高原输电线路单回路塔换位方式浅析

高原输电线路单回路塔换位方式浅析

张春虎1毛海峰2

（宁夏送变电工程有限公司宁夏银川750001）

摘要：根据川藏铁路拉萨至林芝段供电工程实际情况，以控制电气不平衡度，确保电网的更安全稳定运行为根本出发点，提出了较为合理的单回路输电线路的换位方式。通过列举、比较、分析单回路换位塔的形式，选择直线塔、耐张塔最优换位塔塔型。

关键词：输电线路；导线换位；不平衡度

1、西藏高原输电线路换位的意义及方式

1.1输电线路换位塔的意义

川藏铁路拉萨至林芝段供电工程新建500千伏线路560.3公里（其中双回路2×15.736公里，单回路528.8公里），新建500千伏杆塔947基（其中耐张塔389基，直线塔556基，换位塔2基），线路曲折系数1.17，全线海拔在2900～5100m。

本工程属“藏东高山、高原区”地貌，工程所经区域全线高山大岭约占35%，峻岭约占15%，山区约占45%，丘陵约占5%，线路相对高差达800～1700m，地形坡度一般在35～65°左右，地形陡峭且地质破碎，设计、施工、运行环境恶劣。

理论分析和工程实践经验表明：单回路线路电压和电流不平衡度的大小主要取决于导线阻抗和导纳的负序与正序及零序与正序的耦合程度，线路平衡性越差，各序间耦合系数就越大，相应的不平衡度也就越大。而导线相间的耦合系数与导、地线的空间布置有着直接的关系。

通过变换三相导线间的位置关系（即换位），以减小相间耦合系数是当前解决长距离超高压输电线路电力系统不平衡度行之有效的办法，所以为确保电力系统的安全稳定，在长距离超高压输电线路中，必须要设计好导线的换位距离及换位方式。

1.2线路长度及架设方式对电气不平衡度影响的对比分析

导线相序排列方式和线路长度是影响输电线路电气不平衡度的重要因素。按照运行电压500kV、系统正常时单回线路最大输送功率1350MW的系统运行条件，以2%作为输电线路不平衡度的限值，杆塔分别选取500kV单回路猫头塔、单回路酒杯塔时，在导线相序按照不同布置方式情况下，计算输电线路电气不平衡度结果如下图所示：

图1不同架设方式及长度下的线路不平衡度计算图

从上图可以看出：线路电气不平衡度随着线路长度的增加而增大，这是因为随着线路长度的增加输电线路中不平衡电容电流明显增大。导线相序排列方式对线路不平衡度影响较大，单回路三相导线三角排列时平衡性较好，单回路三相导线水平排列时平衡性较差，这是因为当单回路导线采取三角排列时，三相导线对称性较好，故线路平衡性也较好。通过以上分析可知，500kV架空输电线路单回路架设时导线采用三角方式布置时平衡性最优。

1.3单回路换位方式选择

下图为单回线路换位示意图，换位后达到首端和末端相序一致，每种相序排列各占1/3的线路长度，称为一个整循环，或称为一个全换位。单回线路完成一次全循环换位需要3基换位塔。

图2单回线路换位方式示意图

2、单回路换位塔型选择

单回路换位通常有直线塔换位和耐张塔换位两种大的方式，常用单回路换位塔型式分类见下图。

图3常用单回路换位塔型式

2.1直线塔换位

单回路直线换位基本上只采用上字型塔。因该塔结构简单，线条清晰，不受地形的影响，施工、维护方便，该换位方式如图4所示。采用直线换位塔，在换位点导线改变了排列方式，将使换位塔的导线悬垂绝缘子串产生偏离，为减少此种影响，需将该塔中心桩进行位移，以减少绝缘子串的偏移量。直线换位塔在我国110kV-220kV输电线路上广泛应用，是因为110kV-220kV线路的悬垂绝缘子串比较短，换位时引起的导线水平位移较小。本工程绝缘子串，考虑高原修正系数，绝缘子比常规同电压等级的绝缘子串长，直线换位塔受绝缘子串偏移的影响，对导线间隙影响较大。

此外，由于直线塔在导线换位过程中，会出现导线交叉的问题，在导线出现覆冰不均及不均匀脱冰情况下，易造成相间放电。因此，直线塔换位一般仅适用于冰厚不超过l0mm的冰区，导线在档中有交叉现象，还必须要求与邻塔有合适的地形、合适的塔高，而且需用几基直线换位塔才能完成一个全换位，使后期勘测和设计变得复杂，受使用条件限制较多。有时为了找到合适的立塔地形，会偏离理论计算的换位点。

图4直线塔滚式换位

2.2耐张塔换位

2.2.1常用耐张换位塔

常用耐张塔换位，是将相导线换位的交叉点控制在耐张换位塔上。一基耐张换位塔，可以实现两相导线的一次交叉，也可以实现三相导线的两次交叉。单回路耐张塔换位一般分为加双旁路塔换位、加单旁路塔换位、塔身同塔换位和单回路分立式（三柱式）换位四种形式，其中塔身同塔换位又有干字型耐张塔换位和门型塔换位两种方式，换位示意图如下所示：

图9单回路分立式（三柱式）换位塔示意图

加旁塔耐张换位型式是在普通耐张塔的线路侧多出1个或者2个小旁塔（如图5、6所示），即将普通耐张塔与小旁塔组合而成。这种塔型主要不足是增加了占地面积，使用时还必须找到合适的地形，以满足耐张塔与小旁塔之间的关系要求，特别是在山区线路段，找到能满足适合小旁塔立塔的地形，会有一定的困难。但其优势是能适应各种冰区的要求，特别是对换相的导线间隙容易满足要求，计算简单，维护方便。

自身式换位塔（如图7所示）与一般干字型耐张塔型式基本相同，在干字型耐张塔的基础上，利用挂在顶架两侧和下导线塔身处的顺线横担上的跳线串，实现导线在耐张塔换位所规定的各种交叉要求。仅增加线路方向的跳线横担，就能满足各种冰区的要求。但由于增加了跳线横担、跳线串以及交叉绕越的跳线，增加了耐张塔的复杂性，相应增加了一定的投资量和运行维护工作量。自身式耐张换位塔是在转角塔的基础上稍加改动形成的，重量比普通转角塔略有增加。不受地形的影响，在应用上是很方便的，并可以将其安装在线路的小转角处，不用另设换位点。同时能满足各种冰区的要求，前期、后期的勘测和设计都要比加旁塔耐张塔换位简单。偏离理论计算换位点的情况一般不会存在。在性能上是可靠的，在应用上很方便的，即使在山区也能找到立塔的地方。

门型换位塔（如图8所示）能满足各种冰区要求，既可以用来换位，又可以用来换相，并且左右侧都可以进行换相。塔的构造线条简单，导线与塔身、导线之间的间隙比上述各方案都好。由于门型换位塔的两门柱间距为34m，这就增加了对地形的要求。有时为了找到合适的立塔地形，往往会偏离理论计算的换位点。

分立式换位塔用三相分别独立的耐张塔完成换位型式（如图9所示），从A-a、B-b经过的跳线横担在下层，C-c经过的跳线横担在上层。此分立式换位塔的优点是，既可以用来换位，还可以用来换相，缺点是两外相塔中心间距60m，在现场找塔位及测量相当繁琐。

结合本工程地处西藏地区，地形复杂，途径地区多为高山峻岭，直线塔换位、加旁塔耐张换位、门型换位塔受地形条件限制，本工程不适合采用。综合考虑塔位、地形地物情况、气象条件等因素，经过与设计单位集中讨论后单回路段换位塔宜采用自身式耐张换位塔。

3、结论

结合本工程地处西藏地区，地形复杂，途径地区多为高山峻岭，直线塔换位、加旁塔耐张换位、门型换位塔受地形条件限制，本工程不适合采用。综合考虑塔位、地形地物情况、气象条件等因素，经过与设计单位集中讨论后得出以下主要结论：

（1）500kV架空输电线路单回路架设时导线采用三角方式布置时平衡性最优。

（2）对于单回路换位方式，推荐采用三基换位塔完成一次全循环。

（3）综合考虑塔位、地形地物情况、气象条件等因素，本工程单回路直线换位推荐采用上字型塔，单回路耐张换位推荐选用自身式耐张换位塔。

参考文献：

[1]程慕尧，《架空输电线路导线换位及绝缘地线运行方式的优化方案》（中国电力2000.33）

[2]梁松，《架空输电线路的导线换位方式及杆塔中心位移计算方法》（广西电业2004）

[3]张要强、张天光、王予平，《1000kV同塔双回输电线路电气不平衡度及换位问题研究》（电网技术2009）