杆塔规划方法的研究及应用

【摘 要】本文进一步分析杆塔规划方法的具体要求，从杆塔规划的基本条件和塔头布置着手，具体问题具体分析，采用理论联系实际的方法满足实际工程的具体要求，做到利用效率高，同时大大节约工程建设成本，具有广泛的实际应用价值。

【关键词】输电线路；杆塔；规划方法

1 塔型规划基本条件

1.1 线路概况

黄韩候铁路（陕西段）供电工程110kV南蔡变～七峰牵引变输电线路，起始于110kV南蔡变，终止于七峰牵变，新建单回架空线路长约18.5km，航空长度13.9km， 线路曲折系数1.331。通过设计路径优化后，推荐线路长度为17.5km（含1km裕度），线路曲折系数1.259。

全线共用铁塔50基，其中直线塔38基；终端塔2基，转角塔10基，直线塔占总基数的76%，转角塔总基数的24%，平均档距357m。

1.2 沿线海拔高度和地形划分

线路沿线海拔高度在沿线海拔高度在489～715m米之间。招标路径地形划分100%丘陵。优化路径地形划分60%为平地，40%丘陵。

1.3 导线和地线

本次投标响应标书导线LGJ-240/40钢芯铝绞线，建议采用JL/LHA1-250铝合金芯铝绞线。地线建议采用铝包钢绞线JLB20A-80型。

1.4 绝缘配置

（1）根据2008年《陕西省电力系统污区分布及电网结线图集》和现场实际情况，本工程污区按D级，爬电比距为3.2cm/kV。

（2）直线悬垂串和耐张塔的跳线悬垂串采用合成绝缘子FXBW4-110/120单串，考虑到合成绝缘子较轻，当用作转角塔边相跳线串时加装重锤。重要交叉跨越处采用双串转角、耐张塔的耐张串采用FC100P/146防污玻璃绝缘子8片成串，转角度数大于45度的转角塔边相加装跳线串；门型构架采用XWP2-70防污瓷绝缘子8片成串

（3）建议两联绝缘子串间距采用400mm。

（4）绝缘子串片数选择结果

采用的绝缘子串组合表

名称 绝缘子串配合 泄漏比距 适用范围

导线悬垂串 1×FXBW4-110/120 >3.27 直线塔及跳线

2×FXBW4-110/120 >3.27 重要交叉跨越

耐张串 2×8×FC100P/146 3.27 转角、耐张塔

2×8×XWP2-70 3.27 门型构架

（5）塔头空气间隙

1100kV线路工程塔头最小空气间隙值

工 况 海拔高度（小于1000m）

工频电压 0.25

操作过电压 0.70

雷电过电压 1.00

带电作业 1.00

对操作人员需要停留工作的部位，还应考虑人体活动范围，对于悬垂串人体活动范围取50cm，耐张串人体活动范围取60mm。

2 塔头布置

塔头布置的基本问题是保证导地线间、导线间以及它们与杆塔构件和运行检修人员之间的必要间隙。

（1）塔头上的电气间隙

塔头间隙圆中的工频电压、操作及雷电过电压以及带电检修等工况下，导线风偏轨迹对杆塔构件和运行检修人员之间的最小间隙，都属于导线对杆塔或相对地电气间隙，与档距中的线间距离没有关系。

（2）塔头上的线间距离

塔头布置中的“线间距离”，专指为在档距中央满足必要的线间电气间距，而在塔头上导地线绝缘子串挂点间需要保持的线间距离。

线路设计技术规范以源于线路工程实践的经验公式或数值关系表，对线路塔头上的水平线间距离和垂直线间距离、水平偏移等线间距离作出了一般规定，在条件允许时，首先考虑采用（容许稍有选择）。

（3）防御档距中雷电绕击或反击导线所需要的导地线相对布置

为防御雷击导线，需确定导线和地线之间的最小空间距离，以及两地线之间的距离。

2.1 现有规程规范的规定

《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010），规定了1000m以下档距塔头布置宜采用的水平线间距离、最小水平偏移和导地线的空间距离。

（1）导线间宜采用的水平线间距离

水平线间距离D（m），根据悬垂绝缘子串长度Lk（m）、线路标称电压U（kV）、导线最大弧垂fc（m），按下式计算

（2）导线垂直排列的垂直线间距离，宜采用上公式计算结果的75%。使用悬垂绝缘子串的杆塔其垂直线间距离不宜小于12.5m。

（3）导线三角排列的等效水平线间距离，宜按下公式计算：

式中：Dx―三角排列的等效水平线间距离，m；Dp―导线水平投影距离，m； Dz―导线垂直投影距离，m。

（4）设计覆冰厚度在10mm地区，上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的水平偏移距离分别不宜小于2.0m；在设计覆冰厚度5mm地区，水平偏移可适当减少。

2.2 导线间水平距离

档距中央导线间水平距离主要决定于较大的风引起的导线不同步摆动（或舞动）时，保证正常工作电压不应使空气间隙击穿。至于操作过电压和雷电过电压，由于其与较大的风同时出现并引起导线不同步摆动（或舞动）的概率甚小，因此不作为确定档距中央导线水平距离的控制条件。

导线不同步摆动（或舞动）的条件的产生，除风的作用外又与其他许多因素有关，因此各国确定导线水平距离的数据或公式是根据线路的大量运行经验得出。我国的线路设计规范中导线水平距离按式计算。

按公式计算导线间水平距离是合适的，反映了高压线路设计和运行经验的合理性。

2.3 导地线水平偏移

导地线水平偏移主要确定于导线和地线覆冰不均匀以及覆冰脱落时的跳跃或舞动。

2.3.1 按导线不均匀覆冰分析档中的静态接近

导线不均匀覆冰时，导地线间档距中静态接近需要满足操作过电压间隙的要求。

档距的组合，是影响档距中导线不均匀覆冰静态接近的一个重要影响因素，根据线路设计中的实际情况，选取Y-Y-Y-X-Y-Y-Y（连续七档中间档脱冰）的档距组合，进行计算分析（中间档X导线不均匀覆冰，两侧100%覆冰档距Y=400m）。

参照以往工程和有关设计手册，对导线不均匀覆冰的X档，均以覆冰50%为准，为显示不同覆冰的影响，汇总表中列出了不同覆冰百分数情况的计算结果。

计算导线不均匀覆冰，档距中线间静态接近时，塔上垂直线间距离Sv：

式中：f1、f2―导线和地线弧垂；

θ1、θ2―导线和地线的风偏角；

ΔS―导线和地线的水平偏移；

S2―等效于操作过电压的空气间隙；

λ1、λ2―导线和地线绝缘子串摇摆部分长度。

在不均匀覆冰静态接近情况下要求的电气距离对塔头不起控制作用。

2.3.2 按导线脱冰跳跃分析档距中的动态接近

导线脱冰跳跃时，导地线间档距中间动态接近时需要满足的中心间距，按线路正常电压考虑为1.90m（海拔1000m）。

导线脱冰可能跳跃的幅值按原苏联经验公式计算：

式中：Δf=f-f' 导线全部覆冰与部分覆冰时之弧垂差值。

按导线覆冰跳跃接近，计算上下层线夹间的垂直距离Sv′：

式中：ΔS―上下导线间水平偏移距离；

H―跳跃时可能达到的最大幅值；

S3―等效于工作电压的空气间隙；

K―跳跃幅度折减系数。

考虑导地线绝缘子串的长度后，导地线绝缘子串挂点间的距离Sv，即塔头上需要的导地线垂直线间距离

式中：λ′―导线绝缘子串长与地线绝缘子串长的差值。

2.4 导地线空间距离及地线间的距离

线路档距中央导线和地线间的空间距离应按雷击档距中央地线时不致使二者间的空气间隙击穿来确定。其最小安全距离与雷电流陡度、档距长度及导线和地线间的耦合系数等有关。

对于一般档距，由于档距长度不很大，当雷击档距中央地线时，在雷电流未达到最大值之前，从杆塔接地装置反射回来的负波已达到雷击点，因而限制了雷击点的电位升高。推荐了如下经验公式（适用于1000m以下档距）：

式中：S―导线与地线间的距离，m；

L―档距，m。

对高压线路而言，地线对导线的保护并非绝对有效的，仍存在一定的雷电绕击导线的可能性。运行经验表明，交流特高压输电线路雷击跳闸率中绕击跳闸率所占的比例远远大于反击跳闸率所占的比例。线路运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击地线直击导线的概率与地线保护角，杆塔高度以及线路经过地区的地形、地貌、地质条件有关。

DL/T 620-1997指出，地线对边导线的保护范围按保护角来确定，并按如下经验公式计算绕击率。按DL/T 436-2005规定，保护角一般不大于10°。

平原地区

山区线路

上二式中： 、 ―平原、山区线路的绕击率；

θ―杆塔上地线对导线的保护角，（?）。

h ―地线在杆塔上的悬挂点高度，m。

由上式可以看出，山区线路的绕击率约为平地线路的3倍，或相当于保护角增大8°的情况。

DL/T 436-2005还规定，当采用两根地线时，杆塔上两地线间的距离不应超过导线与地线垂直距离的5倍。

2.5 防雷保护角

本工程单回路地线对边导线的保护角按不大于15°设计。

3 结语

现有的杆塔荷载的规划能否适应当下输电线路，尚需进一步研究.本文对输电线路的杆塔荷载规划及经济档距等进行分析研究，结合工程的特点，确定输电线路合理的经济档距及经济塔高，以降低输电线路的工程投资. 因此，杆塔规划是否经济合理，对线路工程造价影响甚大。

参考文献：

[1]周新华.高压输电铁塔结构强度分析[D].华北电力大学，2003.

[2]史彩君.通信铁塔有限元设计及杆件应力分析[D]，河北大学；2006.

[3]曹小平.夹层结构复合材料杆塔设计与研制[A]，2011.