換流站特小進線檔新型進線結(jié)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用

田軍濤，梁經(jīng)龍，張慧強，劉 杰，劉 波

(中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院有限公司，山西 太原 030001)

0 引言

渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程是目前世界上電壓等級高、輸送容大、功能最全的柔性直流工程。工程的建設(shè)優(yōu)化了西南交流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建覆蓋四川、重慶、西藏負荷中心和水電基地的西南送端電網(wǎng)，實現(xiàn)西南送端電網(wǎng)與華中、華東受端電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)[1]。

其中北通道換流站位于湖北省宜昌市龍泉鎮(zhèn)已建龍泉換流站旁邊，采用兩回500 kV單回線路與龍泉站連接。受當(dāng)?shù)氐匦蜗拗疲蓖ǖ罁Q流站位于低山丘陵區(qū)，土石方量較大。

經(jīng)土石方平衡優(yōu)化計算，北通道換流站選取了最佳的站址位置，但北通道換流站的進線檔距僅剩17 m，因終端塔(桿號為DG1)轉(zhuǎn)角度數(shù)較大，其內(nèi)角側(cè)邊相(相序為C相)實際進線檔距僅13.8 m，因進線檔耐張串串長8.5 m，此進線檔檔距已經(jīng)比兩串耐張串長度之和還要小，已無法按常規(guī)的“耐張串—導(dǎo)線—耐張串”的型式架線。因此需要一種新的方案解決終端塔內(nèi)角側(cè)邊相(C相)導(dǎo)線的進站問題。

1 問題分析及方案制定

北通道換流站外終端塔位置與龍門架相對關(guān)系如圖1所示，500 kV線路采用單回路架設(shè)，導(dǎo)線采用四分裂JL/G1A—400/35鋼芯鋁絞線。

圖1 換流站外終端塔布置方案圖

經(jīng)過對現(xiàn)場情況的分析討論，考慮將終端塔DG1內(nèi)角側(cè)邊相(C相)采用特殊進線方式，即將傳統(tǒng)的“耐張串—導(dǎo)線—耐張串”的進線檔結(jié)構(gòu)中的“導(dǎo)線”省去，導(dǎo)線從終端塔內(nèi)角側(cè)大號側(cè)耐張線夾尾部引流板直接引接至龍門架下方倒裝支柱絕緣子的“倒裝金具”上。若導(dǎo)線直接跳接，跳線檔距為16.4 m，考慮倒裝金具僅能承受極小的水平風(fēng)載，若跳線長度較長，其長期風(fēng)偏擺動，易引起倒裝金具出口處導(dǎo)線與金具壓接管疲勞，存在較大的安全隱患。

因此考慮在跳線檔距中間增加懸掛點，同時盡量減小倒裝金具承受的水平風(fēng)載。最終優(yōu)化方案為直接將原兩側(cè)的耐張絕緣子串的尾部相連，下方增加一個剛性籠式結(jié)構(gòu)過渡導(dǎo)線，導(dǎo)線直接由終端塔大號側(cè)的耐張線夾引流管接入到剛性籠式結(jié)構(gòu)過渡導(dǎo)線上，導(dǎo)線再由剛性籠式結(jié)構(gòu)直接接入到變電站龍門架下方設(shè)備上的倒裝金具。通過使用剛性籠式結(jié)構(gòu)，將倒裝金具承受風(fēng)載的導(dǎo)線長度縮短為3 m，風(fēng)載大大減小，極大的提升了安全性。

新型進線結(jié)構(gòu)總體構(gòu)想圖如圖2所示，包括左側(cè)的500 kV變電站進線龍門架和右側(cè)的終端塔，終端塔遠離龍門架側(cè)安裝導(dǎo)線耐張串，導(dǎo)線由其尾部的引流管引出。在換流站進線龍門架上安裝有倒裝支柱絕緣子，其下方設(shè)置有供導(dǎo)線引入的倒裝金具，同樣采用壓接型式連接導(dǎo)線。V型絕緣子串兩端分別裝在終端塔橫擔(dān)與龍門架掛點上，下方通過籠式剛性骨架提拉導(dǎo)線。

圖2 新型進線結(jié)構(gòu)構(gòu)想圖

2 方案實施

2.1 新型進線結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

新型進線結(jié)構(gòu)上端絕緣子串利用原進線檔耐張串，將耐張串尾部相連形成V型結(jié)構(gòu)，下端提拉導(dǎo)線部分采用籠式剛性結(jié)構(gòu)?；\式剛性結(jié)構(gòu)一端連接龍門架倒裝支柱絕緣子下端的倒裝金具，另一端連接終端塔大號側(cè)耐張線夾尾部的引流板?；\式剛性結(jié)構(gòu)兩側(cè)的連接采用軟導(dǎo)線?；\式剛性結(jié)構(gòu)使用鋼管骨架與抱箍式間隔棒固定四分裂導(dǎo)線。新型進線結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要從以下幾個方面來考慮：

1)龍門架倒裝支柱絕緣子下端的倒裝金具進行重新設(shè)計，滿足四分裂導(dǎo)線接續(xù)要求。同時考慮倒裝金具可承受的水平荷載有限，為保證安全性，優(yōu)化龍門架導(dǎo)線掛點排布，減小軟導(dǎo)線出線角度。

2)為保證500 kV導(dǎo)線相間距離，減小風(fēng)偏擺動對倒裝支柱絕緣子與倒裝金具的影響，考慮增大新型進線結(jié)構(gòu)的垂直重量抑制風(fēng)偏擺動。

3)由于終端塔存在較大的轉(zhuǎn)角度數(shù)，導(dǎo)線經(jīng)過鋼管骨架需轉(zhuǎn)向接入耐張線夾尾部引流管，鋼管骨架需承受角度力，易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因此需采取相應(yīng)措施減小鋼管骨架承受的扭力，同時增大V型絕緣子串與鋼管骨架連接金具的機械強度，保證安全性。

4)由于籠式剛性跳線結(jié)構(gòu)在500 kV線路中應(yīng)用較少，本次設(shè)計盡量利用已有定型產(chǎn)品以便于采購與施工，個別金具重新設(shè)計，金具設(shè)計應(yīng)符合GB/T 2315—2017《電力金具標稱破壞載荷系列及連接型式尺寸》[2]及GB/T 2314—2008《電力金具通用技術(shù)條件》[3]的要求。

2.2 龍門架倒裝金具優(yōu)化設(shè)計

常規(guī)500 kV線路在龍門架大號側(cè)耐張串處實現(xiàn)導(dǎo)線四分裂變二分裂，以二分裂型式接入變電設(shè)備上的線夾。但本方案中終端塔C相導(dǎo)線直接接入站內(nèi)，為保證輸電線路各相導(dǎo)線型號統(tǒng)一，線路導(dǎo)線仍采用四分裂JL/G1A-400/35鋼芯鋁絞線，需對龍門架處C相倒裝金具進行改造，把倒裝金具處耐張線夾改為四分裂，同時對倒裝支柱絕緣子和倒裝金具進行了正常工況下的抗彎和拉力校驗及大風(fēng)工況下的抗扭校驗[4]，均滿足要求。

圖3 適用于四分裂導(dǎo)線的倒裝金具

2.3 龍門架導(dǎo)線掛點位置優(yōu)化

由于進線檔距較小，且終端塔存在較大的轉(zhuǎn)角度數(shù)，C相四分裂導(dǎo)線與龍門架垂直

方向的偏角為18°，如圖4所示，龍門架下倒裝支柱絕緣子與倒裝金具需長期承受偏轉(zhuǎn)力，對工程安全性不利。因終端塔東側(cè)即為換流站配套的電纜溝，因此無法通過移動終端塔的方法來減小C相導(dǎo)線出線偏角。設(shè)計通過調(diào)整各相相間距，將A相對架構(gòu)人字柱距離由原來11 m調(diào)整為7 m，C相對架構(gòu)人字柱距離由原來7 m調(diào)整為11 m，調(diào)整后如圖5所示，優(yōu)化后C相導(dǎo)線的出線偏角減小為2°。

圖4 優(yōu)化前龍門架導(dǎo)線掛點布置圖

圖5 優(yōu)化后龍門架導(dǎo)線掛點布置

2.4 V型串夾角和肢長選取

由于V型串夾角直接影響V型串的等效高度，為保證最小對地距離，根據(jù)終端塔呼高，確定V型串最小夾角為73°。同時為減小V串受風(fēng)后的擺動距離，V串夾角應(yīng)盡量取較大值以減小V串的等效高度，同時絕緣子采用瓷絕緣子以增大V型絕緣子串的重量，V型串最終參數(shù)見表1所列。

表1 V型絕緣子串設(shè)計參數(shù)

2.5 新型進線結(jié)構(gòu)與金具設(shè)計

新型進線結(jié)構(gòu)的V型絕緣子串與剛性籠式導(dǎo)線固定裝置結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 V型絕緣子串與剛性籠式導(dǎo)線固定裝置結(jié)構(gòu)圖

V型絕緣子串兩端分別裝在終端塔橫擔(dān)與龍門架掛點上，下方通過籠式剛性骨架提拉導(dǎo)線?；\式剛性骨架兩端通過軟導(dǎo)線分別連接倒裝金具與終端塔大號側(cè)耐張線夾。

V型絕緣子串左肢為單掛點，安裝于龍門架上導(dǎo)線掛點，右肢為雙掛點，安裝于終端塔橫擔(dān)。兩肢加裝不同數(shù)量的PT調(diào)整板以控制肢長。兩肢通過三角聯(lián)板連接下方的籠式剛性導(dǎo)線固定裝置。

500 kV四分裂導(dǎo)線籠式跳線結(jié)構(gòu)在國內(nèi)應(yīng)用較少，尚無定型產(chǎn)品供采用，考慮本工程的重要性，鋼管骨架直接使用750 kV的定型產(chǎn)品尺寸，直徑150 mm。

在鋼管骨架上間隔地設(shè)置抱箍式四分裂間隔棒固定導(dǎo)線，本次新設(shè)計了四分裂抱箍式跳線間隔棒如圖7所示。

圖7 四分裂抱箍式跳線間隔棒

為抑制V型進線裝置大風(fēng)情況下的擺動，在抱箍式四分裂間隔棒之間設(shè)置重錘片，通過特制的雙頭螺栓將重錘片連接在鋼管上。

由于終端塔存在轉(zhuǎn)角度數(shù)，剛性籠式結(jié)構(gòu)導(dǎo)線出口方向與鋼管存在角度，此處增加萬向轉(zhuǎn)接頭，使導(dǎo)線在萬向轉(zhuǎn)接頭與抱箍式間隔棒的引導(dǎo)下自然彎曲，減小了導(dǎo)線扭力，避免了剛性籠式結(jié)構(gòu)隨導(dǎo)線走向產(chǎn)生較大扭動，打破了傳統(tǒng)的跳線在此處受彎、受壓的缺陷，實現(xiàn)了跳線平穩(wěn)過渡。

3 工程應(yīng)用

本方案研究完成后，先后經(jīng)過建設(shè)單位、運行單位的各級驗收，2019年應(yīng)用于渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程北通道換流站配套500 kV線路中，截至目前，運行效果良好。如圖8所示，為本方案的應(yīng)用照片。

圖8 新型進線結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用實例

4 結(jié)語

本方案新型進線結(jié)構(gòu)盡量利用已有定型金具，加工簡單，安裝方便，V型布置的兩絕緣子串下方的剛性籠式跳線，既利用了導(dǎo)線的自然彎曲的特點，又結(jié)合了抱箍式間隔棒撓性大和重錘片抗風(fēng)偏能力強的優(yōu)點，鋼管兩端增加的萬向轉(zhuǎn)接頭實現(xiàn)了立體空間上的調(diào)向，避免了導(dǎo)線彎折和剛性籠式結(jié)構(gòu)扭動的問題。該新型進線結(jié)構(gòu)解決了換流站特小進線檔導(dǎo)線的進站問題，提升了工程安全性，配合換流站站址優(yōu)化，大幅減少了整個輸變電工程土石方量，取得了良好的效果。