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摘要:随着电网建设的发展,线路不断增多,走廊越来越紧张,特别是由于规划部门对土地审批越来越严格,线路通道在很多地区已经成为影响电网建设的主要因素,因此有必要对提高单位线路走廊的输电能力进行研究。本文从介绍同塔多回架空输电线路的设计特点及发展趋势。
关键词: 同塔多回路输电线路;设计;经济性分析
Abstract: With the development of power grid construction, the line continued to increase, the corridor became more and more nervous, especially due to the planning departments of the land and the more and more strict, channel has become a major factor of affecting the power grid construction in many areas of the country, so it is necessary to Research on improving the transmission capacity of unit line corridor. In this paper, the design features and development trend of the Multi-circuit Transmission lines.
Key words: Multi-circuit Transmission Line Tower with; design; economic analysis
中图分类号：TM621.5 文献标识码： A 文章编号：
随着城市电力的快速发展和城市规模的迅速扩大,大容量输电工程相继出现,高电压变电站引入市区近郊,势必形成以供电网络向城市中心地带输送电力的布局。为了使电网的建设速度跟得上城市发展的脚步,我们必须采取必要措施,如尽量提高输电线路单位走廊的输电容量及土地使用率,设计建设一套同塔多回架设的杆塔系列等。设计同塔多回路是提高单位线路走廊的输送能力的一种十分有效的手段。在线路通道紧张时,不同电压等级或者不同送电方向局部必须采用同一通道,这种情况下就要利用同塔多回路来输电。在现代化建设中,高压输电线路的建设和地方土地使用规划的矛盾已经非常突出,特别是在人口稠密的城区范围和经济发达地区,线路走廊常常制约着电网的建设和规划。深入研究如何提高单位线路走廊的输电能力,既可以节约社会资源,又能充分使用线路走廊通道,还可以减少对输电线路走廊的投资。
1 同塔多回输电线路的发展现状和发展趋势
同塔多回线路的应用在国外发达国家应用已经十分普遍,像日本等发达国家,同塔多回线路输电已经十分普遍。由于线路走廊的投资占工程总投资的比例很大,而这些国家的土地资源稀缺,因此这些国家的同塔多回线路输电设计较多。我国城市化进程的速度加快,输电线线路在城市的穿梭,跨越民房、占用土地等情况与居民工作生活、使城市规划建设与输电线路的走向与占地资源的矛盾显露。因此我国也大力发展输电线路工程,采用国外的一些做法,采用同塔双回线路的设计方案。它的出现促使我国许多地区的输电线路工程设计改革,纷纷采用同塔双回线路的设计方案,甚至在有些地区某些新建线路要在已有线路上进行改造。由于城市用电量的增加,输电线路必须满足大输送量的需求,在现实设计中我们开始考虑设计建设多条同塔四回输电线路。城市的快速发展促使我国的电网建设正在向着同塔多回输电技术发展和进步。
2 同塔多回输电设计
2 . 1 气象条件
现行规程对设计气象条件根据线路级别取不同的重现期来确定, 一般规定110kV-330kV输电线路应取30年一遇,750kV、500kV输电线路应取50年一遇。对于多回路线路,首先必須按回路中最高电压等级来确定重现期．其次还必须根据多回线路在系统中的地位来确定是否适当提高取值,如其在系统中的重要性已经达到或超过上一电压等级水平,则应该提高气象条件取值标准。在不同地区还应该根据实际情况灵活掌握,例如某省一些地区常年观测最大风速在20m/s以下．而对220kV线路规程规定最小设计风速为25m/s,此时就无必要再提高220kV多回路的设计标准。
2 . 2 导地线和金具安全系数
导地线安全系数不仅影响线体的运行安全。而且关系到耐张杆塔的荷载大小。对于同塔多回线路。由于荷载巨大,所以导地线的安全系数选取应更为合理,做到既能满足线路的安全运行,又能有效控制工程投资。在最大风速≤ 30m/ s 、覆冰厚度C=5mm的工况下．常规导线常由平均运行应力控制。对LGJ-400/35而言,其大风或覆冰安全系数分别达2.95和2.89;而现阶段常用的JL/LB1A一95/55铝包钢芯铝绞线地线分别达3.72和3.60,已大于规程规定2.5的要求。因此,在这种情况下对同塔多回线路无需再提高导地线设计安全系数。
2 . 3 防雷设置
例如年雷电日按80天计,35kV线路全线在变电站出、入线段架设1.5km～2km的地线。全线每基杆均接地,架地线段的杆按地电阻应满足表1要求。
表1 有地线杆塔在雷季干燥时的工频接地电阻值
为防止雷击档距中央导线,档距中央导线与地线的距离应满足下式要求:S≥0.012 L+l (m) 。式中,s—导线和地线在档距中央的距离(m);L一档距(m);电杆上避雷线对边导线的保护角不大于25。接地装置一般采用放射形。在居民区及水田,为减少跨步电压,接地装置采用闭环形。水平接地体材料采用Φ8圆钢,接地引下线用热镀锌Φ 12圆钢,接地体埋深:耕地埋深0.8m,非耕地埋深0.6m。如果土壤电阻率很高,接地电阻难降到30Ω ,可采用6～ 8根总长不超过500m的放射形接地体或连续延长接地体,其接地体电阻不受限制。
2 . 4 铁塔和基础
同塔多回路由于铁塔的外部荷载及塔身风压与单回线路相比,将成倍增加,铁塔的自重、基础作用力均将大幅度增加。为保证可靠性要求,多回路铁塔和基础设计可参照大跨越工程的重要丁程乘重要系数的做法．对多回路结构设计的安全系数适当加强。对500kV或220kV大截面导线的同塔多回路,为降低材料的体形系数和塔身风压,可考虑采用钢管桁架结构,对跨越塔等特殊型式也可采用高强度钢材。
由于多回路塔的导地线很多,因此设计中可能很多结构材料受安装工况控制．在设计中如适当限制施工作业工序,采用合理的施工手段,甚至加大施工临时拉线的平衡张力,则可以有效降低塔重。同塔多回路的铁塔和基础设计还应该遵循安全可靠的原则。塔型选择时,尽量采用结构传递清晰、简单的型式,以防止计算误差:基础选择则应该选择同类地区运行经验丰富及可靠性高的型式,在地质条件差的地区应优先采用灌注桩基础。
2 . 5输电线路设计的风值标准与取值
以500KV输电同塔输电线路来说,我国电力行业现行规定的设计风速标准为“离地20m、30年一遇10min平均最大风速,且不小于30m/s”。根据《110～750KV输电线路设计规范》及电网公司企业标准《110～500KV送电线路设计技术规定》,设计风速的重现期由30年一遇提高到50年一遇。但由于我国气象台站记录风速仪高度大都安装在8m～ 12m,为了便于计算、减少换算误差,也便于比较,我们在也将设计高度有离地20m调整到离地10m高,按照基本与原设计保持一致的原则,将离地20m高设计风速的最小值30m/s归算到离地10m基准高,最小值定为27m/s。
3 同塔多回路线路设计的经济性分析
从表1中可以看出,220kV同塔四回线路比四条单回路线路减少走廊宽度52m,比两条同塔双回路减少走廊宽度18m。采用同塔多回路最经济之处在于走廊清理费用(包括土地征用、青苗赔偿、林木砍伐及房屋拆迁等)的节约。当路径状况和其他设计条件相同时,同塔四回线路和两个双回线路的导线耗量相同,金具基本相同,地线节约两根,但四回路增加了部分跳线用的绝缘子,因此电气工程量基本相同,主要差异取决于铁塔和基础。统计结果表明,在单位长度内一个四回路的铁塔及基础的材料耗量小于两个双回路之和,且节省两根地线,因此无论从线路本体还是从线路走廊来评价,220kV同塔四回线路要比两个双回线路经济。综合占地赔偿的因素,同塔四回路线路更能节约土地,减少前期投资。
4 同塔多回路的电磁环境
电磁环境主要关心输电线路对周围有线通信设施造成危险和干扰影响、对无线电通信设施的干扰影响、工频电场的电磁生物效应等问题,国家及相关部门对输电线路的电磁环境问题进行了大量系统地研究,取得了不少成果,文献列举了部分相关国际和规程。例如不同等级架空线路与各频段电视差转台、转播台的防护间距进行了明确规定（如表2）。
表2 架空电力线路对电视差转台、转播台无线电干扰的防护间距
5 同塔多回输电线路设计的推广
同塔多回输电与单回输电相比,它的经济价值高、占地资源少。技术日趋成熟,但在输电线路设计和施工的技术难度比单回输电要大。但随着我国输电线路的设计和架设的经验和实践,使我国的专家和施工人员在设计和建设方面也积累了丰富的经验,另外新设备和新科研成果的出现给同塔多回技术的发展和应用创造了有利条件。在同塔多回输电设计的过程中,我们工程的实际情况,因地制宜,紧密结合同塔多回输电技术的实践经验,制定详细的技术章程。首先输电线路的设计进行经济分析,结合紧凑型输电、特高压输电、耐热导线和大截面导线技术综合考虑输电线路的方案设计,实现提高输电的社会效益和经济效益的目标。
关键词: 同塔多回路输电线路;设计;经济性分析
Abstract: With the development of power grid construction, the line continued to increase, the corridor became more and more nervous, especially due to the planning departments of the land and the more and more strict, channel has become a major factor of affecting the power grid construction in many areas of the country, so it is necessary to Research on improving the transmission capacity of unit line corridor. In this paper, the design features and development trend of the Multi-circuit Transmission lines.
Key words: Multi-circuit Transmission Line Tower with; design; economic analysis
中图分类号：TM621.5 文献标识码： A 文章编号：
随着城市电力的快速发展和城市规模的迅速扩大,大容量输电工程相继出现,高电压变电站引入市区近郊,势必形成以供电网络向城市中心地带输送电力的布局。为了使电网的建设速度跟得上城市发展的脚步,我们必须采取必要措施,如尽量提高输电线路单位走廊的输电容量及土地使用率,设计建设一套同塔多回架设的杆塔系列等。设计同塔多回路是提高单位线路走廊的输送能力的一种十分有效的手段。在线路通道紧张时,不同电压等级或者不同送电方向局部必须采用同一通道,这种情况下就要利用同塔多回路来输电。在现代化建设中,高压输电线路的建设和地方土地使用规划的矛盾已经非常突出,特别是在人口稠密的城区范围和经济发达地区,线路走廊常常制约着电网的建设和规划。深入研究如何提高单位线路走廊的输电能力,既可以节约社会资源,又能充分使用线路走廊通道,还可以减少对输电线路走廊的投资。
1 同塔多回输电线路的发展现状和发展趋势
同塔多回线路的应用在国外发达国家应用已经十分普遍,像日本等发达国家,同塔多回线路输电已经十分普遍。由于线路走廊的投资占工程总投资的比例很大,而这些国家的土地资源稀缺,因此这些国家的同塔多回线路输电设计较多。我国城市化进程的速度加快,输电线线路在城市的穿梭,跨越民房、占用土地等情况与居民工作生活、使城市规划建设与输电线路的走向与占地资源的矛盾显露。因此我国也大力发展输电线路工程,采用国外的一些做法,采用同塔双回线路的设计方案。它的出现促使我国许多地区的输电线路工程设计改革,纷纷采用同塔双回线路的设计方案,甚至在有些地区某些新建线路要在已有线路上进行改造。由于城市用电量的增加,输电线路必须满足大输送量的需求,在现实设计中我们开始考虑设计建设多条同塔四回输电线路。城市的快速发展促使我国的电网建设正在向着同塔多回输电技术发展和进步。
2 同塔多回输电设计
2 . 1 气象条件
现行规程对设计气象条件根据线路级别取不同的重现期来确定, 一般规定110kV-330kV输电线路应取30年一遇,750kV、500kV输电线路应取50年一遇。对于多回路线路,首先必須按回路中最高电压等级来确定重现期．其次还必须根据多回线路在系统中的地位来确定是否适当提高取值,如其在系统中的重要性已经达到或超过上一电压等级水平,则应该提高气象条件取值标准。在不同地区还应该根据实际情况灵活掌握,例如某省一些地区常年观测最大风速在20m/s以下．而对220kV线路规程规定最小设计风速为25m/s,此时就无必要再提高220kV多回路的设计标准。
2 . 2 导地线和金具安全系数
导地线安全系数不仅影响线体的运行安全。而且关系到耐张杆塔的荷载大小。对于同塔多回线路。由于荷载巨大,所以导地线的安全系数选取应更为合理,做到既能满足线路的安全运行,又能有效控制工程投资。在最大风速≤ 30m/ s 、覆冰厚度C=5mm的工况下．常规导线常由平均运行应力控制。对LGJ-400/35而言,其大风或覆冰安全系数分别达2.95和2.89;而现阶段常用的JL/LB1A一95/55铝包钢芯铝绞线地线分别达3.72和3.60,已大于规程规定2.5的要求。因此,在这种情况下对同塔多回线路无需再提高导地线设计安全系数。
2 . 3 防雷设置
例如年雷电日按80天计,35kV线路全线在变电站出、入线段架设1.5km～2km的地线。全线每基杆均接地,架地线段的杆按地电阻应满足表1要求。
表1 有地线杆塔在雷季干燥时的工频接地电阻值
为防止雷击档距中央导线,档距中央导线与地线的距离应满足下式要求:S≥0.012 L+l (m) 。式中,s—导线和地线在档距中央的距离(m);L一档距(m);电杆上避雷线对边导线的保护角不大于25。接地装置一般采用放射形。在居民区及水田,为减少跨步电压,接地装置采用闭环形。水平接地体材料采用Φ8圆钢,接地引下线用热镀锌Φ 12圆钢,接地体埋深:耕地埋深0.8m,非耕地埋深0.6m。如果土壤电阻率很高,接地电阻难降到30Ω ,可采用6～ 8根总长不超过500m的放射形接地体或连续延长接地体,其接地体电阻不受限制。
2 . 4 铁塔和基础
同塔多回路由于铁塔的外部荷载及塔身风压与单回线路相比,将成倍增加,铁塔的自重、基础作用力均将大幅度增加。为保证可靠性要求,多回路铁塔和基础设计可参照大跨越工程的重要丁程乘重要系数的做法．对多回路结构设计的安全系数适当加强。对500kV或220kV大截面导线的同塔多回路,为降低材料的体形系数和塔身风压,可考虑采用钢管桁架结构,对跨越塔等特殊型式也可采用高强度钢材。
由于多回路塔的导地线很多,因此设计中可能很多结构材料受安装工况控制．在设计中如适当限制施工作业工序,采用合理的施工手段,甚至加大施工临时拉线的平衡张力,则可以有效降低塔重。同塔多回路的铁塔和基础设计还应该遵循安全可靠的原则。塔型选择时,尽量采用结构传递清晰、简单的型式,以防止计算误差:基础选择则应该选择同类地区运行经验丰富及可靠性高的型式,在地质条件差的地区应优先采用灌注桩基础。
2 . 5输电线路设计的风值标准与取值
以500KV输电同塔输电线路来说,我国电力行业现行规定的设计风速标准为“离地20m、30年一遇10min平均最大风速,且不小于30m/s”。根据《110～750KV输电线路设计规范》及电网公司企业标准《110～500KV送电线路设计技术规定》,设计风速的重现期由30年一遇提高到50年一遇。但由于我国气象台站记录风速仪高度大都安装在8m～ 12m,为了便于计算、减少换算误差,也便于比较,我们在也将设计高度有离地20m调整到离地10m高,按照基本与原设计保持一致的原则,将离地20m高设计风速的最小值30m/s归算到离地10m基准高,最小值定为27m/s。
3 同塔多回路线路设计的经济性分析
从表1中可以看出,220kV同塔四回线路比四条单回路线路减少走廊宽度52m,比两条同塔双回路减少走廊宽度18m。采用同塔多回路最经济之处在于走廊清理费用(包括土地征用、青苗赔偿、林木砍伐及房屋拆迁等)的节约。当路径状况和其他设计条件相同时,同塔四回线路和两个双回线路的导线耗量相同,金具基本相同,地线节约两根,但四回路增加了部分跳线用的绝缘子,因此电气工程量基本相同,主要差异取决于铁塔和基础。统计结果表明,在单位长度内一个四回路的铁塔及基础的材料耗量小于两个双回路之和,且节省两根地线,因此无论从线路本体还是从线路走廊来评价,220kV同塔四回线路要比两个双回线路经济。综合占地赔偿的因素,同塔四回路线路更能节约土地,减少前期投资。
4 同塔多回路的电磁环境
电磁环境主要关心输电线路对周围有线通信设施造成危险和干扰影响、对无线电通信设施的干扰影响、工频电场的电磁生物效应等问题,国家及相关部门对输电线路的电磁环境问题进行了大量系统地研究,取得了不少成果,文献列举了部分相关国际和规程。例如不同等级架空线路与各频段电视差转台、转播台的防护间距进行了明确规定（如表2）。
表2 架空电力线路对电视差转台、转播台无线电干扰的防护间距
5 同塔多回输电线路设计的推广
同塔多回输电与单回输电相比,它的经济价值高、占地资源少。技术日趋成熟,但在输电线路设计和施工的技术难度比单回输电要大。但随着我国输电线路的设计和架设的经验和实践,使我国的专家和施工人员在设计和建设方面也积累了丰富的经验,另外新设备和新科研成果的出现给同塔多回技术的发展和应用创造了有利条件。在同塔多回输电设计的过程中,我们工程的实际情况,因地制宜,紧密结合同塔多回输电技术的实践经验,制定详细的技术章程。首先输电线路的设计进行经济分析,结合紧凑型输电、特高压输电、耐热导线和大截面导线技术综合考虑输电线路的方案设计,实现提高输电的社会效益和经济效益的目标。