线与地线间的距离S≥0.012L+1=0.012×170+1=3.04m；设计规范规定：110kV线路同塔双回或多回路地线对边导线的保护角不宜大于10°。因此，架空地线横担距离导线横担设置为3.5m，横担长度设置为2.5，保护角为9°。

3.1.4 杆塔高度计算

综合以上计算结果，110kVⅡ牟胡线路、35kV牟三线路、化石二期采用同塔三回路架设后，塔头结构高度为14.5m。改为同塔三回路架设后，有40m空间可以利用，杆塔高度不得高于40÷1.5=26.7m。因此，杆塔高度设置为呼高12m，全高26.5m。杆塔布局如图4所示。

图4 出线杆塔导线布局优化后构图（m）

4 钻越110kV线路杆塔导线布局计算及方案实施效果

4.1 杆塔导线布局计算

设计规范规定，对1000m以下档距导线水平线间距离按公式计算：D=KiLk+U/110+0.65√fc，式中：D为导线水平线间距离（m）；ki为悬垂绝缘子系数；Lk为悬垂绝缘子长度（m）；U为系统标称电压（kV）；fc为弧垂（m）。

从现场实际地形考虑，16#塔最近具备立塔条件的位置，距离16#塔200m，即15#-16#档距为200m。档距200m时LGJ-240/40的弧垂fc=5.5m（安全系数5），110kV绝缘子串的长度为Lk=1.8m，悬垂绝缘子采用Ⅰ-Ⅰ形式，悬垂绝缘子系数Ki=0.4，则导线水平排列线间距离D=3.4m。垂直线间距离采用上述计算结果的75%、为2.55m。考虑到弓子线长度为一个绝缘子串长度、即1.8m，同时考虑电气安全距离不得小于1m，垂直排列线间距离必须大于2.8m。垂直排列线间距离取3m。

4.2 其他计算

导线与架空地线之间的距离计算。设计规范规定：在一般档距的档距中央，导线与地线间的距离：S≥0.012L+1=0.012×200+1=3.4m；设计规范中规定：110kV线路同塔双回或多回路地线对边导线的保护角不宜大于10°。因此，架空地线横担距离导线横担设置为3.5m，横担长度设置为2.5，保护角为9°。

杆塔高度计算。综合以上计算结果，塔头结构高度为9.5m，铁塔全高不能超过19m，因此铁塔呼称高为19-9.5=9.5m；交叉跨越距离核算。根据现场地形情况，导线对地距离最近的点位于16#塔85m处，此处地形高出16#塔地形1.5m，此处弧垂2.1m，按照呼称高9.5m的塔计算，此处导线对地距离5.9m，不满足导线对地6m的安全距离要求。

导线布局优化计算。通过上述计算，导线采用垂直排列方式，无法满足钻越要求，必须通过对导线布局进行优化。导线布局优化方案：将16#塔垂直排列导线布局方式改为双三角排列方式，下层为两根导线水平排列，上层为单根导线。同时将15#塔I-I悬垂绝缘子形式，改为V-V悬垂绝缘子形式。

导线线间距离计算。15#塔I-I悬垂绝缘子形式，改为V-V悬垂绝缘子形式，Ki=0。15#塔仍选择在距离16#塔200m的位置上，导线弧垂仍为5.5m，则下层水平排列导线线间距离D=2.5m。垂直线间距离采用上述计算结果的75%、为1.9m。考虑到弓子线长度为一个绝缘子串长度、即1.8m，同时考虑电气安全距离不得小于1m，垂直排列线间距离必须大于2.8m。上层导线和下层导线垂直排列线间距离取3m；设计规范第8.0.3规定：双回路以及多回路杆塔不同回路的不同相导线间的水平或者垂直距离，应按第8.0.1条的规定增加0.5m。110kVⅡ牟胡线路和35kV牟三线路之间的水平距离应设置为3.5m。

导线横担长度选择。16#杆塔转角度数60°，考虑到转角度数大，采用偏移横担，下层导线横担为4.5m和5m。设计规范第8.0.3规定：110kV线路上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的最小水平偏移距离0.5m。因此，上层导线横担长度取2.5m和3m。

导线与架空地线之间的距离计算。设计规范第7.0.15规定：在一般档距的档距中央，导线与地线间的距离S≥0.012L+1=0.012×200+1=3.4m。设计规范第7.0.14规定：110kV线路同塔双回或多回路地线对边导线的保护角不宜大于10°。因此，架空地线横担距离导线横担设置为4m，横担长度设置为3.3m和3.8m，保护角为10°。

杆塔高度计算。综合以上计算结果，塔头结构高度为7m，铁塔全高不能超过19m，因此铁塔呼称高为19-7=12m。杆塔布局如图5所示。

图5 钻越杆塔导线布局优化后构图（m）

交叉跨越距离核算。从断面图上可以看出，导线对地距离最近的点位于16#塔85m处，此处地形高出16#塔地形1.5m，此处弧垂2.1m，按照呼称高12m的塔计算，此处导线对地距离8.4m，满足导线对地6m的安全距离要求。

方案实施效果。110kVⅡ牟胡架空输电线路出线段1#-3#塔以及钻越110kV衡锦线处16#塔导线布局经过紧凑优化后，有效解决了出线空间受限和钻越110kV衡锦线空间受限的问题，顺利完成架空输电线路工程的设计和施工，所有安全距离满足各项规范要求，取得了非常好的效果。与其他方案相比较，还具有投资少、施工简单、占地面积小、后期运行维护难度小的优点。

5 结语

综上所述，在电力工程施工中，通过优化杆塔结构布局、导线分布布局，对于解决交叉跨越空间受限的问题是一个非常有效的措施。多回路紧凑型杆塔在实际应用中既经济环保又安全可靠，具有明显的应用优势。