同塔并架多回路

1、摘要：該文對同塔并架多回路的經(jīng)濟性和可靠性進行了初步分析，并介紹了同塔多回路在國內(nèi)外的應用情況，闡述了其應用前景關(guān)鍵詞：同塔并架；多回路；經(jīng)濟性；可靠性；分析中圖分類號：tm753 文獻標志碼：b 文章編號:1003-0867(2007)02-0058-04近年來，隨著城市化進程的不斷推進，電力高壓線路走廊越來越有限和珍貴，可供輸電線路走廊的用地日趨緊張，林木砍伐、電磁輻射干擾等涉及環(huán)境保護的問題已引起全社會的重視，使用走廊用地、拆遷費用更是日益昂貴，上述情況在北京地區(qū)尤為明顯。一些地區(qū)甚至已沒有新辟架空線路走廊的可能，這與北京經(jīng)濟發(fā)展帶來的電力需求快速增長產(chǎn)生極大的矛盾。因此，提高單位線路走

2、廊寬度的輸電能力是加快電網(wǎng)發(fā)展面臨的重要問題。所謂同塔多回路，就是多條線路共架在同一個鐵塔上。它適用于線路通道緊張時不同送電方向或者不同電壓等級局部采用同一通道。隨著負荷逐年攀升，城市電網(wǎng)改造不能停滯。受城市規(guī)劃的影響，電網(wǎng)改造往往被局限在原有的走廊內(nèi)，為提高輸送容量，需提高電壓等級，增加輸送回路。在原有線路走廊內(nèi)撤舊建新，升壓或增加回路，只有通過同塔并架多回線路才能解決。同塔多回路架設(shè)就是在這種背景下應運而生。采用同塔多回路架設(shè)可有效提高單位線路走廊輸送能力，既滿足電網(wǎng)建設(shè)要求又能適應地方城市發(fā)展規(guī)劃的需要，從而有利于實現(xiàn)社會經(jīng)濟發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。1 國內(nèi)外同塔并架多回路的應

3、用情況同塔多回路在國外應用比較普遍，尤其在經(jīng)濟發(fā)達且人口密集的日本和歐洲部分國家應用較多，在德國，為有效利用線路走廊，政府規(guī)定凡新建線路必須同塔架設(shè)兩回以上。在其高壓和超高壓線路中，同塔四回為常規(guī)線路，最多為六回。截止1986年，德國的同塔并架多回緊湊型線路總長就有約2.7萬km，至今已有50多年的運行經(jīng)驗。日本東京電力公司因轄區(qū)土地資源緊張，為減少線路走廊用地，盡量采用多回路同塔并架。110 kv及以上的線路多數(shù)為同塔四回，500 kv線路除早期2條為單回路外，其余均為同塔架雙回。目前，日本同塔并架最多回路數(shù)為八回。近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)速度的加快，在經(jīng)濟比較發(fā)達、規(guī)劃設(shè)施密集的北京、廣東等地

4、區(qū)同塔多回路應用也比較普遍，經(jīng)過十年的研究和應用，同塔并架已有了長足的發(fā)展，逐漸成為一項成熟的技術(shù)。國內(nèi)第一條同塔多回路建于1995年，為北京地區(qū)知春里清河的220 kv、110 kv同塔4回線路4。該線路采用了自立式鼓型塔，各回路三相導線采用垂直排列，共七層橫擔。上層為避雷線支架，中間三層為220 kv導線橫擔，下面三層為110 kv導線橫擔。為了限制導線風偏，設(shè)計檔距不超過300 m。為了提高穩(wěn)定性，控制塔全高在50 m左右。圖1顯示了國內(nèi)220/110 kv四回路鐵塔的單線圖4。圖1220/110kv四回路鐵塔的單線圖2 同塔并架經(jīng)濟性分析2.1 走廊寬度比較根據(jù)電氣要求，將220 kv

5、、500 kv單、雙、四回路需占走廊寬度列于表1。表1單、雙、四回線路走廊寬度從表1可以看出，220 kv同塔四回線路比四條單回路線路減少走廊寬度55 m，比兩條同塔雙回路減少走廊寬度21 m。500 kv同塔四回線路比四條單回路減少走廊寬度107 m，同塔雙回路比兩條單回路減少走廊寬度41 m。采用同塔多回路最經(jīng)濟之處在于走廊清理費用（包括土地征用、青苗賠償、林木砍伐、房屋拆遷等）的節(jié)約。2.2 工程本體經(jīng)濟比較當路徑狀況和其它設(shè)計條件相同時，同塔四回線路和兩個雙回線路的導線耗量相同，金具基本相同，地線節(jié)約2根，但四回路增加了部分絕緣子，因此電氣工程量基本相同，主要差異取決于鐵塔和基礎(chǔ)。統(tǒng)計

6、結(jié)果表明，一個雙回路的鐵塔及基礎(chǔ)的材料耗量小于兩個單回路之和，且少兩根地線，因此無論從線路本體還是從線路走廊來評價，220 kv同塔雙回線路要比兩個單回線路經(jīng)濟。綜合占地因素，220 kv同塔四回線路比兩條同塔雙回經(jīng)濟。對近幾年500 kv單、雙回線路的鐵塔、基礎(chǔ)材料指標進行統(tǒng)計1，結(jié)果表明，500 kv雙回路的鐵塔和基礎(chǔ)材料耗量均大于兩個單回路，但走廊費用節(jié)約的數(shù)值要遠大于多增加的材料耗量，因此，500 kv同塔雙回線路仍比兩個單回線路經(jīng)濟。2.3 通過采用新技術(shù)提高經(jīng)濟性采用緊湊型雙回路輸電線路設(shè)計，通過優(yōu)化導線布置，壓縮相間距離，使電荷在各導線表面分布均勻，從而表面場強均勻，導線導電面積

7、得到充分利用，緊湊型輸電技術(shù)可顯著提高輸電能力。使同塔雙回500 kv緊湊型線路與常規(guī)同塔雙回500 kv線路相比，自然輸送功率提高約30%。政平-宜興兩回500 kv緊湊型輸電線路就是采用新技術(shù)提高經(jīng)濟性的一個成功范例。3 可靠性分析同塔多回路對電網(wǎng)的安全運行水平要求很高。一旦出現(xiàn)如倒塔、雷擊跳閘、閃絡(luò)接地和風偏閃絡(luò)、斷線等多回路的同時故障時，對電網(wǎng)安全運行的影響非常嚴重。3.1 倒塔事故可能性分析倒塔事故是電力生產(chǎn)上的惡性事故之一，從以往事故分析，多數(shù)倒塔事故是由于人為外力破壞造成，也有線路覆冰重載斷線或覆冰后風吹舞動斷線造成耐張塔兩側(cè)拉力不等引發(fā)桿塔扭曲變形最終發(fā)生倒塔。由于多回路同塔并

8、架，鐵塔的外負荷將成倍增加，傳統(tǒng)的角鋼塔規(guī)格和構(gòu)造的限制已不能滿足需求，應采用新型角鋼塔或鋼管塔。北京地區(qū)由華北設(shè)計院和北京電力設(shè)計院共同研制的220/110 kv四回路角鋼塔已經(jīng)使用10年的時間，性能非常穩(wěn)定。但220 kv同等級四回輸電線路，由于荷載的加大，對桿塔的要求則更高。田村220 kv輸電線路中，為解決路徑擁擠問題，第一次采用鋼管塔的四回路220 kv同塔并架的建設(shè)方案。鋼管塔圓柱型的構(gòu)件風阻系數(shù)小，可以明顯降低塔身風壓，壓屈穩(wěn)定系數(shù)高。若采用無縫鋼管，其壓屈穩(wěn)定系數(shù)為a類，而角鋼為b類，相差7左右。使用鋼管有利于限制鐵塔的根開，減小占地面積。鋼管塔單腿負荷大，承載性能優(yōu)良，穩(wěn)定性

9、高，外型美觀。如果采用單回輸電，加上兩條避雷線，鐵塔兩端各有5組導線，理想狀態(tài)下，鐵塔兩側(cè)受力相等，如果發(fā)生斷相，將會在鐵塔另一側(cè)產(chǎn)生單側(cè)全部拉力的1/5；同理如果采用雙回路，發(fā)生斷相，會在鐵塔單側(cè)產(chǎn)生全部拉力的1/8的外力；如果采用四回路，一側(cè)斷相會在鐵塔單側(cè)產(chǎn)生全部拉力的1/14的外力。可見，同塔并架的回路數(shù)越多，在發(fā)生斷相時鐵塔受力相對越小，鐵塔越穩(wěn)定、安全，發(fā)生倒塔的可能性越小。3.2因雷擊跳閘問題分析3.2.1 雷擊跳閘問題的解決方案在多回路同塔并架輸電系統(tǒng)中，如果發(fā)生因雷擊造成多回路同時跳閘，將會給系統(tǒng)造成嚴重后果。加強高壓送電線路的絕緣水平。高壓送電線路的絕緣水平與耐雷水平成正比

10、，加強零值絕緣子的檢測，保證輸電線路有足夠的絕緣強度是提高線路耐雷水平的重要因素。降低桿塔的接地電阻。高壓輸電線路的接地電阻與耐雷水平成反比，根據(jù)各基桿塔的土壤電阻率的情況，盡可能地降低桿塔的接地電阻，這是提高高壓送電線路耐雷水平的基礎(chǔ)，是最經(jīng)濟、有效的手段。對于土壤電阻率較高的疑難地區(qū)的線路，應強化降阻手段的應用，如增加埋設(shè)深度，延長接地極的使用，就近增加垂直接地極。在雷電活動強烈的地區(qū)和經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和地段，可以增設(shè)耦合地線。由于耦合地線可以使避雷線和導線之間的耦合系數(shù)增大，并使流經(jīng)桿塔的雷電流向兩側(cè)分流，從而提高高壓送電線路的耐雷水平。采用雙避雷線以獲得更好的保護效果。在山區(qū)等雷

11、電多發(fā)區(qū)安裝線路避雷器，線路用避雷器可以有效的防止雷直擊導線。在重要線路上對于同塔雙回線線路適當?shù)牟捎貌黄胶饨^緣技術(shù)，以減少雙回線同時出現(xiàn)雷擊跳閘的概率，使線路遭雷擊時不同時斷開，以保證多回線路輸電的可靠性與單回線相同。3.2.2單回與多回的雷擊概率分析線路遭受雷擊次數(shù)隨著鐵塔高度的增高而增多。同塔四回線路比雙回路平均增高20 m，而雙回路比單回路平均增高12 。經(jīng)計算，220 kv單、雙、四回線路的雷擊次數(shù)2見表2。表2220 kv線路雷擊次數(shù)由表2可以看出，220 kv線路雷擊次數(shù)，雙回路比單回路高出35，四回路比單回路高出1倍多。如果都換算為單回路，則同塔并架多回路遭受雷擊次數(shù)要比相同數(shù)

12、量單回路少得多。同塔多回線路由于鐵塔高度增加，鐵塔的波阻抗和電感增大，雷擊塔頂時，沿塔傳播至接地裝置所引起的反射波返回到塔頂或橫擔上所需時間相對延長，電位升高值較大，并且導、地線耦合系數(shù)較低，因此反擊引起絕緣閃絡(luò)跳閘率隨鐵塔高度的增高而增大，隨接地裝置接地電阻的增大而增大。對平原地區(qū)500 kv雙回路與單回路的反擊跳閘率比較研究1結(jié)果見表3。表3500 kv同塔雙回路和單回路的反擊跳閘率表3的數(shù)據(jù)可以反映出單、雙回路反擊跳閘的相對規(guī)律性。如果折算成單回路，則同塔雙回路的反擊跳閘率并不比單回路高。上述數(shù)據(jù)還表明，降低鐵塔接地電阻可以大大降低反擊跳閘率。時，計算線路的耐雷水平和跳閘率見表4。w通過

13、對220 kv單、雙、四回路的反擊跳閘率的比較研究2，以平原地區(qū)為例，接地電阻為5表4220 kv耐雷水平和跳閘率從表4可以看出，220 kv四回路的耐雷水平和跳閘率均不及雙回路，雙回路不及單回路。上述數(shù)據(jù)還表明，若在鐵塔上方合適位置增加一根耦合線，則可大大提高線路的耐雷水平，降低跳閘率。雷擊繞過地線，直擊導線的概率與地線對邊導線的保護角、塔高以及線路經(jīng)過地區(qū)的地形、地質(zhì)等條件有關(guān)。經(jīng)計算，220 kv四回路繞擊率為0.9，雙回路為0.6，單回路為0.35。四回路繞擊率為單回路的2.6倍，是雙回路的1.5倍。運行經(jīng)驗表明，繞擊是500 kv線路雷擊跳閘的主要原因。同塔雙回線路繞擊率約為單回路的

14、2倍。從以上分析可以看出，如果換算為單回路，則同塔并架多回路繞擊率不大于相同數(shù)量單回路。3.3 舞動造成線路過荷載的故障分析(線路機械故障分析)舞動造成導線故障?，F(xiàn)象：導線從壓接管內(nèi)抽出，或外層鋁線斷裂、鋼芯抽出，也有整根導線被拉斷的事故出現(xiàn)。舞動造成金具故障。現(xiàn)象：懸垂線夾船體在u型螺栓附近斷裂的事故，拉線楔型線夾斷裂造成倒塔事故。舞動造成電氣間隙故障?，F(xiàn)象：因弧垂增大，導線對地距離減小造成閃絡(luò)，或因風吹擺動造成導線相間短路。舞動現(xiàn)象的消除。為了防止和減輕導線的振動（舞動），一般在懸掛導線線夾的附近安裝一定數(shù)量的防振錘。當導線發(fā)生振動時，防振錘也上下運動，產(chǎn)生一個與導線振動不同步甚至相反的作

15、用力，可減少導線的振幅，甚至能消除導線的振動，或在導線上加裝抑扭環(huán)消除舞動。采用雙絕緣子串提高強度及穩(wěn)定度，對于懸垂角與垂直檔距較大的直線塔采用雙線夾，以增加線夾出口處導線的受彎強度，在易出現(xiàn)舞動的地區(qū)，應采用雙聯(lián)雙線夾，使絕緣子串強度增加，避免絕緣子球頭彎曲或折斷。金具應光潔，無裂紋、砂眼、氣孔等缺陷，安全強度系數(shù)選用4，甚至更高的，以提高安全性。只要設(shè)計科學合理，同塔多回路的機械安全性與單回路并無差別。實際上，由于同塔多回線路的重要性，設(shè)計時機械安全系數(shù)取值更高。至于導線舞動問題，無論單回路還是多回路均存在發(fā)生舞動的可能性，只是在分裂導線上發(fā)生的機會更大，因此都需要采取必要的防舞措施。3.

16、4 人為外力破壞故障分析從已發(fā)生的輸電線路事故分析，人為外力破壞事故占較大比例，因此防止人為破壞應成為電力企業(yè)的一個重要課題。除利用媒體加大正面宣傳電力設(shè)施保護的重要性外，還應利用法律武器嚴厲打擊破壞電力設(shè)施的犯罪行為，更要采用技術(shù)手段保護電力設(shè)施。采用鋼管塔，減少角鋼、螺栓的用量，使鐵塔不易攀爬，從結(jié)構(gòu)上具有一定防盜性。加裝攝像頭、傳感器和紅外探測器，平時攝像頭可以監(jiān)控導線覆冰、舞動情況；紅外探測器可以監(jiān)測導線溫度及金具、絕緣子串溫度異常情況等；當傳感器感應到有人攀爬鐵塔又未解除警報，攝像頭可以拍攝犯罪嫌疑人的影像并發(fā)送到控制室，為事后破案提供證據(jù)，同時發(fā)出聲光警報，威懾犯罪分子。3.5 環(huán)

17、境問題分析送電線路的電磁環(huán)境影響問題值得關(guān)注。其主要內(nèi)容包括：線路對通信線路的干擾和危險影響；對無線電、廣播電視的干擾影響；可聽噪聲的影響；高壓靜電場的環(huán)境影響；接地裝置的地電位升高影響。我國設(shè)計規(guī)程規(guī)定：500 kv線路最大地面場強控制在9.5 kv/cm之內(nèi)；走廊邊緣地面場強控制在4 kv/cm；無線電干擾水平應在50 db以內(nèi)。我國噪聲標準規(guī)定：對居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)為50 db(夜間)60 db(晝間)。經(jīng)計算，目前國內(nèi)設(shè)計的同塔多回線路地面最大場強、無線電干擾水平、可聽噪聲列于表5。表5線路地面場強、無線電干擾及可聽噪聲水平從表5可以看出，只要采用適當?shù)蔫F塔結(jié)構(gòu)型式設(shè)計，完全可以將

18、同塔多回線路的地面場強、無線電干擾水平、可聽噪聲控制在國家標準之內(nèi)。在架線過程中采用機械張力架線，避免由于施工原因造成導線的磨損，可大大減輕投產(chǎn)后輸電線路產(chǎn)生的噪聲。在線路金具中配置一定數(shù)量的均壓環(huán)和屏蔽環(huán)，以減少線路在運行過程中的放電現(xiàn)象時產(chǎn)生的可聽噪聲。3.6 運行檢修問題分析同塔多回線路進行檢修時，全部停電困難較大，往往需要帶電作業(yè)，這就對檢修人員要求較高。在進行帶電作業(yè)時，要穿全套屏蔽服，減弱人體表面的電場強度，起到均壓的作用，使全身等電位；在工具上安裝泄漏電流報警器，監(jiān)視工具的絕緣情況；4 結(jié)束語根據(jù)對以上問題的分析，多回路同塔并架與單回線路相比，作為電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的方向之一，在城市及郊區(qū)具有較好的經(jīng)濟