單回路T接角鋼塔在110kV輸電線路設計中的應用

李乾飛,馬 麗

(1.璞信電力工程設計有限公司,湖北省武漢市光谷大道3號 430040;2.河北水利電力學院 電力工程系,河北省滄州市黃河西路49號 061001;3.河北省工業機械手控制與可靠性技術創新中心,河北省滄州市黃河西路49號 061001)

輸電線路是電力系統的重要組成部分,因此,輸電線路的安全可靠運行與國民經濟的發展密切相關。輸電線路設計應堅持“安全可靠、技術先進、環境友好、投資合理、標準統一”等設計理念,提高資源利用率,提高電網工程的建設效率[1-2]。在輸電線路設計過程中,選擇的桿塔型式是否合適,路徑規劃是否合理,以及對路徑沿線交叉跨越相關是否滿足要求,嚴重影響到輸電線路的運行穩定。

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,并在2016年進行了主變擴建。該變電站遠期規劃按照110kV變電站建設,目前運行電壓等級為35kV。

變電站現有主變3臺,容量為30MV·A,目前該站主變最大負荷達到27MW,受地理條件的限制,目前縣城周邊有2座110kV變電站和3座35kV變電站。2019年,該縣已進行新區建設工作,周邊變電站有1座110kV變電站和2座35kV變電站已出現重載。隨著新區供電負荷的不斷增加,僅靠現有1座35kV變電站供電,已不能滿足該區域負荷增長和供電可靠性的要求。

根據批復的電力接入系統報告,對該35kV變電站進行升壓改造,新出110kV線路兩回?，F選取其中一回110kV線路,對110kV單回路T接角鋼塔的應用進行闡述。

2 輸電線路概況

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

該工程規劃擬建A線路為單回路,導線截面為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,另一根根據通信專業要求,選擇48芯光纖復合架空地線(簡稱OPGW光纜)。

針對該地區的氣象條件和海拔高度,并結合該工程所需的導地線規格,A線路新建角鋼塔擬采用國家電網有限公司基建部下發的《國家電網有限公司35～750kV輸變電工程通用設計、通用設備應用目錄(2021年版)》中的“110-DC21D”模塊。

3 線路T接方式

在輸電線路設計中,常規的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。但隨著區域用電負荷的增加,電網結構的不斷發展,上級電源點(220kV變電站)的110kV直出間隔數量會出現全部占用的現象,這就導致了現在很多輸電線路會T接與其他輸電線路的現狀,從而對輸電線路設計人員如何選擇輸電線路的T接方式,以及相關的T接位置,提出了更高的設計要求。

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,輸電線路設計人員一般需要針對工程現場的實際地形地貌,結合周邊環境地物信息,以及輸電線路附近交叉跨越的障礙物等方面進行綜合考慮,進而確定適合該工程的T接設計方式。下面針對上述幾種T接方式展開進一步的相關介紹。

3.1 電纜T接

在現代電力系統建設及改造中,電力電纜得到廣泛應用。角鋼塔是輸配電線路建設中一種常用桿塔,電力電纜在角鋼塔上的電纜平臺敷設引下,是電力輸配線路的建設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,都會涉及到新建電纜的敷設。在輸電線路設計中,電纜的常見敷設方式一般包括直埋敷設、排管敷設、簡易溝槽敷設、拉管敷設、頂管敷設和隧道敷設等幾種形式。一般電纜線路處于鄉間和田野空曠地帶時,優先選用直埋敷設方式;對于地表可能有大型荷載交通運輸工具通過該地帶時,優先選用排管敷設方式;對于現場附近有道路,鐵路,河湖等地物影響時,優先選用拉管敷設或頂管敷設方式;如果線路位于市中心或者郊區等地,受政府規劃部門統一規劃因素限制,存在選用隧道敷設方式的可能性。

故此,針對電纜T接方式,對于設計人員選擇T接位置,有了更高的要求。選擇合理的線路T接點,會直接對電纜敷設方式產生較大影響,若選擇位置欠佳,后期施工時,會存在由一般的直埋敷設方式,變更為排管、拉管或頂管敷設等方式,出現類似的設計方案變更,會對工程投資影響較大。除市區中心、郊區、規劃通道、空間受限等特定區域外,一般不考慮該T接方式。

結合該工程實際情況,擬建輸電線路所經區域均為田野、鄉村等區域,故在此不詳細贅述該T接方式。

3.2 雙回路耐張塔T接

在輸電線路設計中,雙回路耐張塔一般導線橫擔分布在桿塔兩側,上下垂直排列,成“鼓”形。對于使用雙回路耐張塔T接時,一般考慮選用雙回路終端塔進行,保證了角鋼塔一側掛線和另一側不掛線運行工況下,角鋼塔兩側張力差不超出角鋼塔設計使用條件。

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

結合該工程實際情況,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,導線布置為水平排列方式)和角鋼塔(貓頭塔,導線布置為三角排列方式),耐張塔為角鋼塔(“干”字形狀,導線布置為三角排列方式)。

在使用該方案進行T接時,一般優先選擇在孤立檔中新立角鋼塔,這樣式的優點在于,新立角鋼塔兩側均為耐張塔,導線布置為三角排列,在導線由三角排列轉換為垂直排列的過程中,能夠更好的保證線路各導線之間的相間電氣距離;若選擇在連續檔中立塔時,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)的檔距不應太小,否則會引起直線塔懸垂金具串發生偏斜,超出直線塔使用條件,以及在不同運行工況下,導線對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,此方案應提前征得輸電線路運行單位的意見認可后進行,避免后期施工完成后驗收不通過。

另外,由于雙回路耐張塔塔頭呈垂直排列,兩側掛線或雙回路單側掛線,導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作用力較單回路耐張塔要大,基礎根開尺寸較大,相應的桿塔重量以及基礎工程量較高,所以在常規的單回輸電線路T接方案設計時,一般不優先考慮此方案。

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。

傳統的單回路耐張塔呈“干”字型,導線布置為三角排列,這種布置方式僅能實現單回路架空輸電線路的電氣連接。如果想在傳統單回路耐張塔上實現兩條架空輸電線路T接,需要對角鋼塔的橫擔進行局部技術改造,才能保證實現兩條架空輸電線路的電氣連接。

經過局部改造后的單回路耐張塔,相較于傳統型式的“干”字型耐張塔,該桿塔在原下側導線橫擔的下方,再增加一組導線橫擔,該橫擔與原來的導線橫擔成垂直排列,由上自下觀看,俯視導線橫擔為“十”字形狀。另外,為保證T接后的輸電線路地線對導線的保護角滿足規范要求,地線橫擔在原地線橫擔最外側處,各增加一組垂直橫擔,由上自下觀看,俯視地線橫擔為“工”字形狀。T接線路的中相導線通過改造后的地線橫擔,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

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

4 工程應用

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,也可以選擇在連續檔中間,給輸電線路設計人員在規劃線路T接點位置,以及整體輸電線路路徑走向時,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,優先考慮采用改造后的單回路耐張塔進行輸電線路的T接,并取得了上級評審單位的認可。

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,塔位均需要選擇在現有輸電線路中心的下方,新建鐵塔位置局部調整受限。不過,得益于該角鋼塔基礎根開尺寸較小,也為后期施工占地協調提供了方便。單回路T接耐張塔投運后影像資料,如圖3所示:

圖3 投運后影像Fig.3 Image data after operation

5 結束語

伴隨著國家“十四五”規劃的頂層設計理念提出,地方政府對城鎮區域的總體規劃要求越來越高,導致架空輸電線路通道日益緊張,對相關的基礎建設工程也提出更高質量的要求。各方面均要求采用更先進的技術手段來解決選線、設計、施工及運行的諸多問題,并對輸電線路設計人員在可行性研究階段就要充分理解相關設計規范以及最新“反輸電線路事故”等文件精神,為后期工程提供設計質量保障[8-9]。

在該工程中,利用單回路耐張塔進行改造后,形成新的單回路T接塔,有效解決了單回路T接傳統上的一些問題,也為以后的110kV輸電線路設計提供了相關參考。

該工程提前半年投運,得到了建設單位、施工單位、運行單位的好評,即滿足了生產需要,又節約工程投資,達到了預期目的。在確保電網安全運行的前提下,進行相應的優化設計,體現了以人為本的理念,最大限度降低了占地面積、運行風險,并同時滿足了相關經濟技術指標要求[10]。