（1国网新疆电力有限公司建设分公司（监理公司） 新疆乌鲁木齐；
2中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司 新疆乌鲁木齐；
3国网新疆电力有限公司 新疆乌鲁木齐）
摘要：结合目前750kV输电线路直线塔复合横担的研究成果和结论，参考国内技术成熟的500kV分体换位耐张塔的研究成果和运行经验，通过电磁环境、防雷特性、绝缘配合、电气间隙的校验及经济性分析，给出了750kV复合横担分体换位塔的排列方式，研究成果已用于工程设计。
关键词：复合横担；分体换位；750kV
[Abstract] Based on the conclusions of current 750kV transmission line tower composite cross arm，refer to the operational experiences of the 500kV split transfer resistant towers with mature technology in China，by studying the verification and economic analysis of electromagnetic environments、lightning protection feature、insulation coordination and ctrical space，the arrangement of tension towers of 750kV composite cross arm（displacement tower）is given. The research results can be applied to engineering design.
[Key words] composite transverse bearing；Split transposition tower；750kV
引言
《110kV~750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010规定：中性点直接接地的电力网，长度超过100km的输电线路宜换位。其换位方式有直线塔换位、耐张塔换位、悬空换位。直线换位一般仅在220kV及其以下输电线路中使用。悬空换位通过两根短跳线和一根长跳线直接交叉跳接来完成，此种换位方式仅在110kV输电线路上采用过。在750kV输电线路设计中，多处地广人稀的西北地区，耐张塔换位的斜横担优化为两个子塔，增加了占地面积，但增大了跳线至塔身的电气间隙。
在新疆巴楚～莎车750kV输电线路工程中，线路全长230km，大部分处于地形平坦的戈壁地段，海拔1000m以下，试用了占地面积更大，可靠性更高的分体换位塔进行换位。结合角钢塔跳线横担长度较长，跳线重量、断线张力对跳线横担要求较低的特点，因此，复合横担特别适合运用于跳线横担，经济性较好。另外，复合横担悬垂绝缘子串大大缩短，即使跳串风偏达到90°也能有效避免跳线风偏闪络，安全性大幅提高。
1分体换位的运用情况
500kV工程中对分体换位进行了研究和局部试用，跳线支架采用角钢，现运行状况良好。如下图所示。
图1 500kV分体换位塔
2 复合横担分体换位塔电气部分设计
复合材料主要由树脂和纤维或其织物组成，树脂基体将纤维连接成一个整体而承受荷载。复合材料的物理力学性能主要受纤维和树脂的物理性能以及加工成型工艺的影响。加工成型是保证复合材料中纤维和基体共同工作的前提，对复合材料的物理力学性能影响显著，同时，不同的加工工艺得到的产品形式也有较大的差别。因此复合材料结构的设计时必须选择合理的成型工艺。对于输电杆塔而言，一般采用型材。复合材料型材主要有拉挤成型、缠绕成型、模压成型和手糊成型四种。
通过调研，在750kV复合材料塔采用E-玻璃纤维/环氧树脂复合材料。当管径不大于300mm时，可采用拉挤成型或缠绕成型；当管径大于300mm时，可采用缠绕成型；对于节点板，则可以采用模压成型。
通过试验研究其单向拉伸性能、压缩性能、弯曲性能和剪切性能，试验结果表明，在95%的保证率下，其抗拉强度达到908MPa，抗压强度达到370MPa，弯曲强度为1080MPa，剪切强度为49MPa，层间剪切强度为30MPa，弹性模量为44GPa。
通过复合材料力学性能指标和角钢（材质Q420）力学性能指标比较，复合材料的抗拉性能、抗压性能和弯曲性能都强于角钢的性能指标，但是抗剪强度和弹性模量远低于角钢的性能指标。
由此可见，复合材料在简单拉压受力情况下，可以发挥其优势，但是在复杂受力情况下，复合材料将难以发挥其优良的性能指标。或许就是因为此原因，输电线路杆塔的专家们考虑输电线路的安全可靠性，将其应用于直线杆塔。
对于分体换位塔，需考虑电磁环境影响、防雷特性、相间电气距离、跳线复合横担绝缘距离、跳线对塔身的电气间隙。现分述如下。
1）电磁环境影响
计算时，导线不同于普通干字型排列，而是采用水平排列方式。主要计算条件如下：
导线线间距：15m；
地线间距：24m；
地线支架参考第2）条，采用15米高；
导线：6×JL/G1A-400/50；
地线：JLB20A-120；
海拔高度：1000m；
经上图可以看出，水平排列的750kV输电线路电磁环境要求下最小的相间距离为14米，暂取为15m。
2）防雷特性
根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T 50064-2014的5.2.5条两根等高平行避雷线的保护范围如下图所示。
图5 避雷线的保护范围
其中，O点的高度按照下式计算：
P—高度影响系数，h≤30m，P=1。30m<h≤120m，P=5.5/h^0.5。
D—相间距离。暂取为15m。
h—避雷线高度。
h0—导线高度（呼称高）。
若呼称高取39m，避雷线高度需大于49m，即地线支架需10m。同时，考虑分体换位子塔前后档距的差异，地线弧垂下倾约4.2m。地线支架合计需15m。
3）跳线复合横担绝缘距离
设计条件为串长1.5m，最大设计风速31m/s，按照e级污秽区设防，1000m海拔。复合横担间隙圆如下图所示。
图6 间隙圆图
从间隙圆看，耐张塔复合横担最小距离6.6m。
从绝缘间隙看，为保持与普通绝缘子相同的绝缘特性，以FXBW-750/120为例，公称结构高度7350mm，爬距24150mm。因此，复合横担距离铁塔中心7.35+1.2+2.0=10.55m。1.2为复合横担连接件长度，2.0为塔身宽。
考虑到跳线弧垂较普通线路中导线弧垂大，分体换位耐张塔跳线复合横担最小距离取至10.8米，与直线塔的复合横担保持一致。
4）跳线对塔身的电气间隙
复合横担分体换位塔初步排列方式如下图所示，校验跳线对塔身的电气间隙与相间电气距离时，其电气间隙均不能满足要求。
根据《110kV~750kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010的7.011条：海拔高度不超过1000m的地区，在塔头结构布置，750kV相间操作过电压最小间隙为7.7m。其相应的横担尺寸为9.2m。不满足10.55米的最小绝缘间隙的要求。
由于跳线横担与跳线成约60度，跳线大风风偏后，也难以满足1.9米的安全距离。
横担经结构调整，与耐张塔塔身成45夹角。该方案较好的解决了跳线大风风偏后的安全距离与相间电气距离（增大至8.7米）。
图7 相间电气距离 图8 复合横担尺寸
图9 分体换位塔排列方式
空间电气距离校验如下图所示。
图11 换位耐张塔复合横担（俯视图）
3复合横担分体换位塔经济性分析
新疆750kV电网建设特点，气象条件，导地线型号，耐张塔使用频率，本文以较常用的条件进行经济分析，具体条件如下：风速31m/s，覆冰10mm，海拔1500m，导线采用6×JL/G1A-400/50，地线采用JLB20A-120。本文以干字型耐张加两子塔换位塔与复合横担换位塔进行比较分析。1）铁塔角钢材料费7000元/t，复合材料费用25000元/t；2）铁塔运输安装费用1900元/t；3）基础材料费混凝土1950元/m3，基础钢筋4400元/t；4）征地费用30元/m2；5）跳线复合绝缘子960元/支；6）笼式跳线13000元/套；7）耐张瓷瓶100元/片；8）子塔耐张串金具18000元/吨。
表1 换位塔经济性比较
4结论
本次复合横担运用于分体耐张塔后，虽然占地面积有所增加，但工程造价降低，可靠性、安全性较干字型换位塔+双子塔高。在地广人稀的戈壁荒漠地区有一定的推广运用价值。
由于目前复合横担运行年限较短，缺少一定的运行维护经验，上人检修如何避免踩踏复合横担的伞群，以及复合横担绝缘失效如何检测，是后续值得深入研究的课题。
参考文献：
[1] 110kV～750kV架空输电线路设计规范（GB50545-2010）
[2] 电力工程高压送电线路设计手册（第二版）
[3] 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范GB/T 50064-2014
作者简介：谢金华，1984年11月，男，汉，湖北宜昌，本科，工程师，输电线路工程电气设计。
论文作者:程峰1,谢金华2,何金业2,周楠1,单强3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/11
标签：跳线论文; 复合材料论文; 间隙论文; 地线论文; 距离论文; 电气论文; 线路论文; 《电力设备》2018年第20期论文;