同塔多回高压输电线路在淮南矿区的应用

摘要:近年来,随着城市化进程的不断推进,电力高压线路走廊越来越有限和珍贵,随着负荷逐年攀升,城市电网改造不能停滞。受城市规划的影响,电网改造往往被局限在原有的走廊内,为提高输送容量,需提高电压等级,增加输送回路。在原有线路走廊内撤旧建新,升压或增加回路,只有通过同塔并架多回线路才能解决。

关键词:同塔并架;多回路;经济性;可靠性;分析

中图分类号:TN345文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)017(C)-0000-03

所谓同塔多回路,就是多条线路共架在同一个铁塔上。它适用于线路通道紧张时不同送电方向或者不同电压等级局部采用同一通道。

采用同塔多回路架设可有效提高单位线路走廊输送能力,既满足电网建设要求又能适应地方城市发展规划的需要,从而有利于实现社会经济发展和电网建设的协调和可持续发展。

一、国内外同塔并架多回路的应用情况

同塔多回路在国外应用比较普遍,尤其在经济发达且人口密集的日本和欧洲部分国家应用较多,在德国,为有效利用线路走廊,政府规定凡新建线路必须同塔架设两回以上。在其高压和超高压线路中,同塔四回为常规线路,最多为六回。截止1986年,德国的同塔并架多回紧凑型线路总长就有约2.7万km,至今已有50多年的运行经验。

近年来,随着电网建设速度的加快,在经济比较发达、规划设施密集的北京、广东等地区同塔多回路应用也比较普遍,经过十年的研究和应用,同塔并架已有了长足的发展,逐渐成为一项成熟的技术。国内第一条同塔多回路建于1995年,为北京地区知春里-清河的220kV、110kV同塔4回线路[1]。该线路采用了自立式鼓型塔,各回路三相导线采用垂直排列,共七层横担。上层为避雷线支架,中间三层为220kV导线横担,下面三层为110kV导线横担。为了限制导线风偏,设计档距不超过300m。为了提高稳定性,控制塔全高在50m左右。

淮南西部老矿区,矿区地理情况复杂,可利用的线路走廊十分有限,为建设220KV滨八2C45/2C46线路,在经过多次研究论证后,最终确定了利用原有110KV新八181/182线路走廊,拆除部分110KV线路,采用同塔四回路(二条220KV,二条110KV)的建设方案。新建220KV线路总长4.97公里,全线18基塔,其中与110KV共杆部分2.16公里,共杆段10基铁塔。图1为220/110kV四回路铁塔的单线图[2]。

图1 220/110kV四回路铁塔的单线图

二、同塔并架经济性分析

(一)走廊宽度比较

根据电气要求,将220kV、500kV单、双、四回路需占走廊宽度列于表1。

表1单、双、四回线路走廊宽度

从表1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55m,比两条同塔双回路减少走廊宽度21m。500kV同塔四回线路比四条单回路减少走廊宽度107m,同塔双回路比两条单回路减少走廊宽度41m。

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、房屋拆迁等)的节约。

(二)工程本体经济比较

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2根,但四回路增加了部分绝缘子,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,一个双回路的铁塔及基础的材料耗量小于两个单回路之和,且少两根地线,因此无论从线路本体还是从线路走廊来评价,220kV同塔双回线路要比两个单回线路经济。综合占地因素,220kV同塔四回线路比两条同塔双回经济。

(三)通过采用新技术提高经济性

采用紧凑型双回路输电线路设计,通过优化导线布置,压缩相间距离,使电荷在各导线表面分布均匀,从而表面场强均匀,导线导电面积得到充分利用,紧凑型输电技术可显著提高输电能力。使同塔双回500kV紧凑型线路与常规同塔双回500kV线路相比,自然输送功率提高约30%。

三、可靠性分析

同塔多回路对电网的安全运行水平要求很高。一旦出现如倒塔、雷击跳闸、闪络接地和风偏闪络、断线等多回路的同时故障时,对电网安全运行的影响非常严重。

(一)倒塔事故可能性分析

倒塔事故是电力生产上的恶性事故之一,从以往事故分析,多数倒塔事故是由于人为外力破坏造成,也有线路覆冰重载断线或覆冰后风吹舞动断线造成耐张塔两侧拉力不等引发杆塔扭曲变形最终发生倒塔。

由于多回路同塔并架,铁塔的外负荷将成倍增加,传统的角钢塔规格和构造的限制已不能满足需求,应采用新型角钢塔或钢管塔。钢管塔圆柱型的构件风阻系数小,可以明显降低塔身风压,压屈稳定系数高。若采用无缝钢管,其压屈稳定系数为A类,而角钢为B类,相差7%左右。使用钢管有利于限制铁塔的根开,减小占地面积。钢管塔单腿负荷大,承载性能优良,稳定性高,外型美观。

(二)因雷击跳闸问题分析

1、雷击跳闸问题的解决方案

在多回路同塔并架输电系统中,如果发生因雷击造成多回路同时跳闸,将会给系统造成严重后果。

加强高压送电线路的绝缘水平。高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比,加强零值绝缘子的检测,保证输电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。

在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段,可以增设耦合地线。由于耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大,并使流经杆塔的雷电流向两侧分流,从而提高高压送电线路的耐雷水平。

采用双避雷线以获得更好的保护效果。

在山区等雷电多发区安装线路避雷器,线路用避雷器可以有效地防止雷直击导线。

在重要线路上对于同塔双回线线路适当的采用不平衡绝缘技术,以减少双回线同时出现雷击跳闸的概率,使线路遭雷击时不同时断开,以保证多回线路输电的可靠性与单回线相同。

2、单回与多回的雷击概率分析

线路遭受雷击次数随着铁塔高度的增高而增多。同塔四回线路比双回路平均增高20m,而双回路比单回路平均增高12m。

经计算,220kV单、双、四回线路的雷击次数[3]见表2。

表2 220kV线路雷击次数

由表2可以看出,220kV线路雷击次数,双回路比单回路高出35%,四回路比单回路高出1倍多。如果都换算为单回路,则同塔并架多回路遭受雷击次数要比相同数量单回路少得多。

同塔多回线路由于铁塔高度增加,铁塔的波阻抗和电感增大,雷击塔顶时,沿塔传播至接地装置所引起的反射波返回到塔顶或横担上所需时间相对延长,电位升高值较大,并且导、地线耦合系数较低,因此反击引起绝缘闪络跳闸率随铁塔高度的增高而增大,随接地装置接地电阻的增大而增大。

对平原地区500kV双回路与单回路的反击跳闸率比较研究[4]结果见表3。

表3 500kV同塔双回路和单回路的反击跳闸率

表3的数据可以反映出单、双回路反击跳闸的相对规律性。如果折算成单回路,则同塔双回路的反击跳闸率并不比单回路高。上述数据还表明,降低铁塔接地电阻可以大大降低反击跳闸率。

表4 220kV耐雷水平和跳闸率

从表4可以看出,220kV四回路的耐雷水平和跳闸率均不及双回路,双回路不及单回路。上述数据还表明,若在铁塔上方合适位置增加一根耦合线,则可大大提高线路的耐雷水平,降低跳闸率。雷击绕过地线,直击导线的概率与地线对边导线的保护角、塔高以及线路经过地区的地形、地质等条件有关。

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经计算,220kV四回路绕击率为0.9%,双回路为0.6%,单回路为0.35%。四回路绕击率为单回路的2.6倍,是双回路的1.5倍。运行经验表明,绕击是500kV线路雷击跳闸的主要原因。同塔双回线路绕击率约为单回路的2倍。

从以上分析可以看出,如果换算为单回路,则同塔并架多回路绕击率不大于相同数量单回路。

3、舞动造成线路过荷载的故障分析(线路机械故障分析)

舞动造成导线故障。现象:导线从压接管内抽出,或外层铝线断裂、钢芯抽出,也有整根导线被拉断的事故出现。舞动造成金具故障。现象:悬垂线夹船体在U型螺栓附近断裂的事故,拉线楔型线夹断裂造成倒塔事故。舞动造成电气间隙故障。现象:因弧垂增大,导线对地距离减小造成闪络,或因风吹摆动造成导线相间短路。舞动现象的消除。为了防止和减轻导线的振动(舞动),一般在悬挂导线线夹的附近安装一定数量的防振锤。当导线发生振动时,防振锤也上下运动,产生一个与导线振动不同步甚至相反的作用力,可减少导线的振幅,甚至能消除导线的振动,或在导线上加装抑扭环消除舞动。

只要设计科学合理,同塔多回路的机械安全性与单回路并无差别。实际上,由于同塔多回线路的重要性,设计时机械安全系数取值更高。至于导线舞动问题,无论单回路还是多回路均存在发生舞动的可能性,只是在分裂导线上发生的机会更大,因此都需要采取必要的防舞措施。

4、人为外力破坏故障分析

从已发生的输电线路事故分析,人为外力破坏事故占较大比例,因此防止人为破坏应成为电力企业的一个重要课题。除利用媒体加大正面宣传电力设施保护的重要性外,还应利用法律武器严厉打击破坏电力设施的犯罪行为,更要采用技术手段保护电力设施。采用钢管塔,减少角钢、螺栓的用量,使铁塔不易攀爬,从结构上具有一定防盗性。加装摄像头、传感器和红外探测器,平时摄像头可以监控导线覆冰、舞动情况;红外探测器可以监测导线温度及金具、绝缘子串温度异常情况等;当传感器感应到有人攀爬铁塔又未解除警报,摄像头可以拍摄犯罪嫌疑人的影像并发送到控制室,为事后破案提供证据,同时发出声光警报,威慑犯罪分子。

5、环境问题分析

送电线路的电磁环境影响问题值得关注。其主要内容包括:线路对通信线路的干扰和危险影响;对无线电、广播电视的干扰影响;可听噪声的影响;高压静电场的环境影响;接地装置的地电位升高影响。

经计算,目前国内设计的同塔多回线路地面最大场强、无线电干扰水平、可听噪声列于表5。

表5 线路地面场强、无线电干扰及可听噪声水平

从表5可以看出,只要采用适当的铁塔结构型式设计,完全可以将同塔多回线路的地面场强、无线电干扰水平、可听噪声控制在国家标准之内。

在架线过程中采用机械张力架线,避免由于施工原因造成导线的磨损,可大大减轻投产后输电线路产生的噪声。在线路金具中配置一定数量的均压环和屏蔽环,以减少线路在运行过程中的放电现象时产生的可听噪声。

6、运行检修问题分析

同塔多回线路进行检修时,全部停电困难较大,往往需要带电作业,这就对检修人员要求较高。在进行带电作业时,要穿全套屏蔽服,减弱人体表面的电场强度,起到均压的作用,使全身等电位;在工具上安装泄漏电流报警器,监视工具的绝缘情况;

结束语:根据对以上问题的分析,多回路同塔并架与单回线路相比,作为电网技术发展的方向之一,在城市及郊区具有较好的经济性,尤其可以有效减小走廊宽度,节省前期费用。其故障率并不明显增加,现有的问题通过技术手段可以减少甚至避免。只要在杆塔强度、绝缘配置等方面设计合理的话,多回路的故障率可以得到控制。随着紧凑型技术、高强度钢管塔、新型继电保护装置的不断发展和应用,同塔多回线路在城市电网建设中将得到更加广泛的应用。我们通过总结现有同塔多回线路的设计、施工、运行经验,并加紧研究解决其中存在的问题,改进不足之处,并做好更多回路同塔并架的技术储备,使同塔多回线路更加经济和安全运行。

作者单位:淮南矿业集团电力公司电网部

参考文献:

[1]郑宝恒,李红.220/110kV4回同塔并架线路工程设计.中国电力,1997,30(10)

[2]吴烈,姜祥.220kV同杆(塔)四回路输电线路研究.供用电,2004,2.

[3]张洞明,张国良.同塔多回路输电线路设计研究.

[4]康春雷,周尔逊.同塔并架双回线路经济性与安全性分析.黑龙江电力,2003,12.

[5]胡毅,聂定珍.500kV同塔双回线路感应电压的计算及安全作业方式.中国电力,2000,33(6).

[6]高选.三峡工程新型同塔双回线路技术分析.东北电力技术,1999,11.

[7]电力工程高压送电线路设计手册.北京:中国电力出版社.

[8]高电压技术.北京:中国电力出版社.

[9]DL/T5092―1999.110―500kV架空送电线路设计技术规程.

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