刍议关于对输电线路设计之同塔多回路设计的探讨
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摘 要：本文笔者对国外同塔多回路的安全可靠性进行分析，并对同塔多回路的设计和应用提出建议，供今后的规划、设计和建设者参考。
关键词：输电线路设计；设计标准；同塔多回路
1同塔多回路在国外的应用
同塔多回路在国外应用比较普遍，尤其是在经济发达且人口密集的日本和欧洲部分国家应用较多。这些国家由于土地资源紧缺、线路走廊的投资占工程总投资的比重较大。同塔多回路的应用已非常广泛。
2同塔多回路的安全可靠性
同塔多回路由于采用同塔并架，一旦出现事故，对电力系统的影响非常严重。为了应对这种特殊的重要性，必须在工程设计的可靠性上重新考虑，适当提高设计标准。
我国现行的设计标准经过多年的运用。积累了大量的运行经验。同时也暴露了一些设计、施工和管理的薄弱环节。因此可针对这些运行经验。在同塔多回路设计中有区别地提高或保持相应设计标准，使设计更合理、更科学。
3设计原则
3．1气象条件
现行规程对设计气象条件根据线路级别取不同的重现期来确定。一般规定330kV及以下线路按15年一遇，500kV按30年一遇。对于多回路线路，首先必须按回路中最高电压等级来确定重现期。其次还必须根据多回线路在系统中的地位来确定是否适当提高取值，如其在系统中的重要性已经达到或超过上一电压等级水平，则应该提高气象条件取值标准。在不同地区还应该根据实际情况灵活掌握。
3．2导地线和金具安全系数
导地线安全系数不仅影响线体的运行安全。而且关系到耐张杆塔的荷载大小。对于同塔多回线路。由于荷载巨大，所以导地线的安全系数选取应更为合理，做到既能满足线路的安全运行，又能有效控制工程投资。
3．3绝缘配置
线路的绝缘配合就是解决杆塔上和档距中各种可能的放电途径。使线路能在工频电压、操作过电压、雷电过电压等各种条件下安全可靠地运行。
考虑到多回线路的重要性和停电检修的困难，尽量减少维护工作量。延长绝缘子清扫周期，同塔多回路的泄漏比距可考虑提高一级进行设计。
现行规程规定的相对地间隙和相间间隙是在理论研究和真型试验的基础上。结合多年的运行经验所修订，同塔多回路可参照执行。
同塔多回路通常应用在通道紧张地区，悬垂串推荐采用V型串布置。这样既可有效节约线路走廊。避免铁塔大风闪络现象，而且在相同绝缘子片数时V型串工频耐污电压将比I串提高20％以上(国外试验资料)。
同塔多回路导线相间距离除应满足《技术规程DL／T5092-1999》的计算公式(D=0.4Lk+U/ll0+ )外，在特定的导线布置形式情况下，不同回路间的相导线可能在同侧横担上相邻布置，其回路间水平距离还应比上述要求增加0.5m。
3.4防雷特性
根据送电线路设计手册推荐，线路遭受雷击的次数为：
N= hT，h=hg―2ƒ/3
式中， 为地面落雷密度；h为避雷线平均高度；T为年雷暴日数；hg为避雷线悬挂点高度；ƒ为避雷线弧垂。
公式表明，线路遭受雷击次数随着地线的平均高度增高而增多，例如500kV同塔四回路(导线双回垂直布置)导线的平均高度比双回路增加约30m，比单回路增加约50m，因而雷击次数为双回路的1.6～2.0倍，为单回路的3.1～3.5倍：其次是绕击，当地线保护角相同时，塔高增加20m，绕击率增大l倍；至于反击，同塔多回路塔高增加，铁塔的波阻和电感随之增大，雷击塔顶时，沿铁塔传播至接地装置所引起的反射波返回塔顶或上横担所需时间相对延长。电位升高值较大，因此反击引起的绝缘闪络跳闸率比单、双回路高。
针对以上分析，提高同塔多回路的耐雷水平的主要方式有：
(1)塔头布置时尽可能减少横担层数，降低塔高。减少雷击次数；
(2)减小地线保护角，降低绕击率；
(3)采取悬挂耦合地线、加装消雷器、降低接地电阻等综合防雷措施；
(4)改变导线相序排列方式，避免同层横担出现同名相导线；
(5)采用平衡高绝缘，降低线路总跳闸次数。
3.5铁塔和基础
同塔多回路由于铁塔的外部荷载及塔身风压与单回线路相比，将成倍增加，铁塔的自重、基础作用力均将大幅度增加。为保证可靠性要求，多回路铁塔和基础设计可参照大跨越工程的重要工程乘重要系数的做法。对多回路结构设计的安全系数适当加强。
对500kV或220kV大截面导线的同塔多回路，为降低材料的体形系数和塔身风压，可考虑采用钢管桁架结构，对跨越塔等特殊型式也可采用高强度钢材。由于多回路塔的导地线很多，因此设计中可能很多结构材料受安装工况控制。在设计中如适当限制施工作业工序，采用合理的施工手段，甚至加大施工临时拉线的平衡张力，则可以有效降低塔重。
同塔多回路的铁塔和基础设计还应该遵循安全可靠的原则。塔型选择时，尽量采用结构传递清晰、简单的型式，以防止计算误差：基础选择则应该选择同类地区运行经验丰富及可靠性高的型式，在地质条件差的地区应优先采用灌注桩基础。
4同塔多回路的电磁环境
同塔多回路由于通常深入到人口密集地区，线路附近的房屋、通信等设施众多，因此要着重研究多回线路的电磁环境影响，其主要内容应包括：线路对通信线路的干扰和危险影响：对无线电、广播电视的干扰影响；可听噪声的影响；高压静电场的环境影响；接地装置的地电位升高影响。
近年来由于光缆通信的发展，线路对通信线路的影响已经逐步降低，并且采用良导体地线或加装耦合线的措施，通常能使沿线的通信线路的危险影响水平满足要求。
无线电干扰的实质是在电晕过程中出现一些有害的、频带相当宽的电磁波，干扰无线电通信，同塔多回线路的无线电干扰(RI)同样取决于导线的电晕放电。根据无线电干扰的形成机理，多回路的综合RI值可以由各回路值进行合成：
N∑=201g(El2+ E22，+…+En2)0.5
式中，El、E2、…En分别为同塔l回、2回、…n回线的导线表面最大电位梯度有效值，kV／m。
经计算分析，多回路无线电干扰频谱与单回路是一致的。一般距边导线20m处的干扰电平比双回路(同电压等级)大3～4dB，干扰影响范围比双回路也大一些，但都低于50dB的限值。
高压线路的地面场强是考察电磁环境的一个重要指标，表l为国外的一些要求。
表1部分国家线路下离地1m处最大场强kv／m
国家日本(500 kV ) 法国(400 kV )
居民区35.1
非居民区5
日本对高压线路下场强限制非常严格，规定途经非居民区的500kV线路导线对地距离不得小于17m，以确保场强控制在允许范围内；法国认为线路在保证对跨越物正常绝缘的条件下，场强已不会高到影响人体健康。
根据欧共体(EG)委员会现行的EMV标准，对电场强度和磁感应强度限值的规定为：公众电场强度极限值10kV／m。装配工人的电场强度极限值30kV／m(频率50Hz)：公众磁感应强度极限值约600μT，装配工人磁感应强度极限值l100μT。
对比我国的电磁场计算结果，多回路线下电场强度与欧共体要求相当，而我国多回路磁感应强度的峰值仅46μT，远小于欧共体要求极限值。
5同塔多回路技术经济指标
当路径状况和其他设计条件相同时，同塔四回路和2个双回路的导线耗量相同，地线节约2根。但多回路增加了一部分绝缘子，因此电气工程量基本相同，主要差异取决于铁塔和基础。
由于多回路铁塔重量和所承受的荷载增加，在大多数情况下，其基础工程量比2个双回路要多。通过分析比较得出，四回路的本体造价高于2个双回路。只有在走廊费用超过或接近线路本体造价的增量时，四回路才显出经济上的优越性。
6同塔多回路的应用展望
同塔多回路在国内一些地区已得到关注和运用。从已建成的同塔多回路的运行情况分析，省内、省外的大量同塔多线路均未发生安全事故，包括雷击跳闸、绝缘闪络等线路故障也没有比常规线路明显增加的迹象。
从电网建设的远景来看，线路不断增多，走廊越来越紧张。特别是由于规划部门对土地审批越来越严格，线路通道在很多地区已经成为影响电网建设的主要因素。由于采用同塔多回线路可充分利用线路走廊，其应用必然不断增加，因此同塔多回线路也不断增加。从环境保护和节约土地资源等综合社会效应等方面统筹考虑，同塔多回路具有广阔的应用前景。
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