同塔多回高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)原則及其經(jīng)濟(jì)分析

包興杰

（國網(wǎng)四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽 643100）

同塔多回高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)原則及其經(jīng)濟(jì)分析

包興杰

（國網(wǎng)四川省電力公司資陽供電公司，四川 資陽 643100）

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，使城市周邊的地區(qū)被開發(fā)為工業(yè)區(qū)，或者建成了居住小區(qū)。人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚碾娔芄?yīng)情況也日趨緊張。隨著各種輸電線路問題的存在，使線路走廊問題日漸突出。要在降低輸電成本的情況下提高資源的有效利用率，就要將同塔多回架空輸電線路的優(yōu)越性充分地發(fā)揮出來。本文針對(duì)同塔多回高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)原則及其經(jīng)濟(jì)分析問題進(jìn)行研究。

高壓架空輸電線路；同塔多回；設(shè)計(jì)原則；經(jīng)濟(jì)分析

城鎮(zhèn)化發(fā)展，特別是中心城市區(qū)劃范圍的擴(kuò)大，使周邊的地區(qū)快速開發(fā)起來，包括工業(yè)企業(yè)和高校等等都陸續(xù)遷移到城市周邊。隨著開發(fā)區(qū)的建立，越來越多的城市居民選擇到這里居住。城市范圍的擴(kuò)展，使電力高壓線路走廊所承受的輸電壓力越來越大，尤其是電磁輻射都周邊環(huán)境造成的各種電力設(shè)備和設(shè)施造成干擾，同時(shí)對(duì)人的身體也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，加之林木破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為目前所需要直接面對(duì)的社會(huì)性問題。為了能夠在低成本情況下提高線路走廊的輸送能力，采用同塔多回路高壓架空輸電線路可以解決輸電問題。

一、同塔多回高壓架空輸電線路的建設(shè)情況

為了緩解城市架空電力走廊的電能傳輸壓力，一些地區(qū)將線路設(shè)計(jì)為同塔多回路，回路的高壓等級(jí)為220kV，不僅可以在一定程度上滿足電力傳輸?shù)男枨?，而且還降低了城市規(guī)劃的成本。目前中國的高壓架空輸電線路的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)都已經(jīng)趨于成熟，可以確保架空輸電線路的有效運(yùn)行。但是，其中的一些高壓架空輸電線路為500kV和220kV混合連接，以220kV的輸電線路為主。但是，從設(shè)計(jì)的角度而言，所遵循的規(guī)程均為常規(guī)的單回輸電線路和雙回輸電線路在輸電線路的設(shè)計(jì)以及安全因素的考慮上多會(huì)以單回輸電線路為主，并不會(huì)過多地考慮雙回輸電線。如果多回架空輸電線路線路受到天氣的影響，或者出現(xiàn)倒塔的現(xiàn)象，多回線路的安全措施沒有落實(shí)到位，就會(huì)引發(fā)故障，直接影響到了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以，在對(duì)輸電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)多回輸電線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以充分考慮，還要注重安全系數(shù)的設(shè)定，以在同塔多回架空輸電線路的設(shè)計(jì)和施工中，要對(duì)設(shè)計(jì)形式進(jìn)行選擇，并將相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)程不斷完善。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，輸電線路已經(jīng)普遍采用了同塔多回路架空線路的形式，而且多為四回?cái)?shù)以上，甚至為八回路?？梢姡?jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家對(duì)回路的應(yīng)用技術(shù)是較為成熟的。中國是土地資源稀缺的國家，輸電線路連接采用同塔多回架空輸電線路是一種必然。但是，在工程投資方面，線路走廊的資金使用會(huì)占有很大的比例。20世紀(jì)80年代，中國的電力傳輸開始采用同塔多回線架空輸電線路。220kV的輸電線路已經(jīng)普遍使用，且以雙回輸電線或者四回輸電線為主。隨著城市電能的使用量不斷增加，要提高供電質(zhì)量，就要對(duì)輸電線路的設(shè)計(jì)進(jìn)行改善。采用同塔多回輸電線路是比較要的選擇，但是，使用的過程中，還要考慮到現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)問題，以提高同塔多回高壓架空輸電線路的使用效率。

二、同塔多回架空輸電線路的設(shè)計(jì)參數(shù)以及設(shè)計(jì)原則

與單回線路和雙回線路的架空線路鐵塔的高度以及所承載的負(fù)荷相比，同塔多回架空輸電線路高度和荷載要更大一些。從設(shè)計(jì)的角度而言，如果輸電線路的輸電壓為500kV，如果采用同塔四回高壓架空輸電線路的方式，即便所有的導(dǎo)線均為雙回垂直布置，架空的高度也要超過100m。這對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言是非常有難度的，特別是在輸電線路的設(shè)計(jì)上，要考慮到設(shè)計(jì)參數(shù)，并確保在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格履行設(shè)計(jì)原則。

（一）同塔多回架空輸電線路設(shè)計(jì)的氣象條件

現(xiàn)行同塔多回架空輸電線路設(shè)計(jì)的氣象條件是不超過330kV的電壓15年一遇進(jìn)行設(shè)計(jì)。超過330kV且低于500kV的輸電線路，對(duì)多回路線路的設(shè)計(jì)，是要根據(jù)其在多回線路系統(tǒng)中的重要性進(jìn)行設(shè)計(jì)。必要的時(shí)候，還需要提高取值。如果多回線路系統(tǒng)的重要性已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了上一級(jí)的電壓等級(jí)水平，就有必要對(duì)氣象條件的取值標(biāo)準(zhǔn)以提高。在具體操作中，還要根據(jù)同塔多回架空輸電線路所在的具體地理位置的氣候條件做出靈活調(diào)整。

（二）同塔多回架空輸電線路的鐵塔和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

同塔多回架空輸電線路在設(shè)計(jì)上與單回路的線路之間存在著不同。此時(shí)，鐵塔的塔身的電壓會(huì)不斷增加，而鐵塔外部荷載也會(huì)成倍數(shù)增加。所以，鐵塔自身的重量以及鐵塔所發(fā)揮的基礎(chǔ)性作用，都可以對(duì)線路的運(yùn)行以控制，確保輸電線路的電能傳輸具有很高的可靠性。在對(duì)同塔多回線路的鐵塔部分和基礎(chǔ)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)Π踩禂?shù)的設(shè)定可以采用工程乘系數(shù)的手法。如果輸電回路為220kV或者500kV，輸電線路導(dǎo)線的使用中，要求材料的形體系數(shù)要有所降低，且塔身的風(fēng)壓也要適當(dāng)?shù)刈龀稣{(diào)整鐵塔的設(shè)計(jì)采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式，可以提高鋼材的剛度。如果是四回線路，在高壓架空鐵塔的設(shè)計(jì)中，在采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還要對(duì)接地導(dǎo)線以考慮。通常在安裝的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生鐵塔最大負(fù)荷。

在設(shè)計(jì)的過程中，很多的結(jié)構(gòu)材料都要受到工況的控制，同時(shí)還要從設(shè)計(jì)的角度對(duì)施工的程序以及需要采用的施工技術(shù)以合理設(shè)計(jì)。比如，在安裝施工中，對(duì)接地導(dǎo)線的安裝要采用分層安裝的模式。注意臨時(shí)拉線所的張力不超過施工中的安裝張的30%，由此而使鐵塔和基礎(chǔ)設(shè)施更為安全可靠。鐵塔的塔型設(shè)計(jì)要避免復(fù)雜化，更要避免存在計(jì)算上的誤差。對(duì)基礎(chǔ)的選擇則要參考同類地區(qū)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選用具有較高可靠性的設(shè)計(jì)形式。如果同塔多回架空輸電線路的施工所在其余的地質(zhì)情況不良，則需要采用灌注樁的方式。

三、同塔多回架空輸電線路的經(jīng)濟(jì)分析

（一）同塔多回架空輸電線路的材料成本

在同塔多回架空輸電線路的材料成本費(fèi)用中，鋼材成本是需要重點(diǎn)考慮的。如果是同塔四回架空輸電線路，輸電線路的直線塔單比重介于2.1～2.6之間主要的原因在于，與同塔雙回架空輸電線路相比，同塔四回架空輸電線路要高很多，鋼材料的使用量就必然會(huì)增加。隨著塔身的增高，就要考慮到彎矩和扭矩。在設(shè)計(jì)中，要對(duì)這兩項(xiàng)參數(shù)又做增加，而鋼材料上則選取鋼管或者角鋼。塔身的重量就必然會(huì)增加。

鐵塔基礎(chǔ)材料成本也是需要考慮的項(xiàng)目。輸電線路的鐵塔所采用的基礎(chǔ)材料為鋼筋、水泥。多回架空輸電線路在鐵塔所能夠承受的負(fù)荷會(huì)有所增加。多數(shù)情況下，四回線路的鐵塔所使用的基礎(chǔ)材料量要多于雙回架空輸電線路的2倍之多。

（二）同塔多回架空輸電線路的施工費(fèi)用

同塔多回架空輸電線路的施工費(fèi)用與工程施工有關(guān)，主要關(guān)乎到3個(gè)方面的內(nèi)容，即施工人員費(fèi)用、施工技術(shù)具有一定的難度而需要投入的費(fèi)用、施工進(jìn)度調(diào)整中的施工費(fèi)用調(diào)整情況。與同塔雙回架空輸電線路相比，四回架空輸電線路對(duì)施工技術(shù)的要求是比較高的，而且隨著難度的加大，對(duì)施工人員的技術(shù)水平也會(huì)提出更高的要求。具有較高技術(shù)水平的施工人員費(fèi)用也會(huì)相對(duì)較高，加之施工進(jìn)度加快而需要采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，都使四回架空輸電線路所投入的資金會(huì)更多一些。

（三）同塔多回架空輸電線路的安全運(yùn)行

輸電線路經(jīng)濟(jì)性分析的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是安全運(yùn)行。中國同塔多回架空輸電線路在運(yùn)行中，并沒有產(chǎn)生重要的事故，包括自然環(huán)境下對(duì)輸電線路所造成的影響，諸如雷擊、絕緣子遭到破壞等等線路故障都沒有發(fā)生。很有可能是由于同塔多回架空輸電線路的長度比較短，處于短時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)。但是，如果處于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，同塔多回架空輸電線路如果受到不可抗拒的力量而引發(fā)故障，就會(huì)嚴(yán)重干擾電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

結(jié)語

綜上所述，目前供電公司開始架設(shè)同塔多回高壓架空輸電線路，可以對(duì)線路走廊的輸電壓力有所緩解。特別是人口密集獨(dú)較高的中心城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)，線路走廊的建設(shè)情況日趨緊張。城市電網(wǎng)不斷擴(kuò)容以通過擴(kuò)大輸電覆蓋面而滿足城市日漸緊張的供電需求，并采用同塔多回高壓架空輸電線路，可以解決電能傳輸供需不平衡的問題，使城市架空電力走廊正常運(yùn)行。

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