王西線工程設計分析論文

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摘要：本文論述了王四營～西大望220/110kV四回線路工程的走廊選擇、鐵塔的設計與開發、線路絕緣的配置及其金具的選擇與研制，并提出了今后有待改進的問題。為城市電網的發展提供了很有價值的工程實踐。

關鍵詞：線路四回路設計鐵塔金具

1.前言

王四營變電站位于北京市東郊的王四營鄉，為八十年代初建成的220kV樞紐變電站。根據系統規劃及北京市城網改造的要求，為提高北京市東部電網運行穩定性及解決北京一熱電廠直供負荷的問題，在一熱電廠南側新建一220kV變電站(西大望站)。此新建變電站的電源主要由王四營站及待建定福莊220kV變電站各出兩路220kV線路提供，變電站將安裝四臺25萬變壓器，其進出線均為電纜線路。同時此變電站及王四營～西大望的線路列入了“9950工程”計劃，系為建國50周年慶典提供電源保障的主干線路。本線路地處北京市近郊區，人口密度較大，雖然在兩變電站之間現有一高壓走廊，但高壓走廊兩側各類工礦企業及居民住宅林立，且線路多次跨越鐵路及鐵路立交橋。由于受到地上物的限制，本線路在已有高壓走廊內開辟新的路徑已無可能，若重新開辟新的高壓走廊，無論是規劃方面還是從目前東郊地區的現狀看，均不可能實現。因而，只能利用現有高壓走廊進行改造，將高壓走廊內現有的110千伏線路改建，壓縮相鄰線路之間平行距離，同時采用多回路的形式，以騰出路徑建設新的線路。我院自九七年七月開始，對王西線的路徑問題進行了深入研究，提出了多個方案進行比較，并對兩站之間現有高壓走廊進行了平面測量，繪出了走廊的1:1000平面圖。設計人員根據系統發展的要求，在1:1000平面圖上按線路的實際寬度及規程中關于相鄰線路的平行間距的要求對高壓走廊進行了重新規劃，提出了所謂“4422”的實施方案，既將原高壓走廊中的線路全部拆除，然后按新建兩條220/110kV四回線路、一條220kV雙回線路和一條110kV雙回線路的方案對高壓走廊進行改建，使高壓走廊中的線路數量由四路110kV單回線路、一路35kV雙回線路和一路110kV雙回線路增加到十二路，大大提高了走廊容量。經審查本線路最終確定了利于原高壓走廊改建成一條四回線路的方案。在此基礎上進行了具體的初步設計及施工圖設計，使得工程建設按期開工，并與九九年九月建成投產。使北京市東部電網的安全可靠性有了很大提高，保證了建國50周年慶典的供電，為首都兩個文明的建設做出了貢獻。

2.工程概況

西王線起于王四營變電站止于西大望變電站，線路全長4.613公里，其中220/110kV四回線路4.338公里，220kV雙回線路0.275公里，電纜線路0.09公里。

線路由王四營站出線后即為四回線路，其中220kV部分直接與變電站架構相接，110kV部分與高壓走廊中的原110kV雙回線路相接。四回線路向北再向西，到達西大望站東南側270米處，此處建有一座電纜小間。四回線路中的110kV線路在電纜小間處與電纜線路相接，220kV線路跨過電纜小間繼續相西，再向北掛于西大望站南墻已預留的掛點上，然后架空線路經電纜線路進入西大望站的GIS。

雖然王西線的路徑并不長，但線路路徑上地面的情況非常復雜。王四營站出線終端塔的塔位座落在一運輸公司的停車場內，場內停放大量集裝箱運輸車，考慮到運輸車進出場的問題，對方對終端塔塔位提出了具體要求。由王四營站向北1.1公里范圍內，線路需繞開成片的居民房，并跨越五處鐵路(其中兩座鐵路立交橋)，共新立鐵塔五基，只一基為直線塔，而且除終端塔外，直線塔座落在鐵路立交橋的北側，土壤條件為生活垃圾，垃圾深度達4米。轉角塔均立于魚池中，因此需對其基礎做特殊處理(重力式，砌護坡)。此后線路向西轉角81°27‘繼續前進約1.3公里，先后跨過2處鐵路立交橋后向北轉角前進188米，到達國棉110kV線路T接點處，此處需預留國棉110kV線路的T接位置。然后再向西轉角繼續前進約1.8公里，線路向北轉角跨過通惠河再向西轉角至新建電纜小間處。在此區段內，線路先后跨越了東郊建材市場及四環路的四惠立交橋。對于四回線路到此為止，而220千伏部分將跨過電纜小間經一基雙回路鋼管桿和一基雙回路鋼管終端桿接至新建西大望變電站的南側廠房處，然后與電纜線路相接進入西大望變電站。

3.工程設計特點

3.1線路走廊情況

王四營變電站和西大望變電站均位于北京市東郊地區，其中王四營變電站為80年代初投運的220kV變電站，西大望變電站為新建220kV變電站，站址位于王四營變電站西偏北方向5公里處。在王四營與西大望變電站之間現有一高壓走廊，建有110kV線路6回(一雙回路和四個單回路)及一路已停運的35kV雙回線路。此高壓走廊為北京地區東側的主要高壓通道，建成于60年代初，除110kV雙回線路為鐵塔線路外，其它均為砼桿線路，且砼桿已嚴重老化，線路達到三級水平。同時由于地理上處于北京市近郊區，現有高壓走廊兩側各類工礦企業及居民住宅林立，且線路多次跨越鐵路及鐵路立交橋。由于受到地上物的限制，本工程線路在已有高壓走廊內開辟新的路徑已無可能，若重新開辟新的高壓走廊，無論是規劃方面還是從目前東郊地區的現狀看，均不大可能實現。因而，只能利用現有高壓走廊進行改造，將高壓走廊內現有的110千伏線路改建，壓縮相鄰線路之間平行距離，以騰出路徑建設新的線路。鑒于這種情況，根據系統發展的需要，提出將高壓走廊中的原有線路全部拆除，進行重新布置，使現有高壓走廊可容納更多的高壓線路。根據北京地區東部電網今后的發展規劃情況，經反復比較論證，我們在高壓走廊中重新布置了兩個220/110kV四回線路、一個220kV雙回線路和一個110kV雙回線路，使高壓走廊中的高壓線路由六回110kV線路、兩回35kV線路增加至六回220kV線路和六回110kV線路，使高壓走廊的輸送能力大大提高，滿足了城網改造對線路建設的要求。本工程既是上述兩條220/110kV四回線路中的一條。

3.2鐵塔情況

3.2.1線路輸送容量的要求：

根據目前北京電網的實際情況，本工程新建四回線路的220kV線路的導線采用了四分裂400平方毫米的導線，110kV線路的導線采用了單分裂400平方毫米的導線。

3.2.2現有塔型情況

目前國內建設的220kV線路多為2×400導線的雙回或單回線路。在1992年，我院根據當時的具體情況曾開發研制了220kV與110kV架空線路同塔并架的四回線路鐵塔。220kV線路的導線采用了2×LGJ－300/25型鋼芯鋁絞線，110kV線路的導線采用了LGJ－240/30型鋼芯鋁絞線，避雷線采用了非標準的LGJ－60/35型鋼芯鋁絞線。對于4×400導線的220kV線路在國內尚未見過報道，我院過去開發的四回路鐵塔因導線截面較小不能采用，因此必須考慮開發新的塔型。

3.2.3新塔型的開發

鑒于北京城網改造的實際需求情況，系統規劃在不遠的將來，北京地區需建設數條大截面導線的220kV線路，因此決定開發大導線截面的220/110kV四回路鐵塔。

考慮到新塔型將主要用于城網改造中線路走廊非常緊張的城近郊區，線路經過地區大多為居民區，人口密度很大，同時由于線路為多回線路同塔并架，220kV線路為4×400導線，110kV線路為單400導線，線路輸送容量很大，一旦出現事故，對系統的影響和人身安全的影響是非常嚴重的，因此提高線路運行的安全可靠性成為新塔型設計的一個主要因素。為此，在具體設計中，主要考慮從以下幾個方面來提高線路的安全可靠性。首先，在滿足輸送容量的前提下盡量選用較輕的導線，因此我們選擇了鋼芯截面較小的LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線作為線路導線。其次，線路主要建于居民區，受地形地物的限制無法放開檔距且特種塔的使用量將高于直線塔，孤立檔的數量較多，在此種條件下，

提高導線張力對于降低塔高及鐵塔用量沒有效果這一特點，適當提高了導線安全系數，降低了導線的使用張力。

在充分考慮了鐵塔在今后使用中可能出現的具體情況，經反復比較綜合分析，我們確定如下的設計條件：

a．最大設計風速：

綜合華北地區，特別是北京地區的實際情況及鐵塔主要用于平原地帶，最大設計風速取為25m/s。

b．導地線型號及最大使用應力：

導線全部采用LGJ-400/35型鋼芯鋁絞線，220kV線路采用四分裂導線，110kV線路采用單分裂導線，導線的最大使用應力取77.372MPa，安全系數3.0。避雷線考慮架設OPGW復合光纜并按短路電流50kA選擇185平方毫米的鋁包鋼絞線，其避雷線最大使用應力取129.026Mpa，安全系數4.4。同時為減小導地線的使用張力，在進行導地線應力計算時，將年平均運行應力按最大使用應力62.5％的比例分別降至48.357MPa和80.641Mpa。

c．設計使用檔距：

特種塔水平檔距350米，垂直檔距450米

直線塔水平檔距350米，垂直檔距450米，綜合高差系數－3％。

d．鐵塔安裝工況的要求：

對于特種塔，除90°轉角及終端塔可按正常施工緊線外其它轉角塔施工時的安裝順序為自上而下的一層橫擔一層橫擔的安裝(一層一側的導線或地線已架好并打有臨時拉線，另一側緊線或未架線的情況)，不考慮一側的導地線均已架好并打有臨時拉線而另一側未架線的情況。220kV線路四分裂導線的臨時拉線平衡系數取2000kg。其他導地線臨時拉線的平衡系數按規程規定取值。對于直線塔，考慮了導地線兩倍起吊工況及安裝錨線工況,其錨線對地夾角取20°。

在此基礎上，我們進行了塔型的規劃工作，經初步分析計算，確定了四種基本塔型，即直線塔；0～25°轉角塔；25°～50°轉角塔和50°～90°轉角及0°～90°終端塔。在這里，轉角度數的分割沒有按一般慣例分為30°、60°和90°，這是因為經初步分析計算，當轉角度數大于25°以后，鐵塔主材需采用250的角鋼，而目前我國尚未生產250的角鋼，線路所需250角鋼必須進口，為了減少進口角鋼的用量，降低工程造價，確定了上述轉角度數分割方案。另外，考慮到220kV線路的重要性遠遠大于110kV線路的重要性，同時110kV線路存在著線路T接的問題，因此所有塔型均按220kV線路在上部，110kV線路在下部的鼓形排列方式

在塔型規劃過程中，我們進行了鋼管塔與角鋼塔的方案比較工作，并到有關生產廠家進行了實地調研，由于考慮到在目前情況下，架空線路鐵塔以鋼管作為塔材的設計在國內尚未見到，同時，由于此塔的負荷很大(塔上共架設32根導地線)，如采用鋼管作為塔材其聯接部位不易處理，且無成熟的設計經驗可供參考，而受工期的限制又無法進行研究，最后經認真研究確定本鐵塔仍采用角鋼作為鐵塔的塔材。

3.3線路的絕緣配置情況

對于本四回線路，由于其所在位置為第一熱電廠的西南側，正處于電廠的下風頭，根據有關單位實際測得的污穢情況，線路全部處于四級污穢地區。為提高線路的抗污能力，減少線路的運行維護工作量，導線耐張絕緣子串全部采用玻璃絕緣子，導線懸垂及導線跳線絕緣子串采用了聚合絕緣子。

3.4線路金具的選擇及研制

目前，四分裂導線的220kV線路國內還沒有建設過，其線路金具的開發研制也是必須的工作。對于四分裂的LGJ-400/35型導線，當最高允許運行溫度取70℃時，導線允許電流按800安培，經計算導線最小分裂間距為416毫米，與500kV線路的導線分裂間距相近，為減小線路金具的開發研制工作，我們充分借鑒500kV線路的設計經驗，大部分線路金具均采用了500kV線路的金具，而只是對特種塔的跳線金具進行了開發研制。

4.科研情況

由于4×400導線的四回線路在國內尚未見報告，因此線路設計中的科研工作主要進行了分裂導線的排列方式、分裂間距、采用金具及新塔型的研究。開發了跳線金具及98系列四回路鐵塔，并分別進行了直線塔和90°轉角塔的真型試驗。

5.有待改進的問題

5.1耐張轉角塔的110kV跳線過于緊張，給跳線施工造成了一定難度。由于110kV線路在220kV下橫擔以下，此處因塔身較寬(90°轉角塔的110kV橫擔寬度達8米)，當跳線絕緣子串采用聚合絕緣子時，其懸掛的重錘增加了跳線串的長度，使得重錘座的下沿對下層橫擔的吊架角鋼的空氣間隙較難滿足要求。

5.2220kV導線耐張線夾與跳線連接時的施工難度較大。220kV線路導線采用了四分裂導線，分裂間距450毫米，跳線采用了新開發的四分裂并溝線夾，因此造成了跳線安裝困難較大的問題。

6.主要技術特性及經濟指標

6.1線路電壓：220/110kV

6.2線路長度：四回4.338公里；雙回0.275公里；電纜長度0.09公里

6.3曲折系數：1.277

6.4氣象條件：最大風速25m/s；復冰厚度5mm；最低氣溫–20℃

6.5輸送容量：282.9萬千伏安

6.6導線型號：4×LGJ-400/35；1×LGJ-400/35

6.7地線型號：SA4-40/185鋁包鋼絞線；OPGW復合光纜

6.8鐵塔情況：F4Z(21)6基

F4Z(24)1基

F4Z(27)4基

F4J1(18)2基

F4J3(18)4基

F4J3(21)2基

F4J3(24)1基

雙回路直線鋼管桿1基

雙回路終端鋼管桿1基

6.9基礎形式：一般采用素混凝土現澆大塊式基礎，魚池中鐵塔采用了重力式基礎。

6.10污穢等級：全線均為四級污穢區

6.11絕緣子型號及數量：

玻璃絕緣子：FC210P/1702880片

玻璃絕緣子：FC100P/1461920片

聚合絕緣子：FXBW-220/120102根

聚合絕緣子：FXBW-220/100108根

聚合絕緣子：FXBW-110/10048根

聚合絕緣子：FXBW-110/70159根

6.12經濟指標：

線路長度4.613公里

平均檔距210米

每公里平均鐵塔數量4.77基

鐵塔鋼材195.82噸/公里

基礎鋼材6.1噸/公里

導線39.78噸/公里

地線0.845噸/公里

光纜0.607噸/公里

玻璃絕緣子1040.5片/公里

聚合絕緣子90.4根/公里

金具6.85噸/公里

混凝土762.9立米/公里