（四川电力设计咨询有限责任公司 四川成都 610000）
摘要：本文以马尔康～色尔古500千伏同塔双回线路工程为依托，根据陡边坡地形特点，提出将双回路两侧横担错层布置，两侧下相导线连线与水平面夹角与地形坡度相近，以降低直线塔呼称高度，进而开展双回路错层横担直线塔塔头布置型式研究、防雷性能研究及经济性分析等研究工作。研究结果表明，双回路错层横担直线塔在满足防雷性能要求的条件下可有效降低铁塔呼称高，节约线路整体投资，在陡峻山区线路设计中具有良好的推广应用价值。
关键词：错层横担直线塔；防雷性能；陡峻山区线路
1 引言
西部川、滇、藏地区自然环境恶劣、人文社会环境复杂，这些地区的输电线路具有山高坡陡、雷电活动强烈等特点。陡峻边坡地形往往造成铁塔呼称高度增加，线路整体防雷特性下降，投资增幅较大，对输电线路工程的设计造成较大的制约。
本文以马尔康～色尔古500千伏同塔双回线路工程为依托，对于陡边坡塔位，设计错层横担直线塔。根据边坡地形，将双回路塔两侧横担错层布置，两侧下相导线与水平面夹角为25～35°，与山地地形坡度相近，可有效降低铁塔呼称高，同时满足防雷要求，节约工程本体投资。
2 工程概况
马尔康～色尔古500千伏同塔双回线路工程新建线路长2×147.616km，其中同塔双回架设2×123.568km，其余段按两个单回路架设。线路位于四川盆地西北缘阿坝高原南部、邛崃山脉北段，途经阿坝州的马尔康县、红原县、理县、黑水县四个行政区域
3 铁塔型式研究
根据直线塔不同塔头布置形式，可分析出两种不同错层形式，分别为“6I”错层型直线塔和“3V-3I”错层型直线塔。
表3.1 三种塔型计算比较结果
“3V-3I”错层型直线塔呼称高度低，能有效解决山高坡陡地形上坡侧导线风偏及对地距离不够的问题；但该布置形式V串横担压杆长度较长，扭矩大，节点构造复杂，选材规格较大，同时与邻塔相序配合复杂，导线带有转角，前后必须设置耐张塔，从而导致塔重优势被削弱。“6I”错层型直线塔结构形式简单，与邻塔相序配合简单，塔重也有一定节约，技术经济性优于“3V-3I”错层型直线塔，因此推荐采用“6I”错层型直线塔。
由于错层布置，导致上坡侧上相导线只有单地线保护，防雷性能有所降低，考虑到上坡侧靠近山体，雷击概率较低，下面对上坡侧地线采用正、负保护角布置型式进行防雷性能研究。
图3.1 “6I”错层型直线塔两种地线保护角布置型式示意图
（a）上坡侧正保护角、下坡侧负保护角型式 （b）两侧负保护角型式
4 防雷特性研究
4.1 电气几何模型法
在现有文献和研究中，主要针对常规鼓型杆塔的防雷性能进行研究，并未针对同塔双回错层杆塔上坡侧上相导线的防雷性能进行专门研究，本节将针对该塔型上坡侧上相导地线的防雷性能，应用电气几何法进行分析和计算[1]-[2]。
如图4.1所示，（a）、（b）分别为错层直线杆塔的上坡侧上相导线击距圆与下坡侧避雷线击距圆有交点、无交点的两种情况。其中，M，D，E分别为上坡侧避雷线挂点、下坡侧避雷线挂点和上坡侧上相导线挂点。以M，D，E为圆心，分别以
为半径构成了上坡侧避雷线击距圆、下坡侧避雷线击距圆和上坡侧上相导线击距圆，在图中以虚线表示。
（a）上坡侧上相导线击距圆与 （b）上坡侧上相导线击距圆与下坡侧避雷线击距圆无交点下坡侧避雷线击距圆有交点
图4.1 错层直线塔的上坡侧上相导线电气几何法保护示意图
利用电气几何法分析图4.1所示杆塔的雷电绕击跳闸率[3]。图4.1中坐标系原点由D点的横坐标和塔中轴线与地面交点的纵坐标决定。已知三相导线挂点坐标和两地线挂点坐标，根据击距半径及两圆相交公式，可计算出点F、H、N1、N2的坐标。则可根据电气几何法，求出上坡侧上相的暴露长度，具体计算方法由上述三个圆的相对位置决定。如下图4.2所示，上坡侧上相的暴露距离按圆E的左、右侧区分一共有18种可能性。
图4.2 各种上坡侧上相导线的暴露距离
上图4.2中，图（1）- 图（5）为圆E左侧暴露距离示意图，图（6）- 图（10）为圆E右侧暴露距离示意图。上坡侧上相导线挂点圆E的右侧是否会与下坡侧避雷线挂点形成的保护圆相交，取决于杆塔的具体数据，本节将相交与不相交两种情况分开进行讨论。图（1）- 图（10）所示均为上坡侧上相导线击距圆与下坡侧避雷线击距圆无交点情况，仅考虑上坡侧避雷线对上坡侧上相导线的保护作用。图（11）- 图（18）为相交的情况，需考虑两根避雷线对上坡侧上相导线的保护作用。
4.2 绕击跳闸率计算
4.2.1两侧负保护角布置型式
该种布置型式使上坡侧上相导线类似于在正保护角下，易受到雷击引起绕击跳闸，都超过了500kV线路的国网运行要求（80日雷暴日下，0.333次/100km•a）。
表4.1 上坡侧上相导线绕击跳闸率
4.2.2上坡侧正保护角、下坡侧负保护角布置型式
该种布置型式将上坡侧避雷线挂点缩短，对于上坡侧上相导线的保护实现在下坡侧的负保护角和上坡侧的正保护角，跳闸率满足国网运行要求，计算结果如表4.2所示。
表4.2 实际地面倾角下的上坡位上相导线绕击跳闸率 （80日雷暴日下，次/100km•a）
由表4.2所示：右侧负保护角下可以实现绕击跳闸率0次/100km•a；左侧在正保护角下存在遭受雷击跳闸的可能性，但由于大地击距的保护作用[5]，计算出的上坡侧导线雷击跳闸率满足国网运行要求。
5 铁塔真型试验
5.1 试验目的
为验证铁塔结构优化成果，检验铁塔各项性能能否满足工程的安全、可靠要求，对其进行真型铁塔试验。试验塔呼高31m，全高为78.6m。
图5.1 铁塔单线
5.2 真型试验
本次铁塔试验在中国电科院霸州试验中心进行，铁塔顺利通过了上述试验工况。在60°运行大风破坏工况试验中，超载129%破坏。
图5.2 铁塔真型试验图 5.3 铁塔真型试验（超载129%破坏）
6 经济性比较
“6I”错层型直线塔与常规“6I”鼓型直线塔经济性比较计算结果见下表6.1。
表6.1 两种塔型计算比较结果
根据表6.1可知：“6I”错层型直线塔呼称高度明显降低，能有效解决山高坡陡地形上坡侧导线风偏及对地距离不够的问题；同时，单基塔重可减轻约4%，具有一定的经济效益。
7 结论
本文以马尔康～色尔古500千伏同塔双回线路工程为依托，根据山高坡陡的地形特点，对双回路错层横担直线塔进行设计研究，提出了错层横担直线塔的塔头布置型式，不等高地线的防雷计算方法。设计研究的错层横担直线塔，能有效降低陡边坡地形对铁塔呼称高的限制，减小单基塔重4%，降低了工程投资，并首次在工程中应用，在陡峻山区线路设计中具有良好的推广应用价值。
参考文献
[1]GB50064-2014 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S]. 中国计划出版社，2014.
[2]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京：中国电力出版社，1999.
[3]四川电力设计咨询有限责任公司.马尔康及红原输电线路工程防雷设计研究报告[R].2016
[4]耿屹楠，曾嵘，李雨等.输电线路防雷性能评估中的复杂地形地区模型[J].高电压技术，2010,36（6）:1501-1505.
[5]范冕，万磊，戴敏等.1000kV/500kV特、超高压同塔4回交流输电线路雷电性能仿真分析[J].高电压技术，2013,39（3）:584-591.
[6]GB50545-2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范[S]. 中国计划出版社，2010.
作者简介：
周 亮（1980），男，硕士，高工，从事输电线路相关设计研究工作。
梅吉明（1987），男，硕士，工程师，从事输电线路相关设计研究工作。
吴 昊（1982），男，硕士，高工，从事输电线路相关设计研究工作。
论文作者:周亮,梅吉明,吴昊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：导线论文; 上相论文; 避雷线论文; 直线论文; 线路论文; 铁塔论文; 防雷论文; 《电力设备》2017年第33期论文;