110 kV送电线路在设计使用过程中大量采用1A4模块非直线耐张塔,其中包括零度耐张、转角耐张以及终端等型式。而非直线塔的跳线因为地形变化和气象环境的影响,往往造成跳线与塔身以及挂线金具之间的电气间隙不够。目前,减少跳线弧垂及其风偏偏移值是缩小耐张塔尺寸的有效方法。而跳线弧垂及偏移主要决定于采用的跳线或固定跳线的方式,国内外曾作过大量研究试验工作,采取了多种耐张塔引流方式,从水平跳线到弓形跳线、从软跳线到刚性跳线、从一般耐张塔跳线到三柱耐张塔跳线等。而使用最多的为软跳线及刚性跳线[1, 2, 3, 4]。
日本1 000 kV线路采用铝管式硬跳线,以减小跳线弧垂和风偏;韩国765 kV输电线路采用鼠笼式刚性跳线;加拿大765 kV输电线路采用V型串软跳线[5, 6, 7, 8];另外也有采用补强线增加跳线刚度的措施,补强线可贯通跳线全长或仅在跳线两端补强,风偏角可减少15%~50%,并可改善跳线端部的受力状况[9]。国内500 kV超高压输电线路一般采用普通软跳线[10];国内±500 kV直流输电线路及±800 kV云广直流输电线路对于大转角外角侧也有采用类似于鼠笼式硬跳线的简易支撑架方式软跳线[11],国内1 000 kV特高压交流输电线路一般采用刚性跳线[12, 13, 14]。甘肃省330 kV及以下线路在工程实际中,由于各地的要求不一致,采用的跳线方式很多,效果也不尽相同。但基本采用软跳线方式,并在软跳线的基础上辅助采用跳线支架(铁塔)、跳线杠、单跳线串、双跳线串、重锤均压环等多种方式。
甘肃电网地域辽阔,东部、中部、西部电网差异较大,而国网110 kV输电线路通用设计2013版自发布以来,为保证其通用性,对设计条件进行了一定程度的简化及归类,这就使得通用设计中的跳线设计要求很难满足甘省内线路设计、运行的现状要求。因此,对跳线方式进行改进和完善对保证跳线安全可靠运行、提高送电线路的可靠性具有十分重要的意义。
本文针对2013版通用设计跳线串配置原则[15],在总结甘肃电网的设计和运行经验的基础上,结合省内输电线路设计中使用110 kV通用设计模块的情况,在山地条件、平地条件下,采用多种跳线配置,对非直线塔跳线配置做了大量的计算和分析。通过对2013年通用设计1A4模块非直线铁塔的三维建模,依靠北京道亨公司《JW三维可视化跳线计算程序》,对不同工况、不同设计条件下,甘肃电网采用的不同跳线方式进行理论分析和三维模拟,找出适合甘肃电网的非直线转角塔的跳线方式,并提出在工程条件下,跳线方式的指导建议,提出了对通用设计的修改意见。
1 主要技术原则及方法 1.1 通用设计跳线方式根据国家电网公司制定的《110~500 kV输电线路通用设计修订技术要求》,2013版通用设计推荐使用的转角塔跳线串安装原则如表 1所示。
这个原则也是设计通用设计杆塔的主要原则之一,但未明确单回路中线的跳线串安装原则。根据这个原则,2013版通用设计的非直线塔横担设计较原67、77、78系列铁塔有所不同:外角横担由早期的尖嘴和鸭嘴横担改为矩形横担,有利于外角跳线的设计,并为简化外角跳线提供了条件;Ⅰ、Ⅱ型转角塔外角横担设置单串跳线安装孔,Ⅲ、Ⅳ转角塔外角横担设置双串跳线安装孔;单回路中相在地线支架设计时,一般Ⅰ型塔地线支架设计了跳线支架(为2 500 mm),实现双串跳线的安装要求,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ转角塔一般未设跳线支架,只能实现单串跳线的安装方式。
1.2 工具软件简介本文所使用主要工具软件《JW三维可视化跳线计算程序》是北京道亨公司开发研制的电力行业专业设计软件。该软件可用于任意结构的铁塔、任意多级跳线、任意多分裂导线情况下的跳线长度和弧垂的计算,可协助设计人员完成塔头设计、得到架线时的跳线长度。另外还支持硬跳线计算。采用三维、柔性悬链线模型,基于有限元计算方法,精确计算跳线到铁塔各杆件、铁帽、重锤等之间的距离,保证结果正确可信。
2 1A4单回路转角塔跳线方式通用设计塔型中,在单回路转角塔的跳线结构设计时,基本采用如表 2所示措施。
塔型 | 模块 | 中相(地线支架) | 内角 | 外角 |
J1(0°~20°) | 1A4 | 单跳线 | 单跳线 | — |
J2(20°~40°) | 1A4 | 单跳线 | 单跳线 | — |
J3(40°~60°) | 1A4 | 单跳线 | — | 双跳线 |
J4(60°~90°) | 1A4 | 单跳线 | — | 双跳线 |
DJ(0°~90°) | 1A4 | 单跳线 | 双跳线 | 双跳线 |
注:1A4-J1外角未设跳线,应为设计错误,应该在内、外角均设置跳线。 |
在本专题进行计算和校验时,主要是根据通用设计铁塔的跳线设置条件作为原始条件进行,并总结出在跳线方式设置不完善时的调整方案。
2.1 设计条件1)本次试验的设计工况
气象条件:风速27 m/s、10 mm覆冰;导线:LGJ-240/30;海拔高度:2 500 m;污秽等级:d级。
2)本次试验的绝缘配置情况
耐张绝缘子:FXBW-110/120-2;大盘径绝缘子:U120BP/146M;防污绝缘子:U120BP/146D;跳线串长度:1.862 m。
2.2 具体案例由于篇幅所限,仅以1A4-J1单回路转角塔在山地、中相单跳、无重锤、外角直跳(第1种情况)以及平地、中相单跳、加重锤(第2种情况)这2种情况对本文研究进行具体说明。
2.2.1 第1种情况案例分析山地(小号侧高差300 m,大号侧高差60 m):中相单跳、无重锤,外角直跳。
1)中相、外角间隙计算结果
计算结果如表 3、4所示。
从表中结果可以看出,中相仅带电作业工况满足要求。外角操作、带电作业工况满足要求。
2)软件分析
利用《JW三维可视化跳线计算程序》,对1A4-J1单回路转角塔在山地、中相单跳、无重锤、外角直跳进行理论分析和三维模拟,如图 1、2所示,图中加深实线部分代表该位置电气间隙不足。
2.2.2 第2种情况案例分析平地(小号侧高差15 m,大号侧高差10 m):中相单跳、加重锤。
1)中相间隙计算
中相间隙计算结果如表 5、6所示。
从表中结果可以看出中相仅操作工况满足要求。
2)软件分析
利用《JW三维可视化跳线计算程序》,对1A4-J1单回路转角塔在平地、中相单跳、加重锤进行理论分析和三维模拟。如图 3所示,图中加深实线部分代表该处电气间隙不足。
同理,对1A4-J1单回路转角塔在山地情况下中相单跳加重锤、外角单跳;中相双跳(跳线横担0.8 m);中相双跳(跳线横担0.8 m)加重锤;中相双跳(跳线横担1.6 m);中相双跳(跳线横担1.6 m)加重锤等几种情况以及平地情况下中相单跳、无重锤;外角直跳;中相双跳(跳线横担0.8 m)、无重锤;中相双跳(跳线横担0.8 m)、加重锤;中相双跳(跳线横担1.6 m);中相双跳(跳线横担1.6 m)加重锤;中相双跳(跳线横担2.5 m);中相双跳(跳线横担2.5 m)加重锤等几种情况分别进行计算分析后,得出结论如表 7所示。
导线 | 跳线方式 | ||||||||
直跳 | 单跳线串 | 单跳+重锤 | 跳线支架+双跳线串 | 跳线支架+双跳线串+重锤均压环 | |||||
0.8 m | 1.6 m | 2.5 m | 0.8 m | 1.6 m | 2.5 m | ||||
山地中相 | × | × | × | × | × | / | × | √ | / |
平地中相 | × | × | × | × | × | × | × | × | √ |
山地外角 | × | √ | / | / | / | / | / | / | / |
平地外角 | √ | / | / | / | / | / | / | / | / |
注:×表示不满足要求;√表示满足要求;/表示保守。 |
可以看出,1A4-J1单回路转角塔在山地条件下中相采用1.6 m长跳线横担的双跳线串+重锤均压环方式方能满足要求,外角采用单跳线串即可实现。平地条件下采用中相采用2.5 m长跳线横担+重锤均压环方式方能满足要求,外角采用直跳方式即可实现。
同理对1A4-J2、1A4-J3和1A4-J4等3种情况进行分析,即可得到结论。
2.3 跳线配置方案分析通过对4种角度的1A4转角塔型分析,可得以下结果,如表 8所示。
导线 | 跳线方式 | 备注 | ||||||||
直跳 | 单跳线串或单跳+重锤 | 双跳线串 | 双跳线串+重锤均压环 | 跳线支架+双跳线串 | 跳线支架+双跳线串+重锤均压环 | |||||
1.6 m | 2.5 m | 0.8 m | 1.6 m | 2.5 m | ||||||
山地中相 | — | Ⅳ | — | — | Ⅲ | — | — | Ⅰ | Ⅱ | Ⅰ型塔需特殊处理 |
平地中相 | — | Ⅳ | Ⅲ | — | — | — | Ⅱ | — | Ⅰ | — |
山地外角 | — | Ⅰ、Ⅱ | Ⅲ | — | Ⅳ | — | — | — | — | — |
平地外角 | Ⅰ、Ⅱ | — | Ⅲ、Ⅳ | — | — | — | — | — | — | — |
注:Ⅰ型为1A4-J1;Ⅱ型为1A4-J2;Ⅲ型为1A4-J3;Ⅳ型为1A4-J4。 |
1)在山地条件下:Ⅰ型塔中相采用1.6 m长跳线横担的双跳线串+重锤均压环方式,外角采用单跳线串即可实现。Ⅱ型塔中相采用2.5 m长跳线横担的双跳线串+重锤均压环方式方能满足要求,外角采用单跳线串+重锤均压环即可实现。Ⅲ型塔中相必须通过跳线支架+双跳线串方式,外角双跳线串方式实现。Ⅳ型塔中相采用单跳线串,外角需要加跳线杠形式或将倒挂侧的引流连接点向导线侧延长才能满足要求。
2)平地条件下:Ⅰ型塔中相采用2.5 m长跳线横担+重锤均压环方式方能满足要求,外角采用直跳方式即可实现。Ⅱ型中相采用0.8 m长跳线横担+重锤均压环方式方能满足要求,外角采用直跳方式即可实现。Ⅲ型塔中相和下相采用双跳线串即可实现。Ⅳ型塔中相采用单跳线串,外角采用双跳线串实现。
3 结论1)对于甘肃电网使用的单回路非直线塔,通用设计采用干字型塔。从计算结果上看,随着角度的增大,中相跳线配置的难度逐渐减小,外角跳线配置的难度逐渐增加,这也符合设计、施工经验。
2)单回路非直线塔中相在大档距情况下,不推荐利用地线横担设置较长跳线支架+双跳线串的方式。原因是在大档距条件下,地线下线较快,容易造成地线与跳线串或引流线的安全距离不足。
3)从计算结果上看,平地条件下,Ⅰ、Ⅱ型塔外角可以取消通用设计技术条件规定的Ⅰ型塔内、外角单串跳线,Ⅱ型塔单串跳线的技术要求。
4)但在山地条件下,Ⅰ、Ⅱ型塔保留内、外角均设置跳线串的要求。在大高差条件下,内、外角应设置1.6 m跳线支架+重锤均压环或双跳线串方式。现场如仍不能满足要求,须在施工时,将导线上拔侧的引流向导线侧延伸,并适当控制引流驰度以保证上拔侧引流线与横担塔身之间的安全距离。
5)从计算结果上看,平地条件下,Ⅰ、Ⅱ型塔外角可以取消通用设计技术条件规定的Ⅰ型塔内、外角单串跳线,Ⅱ型塔单串跳线的技术要求。
6)但在山地条件下,Ⅰ、Ⅱ型塔保留内、外角均设置跳线串的要求。在大高差条件下,内、外角应设置单跳线串+重锤均压环或双跳线串方式。现场如仍不能满足要求,须在施工时,将导线上拔侧的引流向导线侧延伸,并适当控制引流驰度以保证上拔侧引流线与横担塔身之间的安全距离。
7)Ⅲ型塔中相在山地条件下需采用跳线支架(1.6 m)+双跳线串的方式,平地需采用双跳线串方式,控制工况为带电作业。这个计算结果与通用设计技术条件出入较大。而外角在山地、平地条件下的计算结果与通用设计技术条件相同。
Ⅳ型塔需要的跳线方式与通用设计技术条件相同。
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