郭 杰 雷光杰 文永庆

（河南省电力勘测设计院，河南郑州 450000）

500kV双回输电线路中相、下相V串塔型应用分析

郭 杰 雷光杰 文永庆

（河南省电力勘测设计院，河南郑州 450000）

随着我国经济的不断发展，对电力的依赖也越来越大。目前，我国500kV双回交流线路的铁塔及其附属设施投资约占本体投资的40%，因此，有必要对程铁塔型式及塔型系列进行深入研究。本文以综合指标最优、安全、可靠为目标，结合设计条件、工程地形地貌特征、超高压500kV双回路线路的电气、机械特点，采用宏观规划和微观规划相结合的方法进行分析研究，并结合国内500kV双回路输电线路工程，针对中相V串、下相V串的排列方式，确定合理的工程规划，降低工程投资，实现输电线路建设方式的转变。

输电线路；500kV双回；中相V串、下相V串；应用分析

目前，我国500kV超高压双回路输电线路已有较为成熟的建设和运行经验。我国500kV双回交流线路的铁塔及其附属设施投资约占本体投资的40%，因此，有必要对输电线路铁塔型式进行深入研究。本文在总结以往工程经验的基础上，结合平顶山-白河500kV双回线路工程，考虑工程地形地貌特征、超高压500kV双回路线路的电气、机械特点，在使用寿命周期内以满足输电线路安全可靠运行、方便维护为设计目标，使铁塔在整个线路全寿命周期内利益最大化。根据工程实际体特点，提出“中相V串”、“下相V串”新型型式，采用宏观规划和微观规划相结合的方法进行分析研究，规划出切合工程特点的铁塔型式及塔型系列，确定合理的经济档距及经济塔高，降低工程投资，实现输电线路建设理念和方式的转变。

1 概述

杆塔型式规划是指单个铁塔的外形规划，包括塔身形状和塔头形状两大部分。其中塔身形状有圆形（如单柱钢管塔、钢筋混凝土塔等）、四边形（如长方形、正方形、菱形等）、“V”形、门形以及多柱组合型、多边形（如三角形）等；塔头形状包括蝶形、鼓形、伞形、干字形等，塔头形状规划的要素包括相间距离（水平和垂直两方面）、挂点要求、横担尺寸（长度和宽度）。

杆塔型式规划主要应用静态方法（包括因素分析法、指标评价法等）对单塔型式及指标进行设计优化。首先分析影响铁塔本身及其附属物指标的主要因素，并对其进行排序和可变性分析，找出既定条件下降低铁塔各项指标和附属物各项指标的可能性与办法；其次建立塔重指标评价的数学模型，用数理分析方法进行铁塔的设计优化。这里塔重指标评价模型不仅包括微观应用的各个指标，还要结合宏观塔型系列规划所用到的水平档距、垂直档距、代表档距等要素。

为了能准确地分析、评价线路的综合费用对杆塔规划的影响，使用沿线综合指标评价法对不同的地形、地质条件、塔位占地、土石方量、基础工程量等进行综合费用分析；无约束（准无约束）排位法是输电工程特有的动态规划方法，它是在假定路径等外部约束条件下，对各种铁塔、基础、绝缘金具串、导线、立塔位置等进行无约束或准无约束排定位置，再结合指标评价进行综合费用优化和方案优选，确定出给定路径上的最优排位方案；概率统计法是在上述无约束排位基础上，对塔型、档距等特征使用率进行数理统计并找出最优解。上述方法应结合使用，以安全、经济、适用、方便为目的，满足设计、施工、运行、维护、管理、效益、效果等目标，从而达到全寿命周期的最优总目标。

在上述杆塔规划中，杆塔型式是控制造价的主要因素，因此，做好杆塔规划能有效控制工程造价。

2 铁塔塔型分析

输电线路工程的直线塔约占总塔数的80%，同时直线塔导线的布置方式还影响到耐张塔的型式，通过常用塔型的比较，一般采用三相导线垂直布置的杆塔，目前采用三相导线垂直布置的杆塔型式主要有鼓型、伞型、苍蝇拍型等。苍蝇拍型双回路铁塔六相导线均在同一塔窗内，通过压缩相间水平距离减小线路走廊，但其单塔指标较高，本体投资较大，且该布置方式安全可靠度低，一旦一个回路出现事故，另一回路将同时遭殃。因此，根据500kV超高压线路的对地距离、绝缘配合和摇摆角等电气参数要求，结合工程地形地貌特征（山地、平地）和居民分布较少、林木丰富的特点，采用鼓型布置方式的铁塔型式较好。

目前，对于双回架空输电线路而言，自立型直线塔有“Ⅰ型绝缘子串”和“Ⅴ型绝缘子串”两种配合型式。I型绝缘子串具有结构简单，施工、运行方便的优点，而且直线塔横担长度较V串直线塔短，在500kV工程中使用广泛（见图1）；Ⅴ型绝缘子串对导线的偏移有制约作用，Ⅴ型串塔（见图2）整个走廊宽度要小于Ⅰ型串的走廊宽度。V型串塔可以减少房屋拆迁，减少树木砍伐等，但其导线横担比Ⅰ型串塔导线横担要长，杆塔层间距大，导致铁塔单基较重，且Ⅴ型串绝缘子数量比Ⅰ型串增加一倍，增加了本体投资。双回路架空输电线路在采用绝缘子型式时一般全部采用V型绝缘子串或I型绝缘子串，较少在同一个塔上混合采用。经过分析在双回路鼓型塔的中相或者下相局部采用V型绝缘子串，其余相采用I型绝缘子同样能够达到减少线路走廊的目的，而局部采用V型绝缘子串对杆塔重量影响较小，本体投资增加相对较少。

图1 全I串直线塔示意图

图2 全V串直线塔示意图

根据以上分析，并结合500kV超高压线路的对地距离、绝缘配合和摇摆角等电气参数要求，以同等使用条件为可比因素，本文对全V串，全I串，下相V串（图3），中相V串（图4）四种杆塔型式进行经济性分析。

平顶山-白河500kV线路导线为4×LGJ-630/45钢芯铝绞线，气象条件为27m/s，10mm冰。根据工程实际条件，按照《110～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）对上述四种塔型进行铁塔优化计算，计算结果见表1。

图3

图4

表1 四种塔型塔重比较表

全V塔三相导线横担比其他三种塔头布置的导线横担要长2.0～4.0米，而且导线层间距比其他三种塔头布置高2.5～3.0米。全V塔塔头尺寸大，塔头挡风面积增大，塔身主材因风荷载产生的应力增大，塔身主材的规格增大，塔重增加。全V塔层间距增加，导地线张力对塔头每段主材产生弯矩增大，塔头主材增加，塔重增加。另外，由于层间距增加，塔头部分重量由于尺寸增加而增加，横担长度增加，横担重量由于尺寸增加也增大，综合这几项，全V塔塔重最重；由于全部采用V串，绝缘子数量较多，因此，全V串布置的本体投资最多，但其线路走廊相对较小，且采用V串后限制了导线风偏，减小了走廊宽度。

全I串、中相V串和下相V串三种杆塔横担长度和导线层间距稍有差别，但单基塔重基本相当，中相V串和下相V串杆塔由于局部采用了V串，绝缘子数量较全I串杆塔每基增加2支，因此，本体投资与全I串杆塔相比均有所增加；中相V串和下相V串杆塔由于采用V串，其边导线最大水平距离与全I串相比有所缩减，因此，在单基杆塔本体投资分别增加2%和3%的情况，分别减少了线路走廊宽度17%和7%（见表2），提高了线路的单位输送容量。

表2 四种导线边导线最大水平距离比值

3 塔型选择

根据以上分析，中相V串和下相V串比全V串和全I串有优势，线路可根据具体情况进行选择。中相V串和下相V串杆塔相比，杆塔重量、本体投资基本相同，边导线最大水平距离中相V串稍小；在工程实际应用中，垂直排列的杆塔下相是交叉跨越的控制相，在山地风偏点等危险点也是下相导线控制，由于下相V串杆塔的下相采用了V型绝缘子串，限制了导线的风偏，有利于控制风偏后的净空距离，且V型绝缘子串由于绝缘子倾斜，一定程度上可减小杆塔呼称高，在跨越林区时能够减小线路走廊，减小树木砍伐量。综上所述，中相V串和下相V串两种杆塔型式线路走廊较窄，本体投资较小，单位输送容量高。

在工程建设中，山区段线路林木茂密，为保护生态环境，应尽量减少树木砍伐。山区段线路走廊一般不受限制，但仍应尽可能减少线路走廊；山区线路除了需要满足导线对地垂直距离外，还需注意边线风偏时对地或对树的净空距离。综合以上因素，在山地段推荐下相为V型绝缘子、中相和上相为I型绝缘子的直线铁塔。平地地区一般是经济发展的重点地区，人口稠密，走廊狭窄，平地段推荐采用中相为V型绝缘子、下相和上相为I型绝缘子的直线铁塔。

4 塔型应用分析

平顶山-白河500kV双回线路起自平顶山香山500kV变电站，止于南阳白河500kV变电站，线路位于平顶山市和南阳市境内，途经宝丰县、平顶山市、鲁山县、方城县和南阳市。该线路由单、双回路组成，其中单回路长16.873km，双回路长97.643km；导线为4×LGJ-630/45钢芯铝绞线；铁塔282基；沿线平地占55%，山区占45%，交通情况良好。

根据工程实际情况，直线塔在山地采用下相V串，上、中I串的新塔型，以降低塔高0.5～1.0米，减少投资。在有效控制走廊宽度的前提下，提升导线高度，节约了塔材，较好限制了下相导线风偏，减少了边坡开方。

平地地区应考虑节约土地资源，为未来发展留下尽可能大的空间，同时尽可能地降低本体投资。在平丘地区采用中相V串，上、下I串的新型双回路直线塔，铁塔较通常的3相I串塔型可减少走廊宽度2～3米，占用走廊面积窄、塔重轻、通道清理费用低。全线采用上述2种新型塔177基，根据2种新型塔型应用，节省项目总投资约800万元。

综上所述，在对中相V串、下项V串塔型分析和研究后，通过在平顶山-白河双回500kV线路应用新型塔型，降低了沿线走廊，减少林木砍伐和房屋拆迁，节省了工程投资，即实现了经济效益，又提高了社会效益。

［1］GB50545-2010.110kV-750kV架空输电线路设计规范［S］.

［2］郭杰，蔡武军.杆塔规划及经济档距研究［C］.黑龙江庆云-鸡西500kV设计竞赛专题，2009（5）.

［3］张殿生.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2003.

Application Analysis of Medium-Phase and Low-Phase V Series TowerTypes in 500kv Double Circuit Transmission Line

Guo Jie Lei Guangjie Wen Yongqing
（Henan Electric Power Survey and Design Institute，Zhengzhou，Henan 450000）

With the continuous development of China's economy，there is bigger and bigger dependence on electricpower. At present in China 500 kV double circuit AC transmission lines tower and its affiliated facilities investmentaccount for about 40% of the investment on main body. Therefore，it is necessary to conduct an in-depth research onthe type of steel tower and tower type series. Aiming at optimal comprehensive index，safety and reliability，combinedwith design conditions and engineering topographic and geomorphic features，electrical and mechanicalcharacteristics of ultra 500 kV double circuit line，this paper analyzed and studied through a method of combiningmacro planning and micro planning，combined with domestic 500kV double circuit transmission line project，targetedat the arrangement of medium-phase V and low-phase V series，determined a reasonable project planning，reducedengineering investment and realized the transformation of the transmission line construction.

transmission line；500kV double circuit；medium-phase V series，low-phase V series；applicationanalysis.

TM863

：A

：1003-5168（2015）03-0140-3

2015-2-25

郭杰（1979.9-），男，硕士，高级工程师，研究方向；结构工程。