220kV四回共塔的输电线路设计问题探讨

220kV四回共塔的输电线路设计问题探讨

赖惠君

（惠州电力勘察设计院有限公司广东惠州516000）

摘要：近几年，电力产业发展迅速，且逐渐变成国内经济发展主要的推动力，但是在电力行业渠道巨大成就时，相关不同部门需要重视高压线路建设和线路走廊的占用面积矛盾。本文主要分析了220千伏四回共塔输电线路的设计问题发生主要原因，研究了220千伏四回共塔输电线路的设计要点，以期保证输电线路的运行安全性。

关键词：220kv；四回共塔；输电线路；设计

1.前言

伴随城市化的进程推进，高压线路的走廊用地越发紧张，在该情况下，逐渐在城市电网的技术中应用多回路的共塔输电线路，这也是当下电网技术的发展方向。通过应用多回路的共塔输电线路，可以提高地区经济效益，尤其是一些人口众多或是用地紧张地区，经济性相对较好。而且多回共塔的输电线路无需架设额外杆塔，可以节约前期的投资，有着良好的效益。

2.220千伏四回共塔输电线路的设计问题发生主要原因

2.1电磁的环境

因为多回共塔的线路主要架设于人口密集地区，周围通信设施、房屋等比较繁多。因此，为有效实施相关的设计，需要充分分析多回线路电磁环境的影响，一般以下几个方面；线路影响与干扰到通信线路；影响与干扰到广播电视与无线电；影响到可听的噪声；影响到高压的静电场。

2.2气象的条件

由于输电线路一般架设在野外，所以经常会因为各种各样自然气象条件而受到影响。因此，为保证电气性能、线路杆塔强度可以和自然界的气象变化相符合，保证线路运行安全性与可靠性，需要全方面掌握沿线地区气象情况，按照气象条件变化准确设计输电线路。还要按照线路级别差异，对气象条件进行设计，以便确定重现期，通常规定了330千伏及以下线路需要依据15年一遇来设计，而500千伏需要依据30一遇来设计。在设计多回的输电线路时，需要按照回路之中最高电压等级来确定重现期；把系统之中多回线路地位当做依据，全面分析是否要提高取值，若系统之中夺回线路重要性已超过或是达到上一等级电压的水平，可以适当的将气象条件标准值提高[1]。

2.3耐雷的性能

通常情况下，四回路的塔杆排列主要包含垂直与水平两种方式，因为三角排列和垂直、水平排列相比无特殊的优势，所以不做讨论。其中，水平排雷的塔杆和双回路的水平排列有着一样的高度，但是垂直排雷塔杆相对较高，与双回路相比，高出将近20米，按照1997年《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规范，将每年雷击次数估计为：NL等于40r（b+4h）。在上述公式中，b代表地线平均的高度，h代表地线落雷的高度，取r值为0.07；为40代表雷电的活动日，b代表两避雷线之间实际距离。和美国的电科院式子N等于0．288r（b+4h1.09）比较接近[2]。

上述公式中证明，输电线路所受雷击的次数会伴随地线平均高度的增加而增加，如：500千伏四回路共塔输电线路中，导线平均的高度与双回路相比，增加了将近30米，与单回路相比，增加了将近50米，雷击次数与双回路相比，是双回路的2倍左右，是单回路的3.3倍左右。在地线的保护角一致的情况下，一旦塔高增多20米，就会使绕击率增加一倍；多回同塔线路的塔高增加时，会使得铁塔电感与波阻增加，如果塔顶受到雷击，就会沿着铁塔传播到接地装置，导致反射波返到横担或是塔顶时间增加，加大点位的升高值，进而加大反击所致的跳闸率。

3.分析220kV四回共塔的输电线路设计要点

3.1选择回路的排列方式

可以把回路排列的方式分成三角排列、垂直排列与水平排列三种排列方式，其中，垂直排雷方式主要特点是：铁塔比较高、横担宽度较为窄与通道占地面积比较少，具体从图一中可以看出。塔身右侧与左侧各有两个回路是垂直排列的四回共塔输电线路主要特点，垂直排雷主要优势为：在线路检修的过程中，可以在其他的回路无需停电情况下，检修回路，垂直的排列输电线路的走廊宽度在30米左右，在很大程度上可以节省了土地的资源[3]。

图一1垂直排列的四回共塔式输电线路图

而水平排列的方式中，四回共塔线路特点是：四个回路都呈现出水平的排列，塔身右侧与左侧均有2个回路。在检修线路过程中，若检修某个线路的回路时，考虑到检修安全性，要将同一个横担上另外的回路实施停电的处理，如果电力紧张时，就难以进行维修处理。该类水平排列输电线路走廊宽度要超过40米，对于土地资源的节约非常不利。此外，三角排列主要指的是同一个回路相的导线呈现出三角排列，而不同回路的导线则进行上下的双回路布置，通常三角排列宽度、铁塔高度与横担在水平、垂直排列间。

3.2间隙园分析

风偏后的导线杆塔最小空气的间隙，需要满足雷电的过电压、工频电压以及操作的过电压要求，然后根据规程规定进行取值，所用空气间隙数值从表一中能够看出。

表1空间间隙建议使用的数值

在铁塔的间隙确定以后，需要根据子导线的张方形排列来设计绝缘子串的长度，选择悬式的绝缘子重量对各种工况下摇摆角进行计算，悬垂串、耐张串都通过十七片的绝缘子构成，而悬垂串的长度是3.4米，而耐张串的长度是4.5米。在进行导线的风偏角计算时，需要把四回路下下相导线当做基准。

3.3设计相间距离

计算相间距离时，所用计算公式是：D等于0.4LK＋V&pide;110+0.65。在公式中D代表导线水距离，LK代表悬垂的绝缘子串实际长度；V代表送电线路的标称电压；fc代表导线最大的弧垂。另外，在特定导线的布置形式下，各回路间相导线处于同侧横担相邻的位置。

3.4绝缘子串选择及其应用

通常情况下，可以将绝缘子串分成I型与V型的绝缘子串，因为四回共塔的输电线路主要用于走廊紧张地区，所以建议使用V型的绝缘子串，通过V型绝缘子串既可以节省线路的走廊，又可以防止铁塔发生大风闪络现象。然而，V型绝缘子串成本比I型的绝缘子串高，有时为了降低工程造价，常会使用I型的绝缘子串。3.5降低避雷线电能的损失

通常避雷针是直接架设于塔杆顶部，然后经过塔杆或是接地下引线来连接接地装置。通过装设避雷线，可以降低导线被雷击的机会，提高导线耐雷的水平，确保线路送点安全性。在电力系统正常运行情况下，因为避雷线和输电导线间存在祸合的作用，所以经常会产生感应的电压，但相线和避雷线间并没有完全的对称，在某种程度上会致使避雷线感应电压大小无法一致。此外，在感应电压作用下，若避雷线和地间、避雷线和避雷线间有电流的通道，容易出现电流，致使系统运行产生电能的损耗。如果系统出现故障，会加大避雷线中感应电压，进而在避雷线和地、避雷线和避雷线间形成环流，继而导致电能发生损耗。

3.6耐雷的设计

水平的排列杆和双回路的水平排列实际高度基本一致，但垂直排列塔高相对较高，与双回路相比，高出20米。伴随地线的平均高度不断增加，在一定程度上会加大线路受雷击次数。如：500千伏的四回共塔输电线路进行双回的垂直布置，导线平均高度与双回路相比，要高出30米，与单回路相比要高出50米，所以也就加大雷击次数。如果地线的保护角一样，没增加200米塔高，就会加大一倍的绕击率。而就反击来看，铁塔波阻与电感均会伴随多回共塔输电线路塔高的增加而增加，一旦塔顶受到雷击，就会延长反射波传输时间，加大点位升高值。因此，为有效提高多回共塔的线路耐雷水平，需要采用以下方式：在布置塔头时，需要减少横担层数，将塔高降低，减少雷击次数；缩小地线保护角，降低绕击率；使用悬挂祸合的地线，同时装设消雷器，进而降低雷击次数；改变导线相序排列方式，防止同层横担产生同名的相导线。

3.7设计铁塔

为降低220千伏大截面的导线塔身风险与降低材料体形系数，才采取四回共塔输电线路时，需要考虑应用钢管架的结构，一些与跨越塔特殊相类似的铁塔，也可使用高强度钢材，较为常用高强度的钢材为Q420与Q46。由于四回共塔输电线导地线比较多，所以在设计的过程中，许多材料均会因为安装工况而受到影响。若在设计过程中，难以适当限制施工作业的工序，需要选用科学施工方式，也可以增加临时拉线平衡的张力，进而降低塔重。此外，在设计四回共塔输电线路时，需要严格按照安全性和可靠性原则，尽可能选用形式简单、结构的传递清晰塔型，降低计算的误差，同时可选用可靠性高与常用塔型，保证线路运行安全性。

4.结语

总而言之，在四回共塔输电线路的铁塔设计中，应用一些高强度钢材，可以提高国内输电线路的建设水平，而且将高强度钢材应用于输变电的建设中，能够促进国内钢材材质的提高，推动国内钢材总体水平提升，进而使得国内钢铁工业获得进一步发展。通过应用高强度钢材，能够降低铁塔的损耗，节省能源与资源，彰显出环境友好与节约资源理念，提高社会与经济效益。

参考文献：

[1]刘渝根，尚龙龙，谢丽娜.基于正交设计法的220kV同塔双回输电线路反击耐雷水平影响因素[J].高电压技术，2014，40（3）：676-682.

[2]李夏阳.设计规程变更后的广西电网220kV及以上输电线路抗冰加固方案研究[J].红水河，2016，35（1）：74-76.

[3]金涛，王冲，底尚尚.220kV双回输电线路钢管杆设计档距及安全系数取值分析[J].河北电力技术，2014，17（1）：46-48.