研究实施中的500kV同塔双回紧凑型输电线路
舒印彪，赵丞华（国家电力公司电网建设分公司，北京100031）
摘要：介绍了研究建设500kV同塔双回紧凑型输电线路目的意义，给出了三峡输变电工程工业性试验项目——政平至宜兴500kV同塔双回紧凑型输电线路的实施方案，并指出了推广该成果能取得的社会效益和经济效益。
关键词：500kV；同塔双回线；紧凑型线路
1　引言　　在国家电力公司的领导和组织下，我国研究建成的第一条500kV单回紧凑型输电线路，于1999年11月18日并网运行。这条500kV单回紧凑型输电线路全长约83km，连接北京地区的昌平和房山两座500kV枢纽变电站，投运至今经受了9级和10级大风以及大雾、雨、雪等自然条件的考验，运行情况良好，送电安全可靠。
　　国家电力公司要求推广建设500kV紧凑型线路，按此要求国家电力公司电网建设分公司结合三峡输变电工程江苏南部政平换流站到宜兴待建的两回500kV线路，提出了政平至宜兴500kV同塔双回紧凑型线路研究与实施的《技术报告》和《可行性研究报告》，通过了专家论证和领导机关的批准，列入国家电力公司重大科技项目。现已完成了6项研究成果和工程的初步设计，计划于2002年一季度工程开工，2003年一季度与三峡直流送苏南的政平换流站同时建成投产。2　研究的目的及意义　　在超高压电网建设中，有两个问题应予以高度重视，其一是当前我国电网已进入了以超高压、远距离、大容量为标志的“西电东送、南北互供、全国联网”的新阶段，要特别重视电网的安全稳定问题。当然，电网的稳定性的技术措施是多方面的，如电网安全控制系统的改善，灵活输电技术（FACTS）的应用，电网结构优化，建设紧凑型线路等。紧凑型线路由于其自身正序电抗较常规型线路为小，如这次研究建设的政平至宜兴500kV同塔双回紧凑型线路正序电抗仅为常规线路的76％，其提高线路的安全稳定性相当于串入了24％的串联补偿。其二是我国输电线路的走廊越来越紧张，如何节省线路的走廊，换言之就是如何提高单位线路走廊宽度下的输电容量，这也是全世界各国共同关心的问题。一般而言，解决的办法是采用建设同塔多回线路（1个塔上挂2回、4回甚至6回以上线路），欧州、日本等都采用这个方法；再有就是建设紧凑型线路。
　　建设紧凑型线路不仅能降低工程造价，同时可提高远距离输电线路的稳定输送功率，提高单位线路走廊宽度下的送电容量，其发展趋势是十分明确　　的。例如，巴西到2000年已建成投运500kV单回紧凑型线路2000余公里；南非至1999年建成投运400kV单回紧凑型线路1250余公里（最长的一条达900km）；美国BPA（西北部地区电力管理局）在上世纪80年代初已建成投运单、双回路500kV紧凑型线路近1000km。我国投运的500kV单回紧凑型线路，节省了线路走廊宽度17m；提高自然输送功率34％，对长线路而言能提高输送功率（以托克托电厂送北京为例，建两条各长约500km的500kV常规线路，中间再建一个开闭站，其稳定送电能力仅有1450MW，而建两条紧凑型线路，则其稳定送电能力可提高至2000MW）。昌房线在那样障碍物不多、赔偿费用较少的地区，其单位公里的造价仅增加5．7％（如在城镇人口稠密地区，则造价会有所降低）。总体上社会、经济效益都是可观的。
　　提出研究建设同塔双回500kV紧凑型线路，不仅是国外的发展趋势，也是我国超高压电网建设中的实际需要。过去有些专家认为：建设500kV紧凑型线路（单回），虽能节省线路走廊，但较之于建设多回路线路来讲，其优势仍不明显。现在我们研究建设500kV同塔双回紧凑型线路，就解决了这个问题，即500kV紧凑型线路，不仅能建设单回路，同时也可建设同塔双回线路乃至同塔多回路线路，除保留紧凑型线路在电气上的优点以外，节省线路走廊的效果也将更为明显。这对推动建设同塔多回紧凑型线路的技术发展具有重大作用，是符合今后我国电网建设的发展方向的。3　实施政平至宜兴500kV同塔双回紧凑型线路的技术方案　　本项目研究实施的方案，将参考昌房500kV紧凑型线路的研究成果，进一步研究500kV同塔双回紧凑型塔、带电作业、系统参数及其运行特性、电磁环境影响和防雷特性等课题，目前已基本完成。实施的技术方案简述如下：
　　（1）三相导线按等边倒三角排列，相导线间（中心至中心）距离为6．7m，三相导线的几何均距（GMD）亦为6．7m；
　　（2）每相导线采用6根LGJ－240／30钢芯铝绞线，导线总截面与原常规线路的4根LGJ－400／35钢芯铝绞线相当；
　　（3）每相6根子导线按等六边形排列，六边形外接圆直径为750mm，六边形的一对平行边为水平方向，边长为375mm；
　　（4）各相均采用V型绝缘子金具串悬挂导线，下相导线除V型绝缘子金具串外，另加一垂直绝缘子串；
　　（5）V型绝缘子串的绝缘子采用合成绝缘子，串长为4340mm，即与28片高度为155mm的瓷或玻璃绝缘子串等长；
　　（6）塔头带电体至接地体的最小空气绝缘距离为3．7m，即也能满足现行带电作业的安全距离要求。铁塔头部相与相带电体之间，最小空气绝缘距离5．2m以上；
　　（7）800m以上至1200m的大档距，在档距中央水平两相导线之间，加挂1支相间合成绝缘间隔棒。
　　500kV同塔双回紧凑型线路实施中的技术难点是：①要研究出一种崭新的500kV同塔双回紧凑型塔，有用量最大的直线塔，还有各型特种塔，这些双回路紧凑型塔均与常规型塔有很大区别，如图1和图2所示。国内外均未有相类似的塔可供参考。各类塔型除保证结构上的安全可靠性外，更重要的是电气连接要保证生产运行中的安全可靠，这是本项研究中关键难题，现已解决，并且已通过了紧凑型塔的力学结构试验。②紧凑化了的线路在带电作业方面也是1个难题。如果我们要把铁塔的头部尺寸进一步缩小（本双回紧凑型塔塔头尺寸仍按现行规程带电作业安全距离3．2m设计），带电作业的安全距离按美国（BPA）的标准2．24m控制，即塔头带电体对接地体（塔身）的尺寸控制在2．6m左右，那么长距离的500kV线路其带电作业时可能出现的最大操作过电压将达到2．0pu（二滩至洪沟线路长400余公里，武高所计算最大操作过电压达2．06pu），按我国现行的带电作业方式，缩小带电作业的安全距离至2．2m左右是难以做到的。目前，我国500kV线路铁塔的头部尺寸很多情况下是由带电作业的安全距离决定。为了满足较少而又不经常进行的带电作业的需要，普遍加大500kV线路的铁塔头部尺寸是很不经济的一种做法。此次将重点研究在带电作业时的作业塔（或邻塔）上加一个保护间隙（间隙的空气绝缘距离约1．3m左右），这个间隙能耐受最高工频运行电压，一旦线路带生事故开关操作而出现过电压时，这对保护间隙即放电，从而保护了塔上带电作业人员的人身安全，今后设计500kV线路铁塔时，也无须再考虑带电作业的安全距离。这种带电作业时加保护间隙的方法，在美国、加拿大等国家均已开展，从而压缩了铁塔头部尺寸。这个课题也是我们重点研究的课题之一。4　社会效益和经济效益　　这条即将研究和建成的500kV同塔双回紧凑型输电线路，其社会、经济效益是比较理想的，从已经完成的研究成果和初步估算来看，其效益有如下几个方面：
（1）降低本体工程投资10％左右
　　与国内投运的500kV同塔双回常规型塔相比较，500kV同塔双回紧凑型塔是其中用量最多的一种直线塔，紧凑型塔全塔高度为41．1m，而常规塔全塔高度为58m（见图1和图2），在导线总截面相同的情况下，大大降低了铁塔的风荷载，单基紧凑型直线塔的重量仅达20．44t，而常规型直线塔重达28t，紧凑型耐张转角塔单基塔重仅为42．99t，而常规型耐张转角塔重达56t，塔重分别降低27％和23％；由于塔高降低，铁塔对基础的作用力也减小了，基础的混凝土耗量约节省10％；
　　由于紧凑型线路采用V型绝缘子串和6分裂导线，扣除绝缘子增加约1倍、金具、架线等费用略高的因素，总的紧凑型线路的工程本体造价约可降低10％左右。
　　（2）提高500kV线路的自然输送功率（SIL）30％
　　经中国电科院和华北电力设计院两单位的计算，政平至宜兴500kV同塔双回紧凑型线路与近期改进设计后缩小了尺寸的500kV同塔双回常规型线路相比较，其正序电抗是0．201Ω／km，为后者的76％，正序电容是17．7nF／km，为后者的128％，波阻抗是190．5Ω，为后者的77％，线路的自然输送功率提高30％。高压输电线路自然输送功率提高30％，对于远距离电线路来讲，其稳定输送功率亦将提高约30％，这个经济效益是非常可观的。
（3）导线弧垂最低点对地距离可减少1m
　　目前按我国现行《设计规程》规定，500kV同塔双回常规型线路经过一般农田（非居民区）导线最低点对地距离为11m（这是由输电线路线下离地面1m高的工频电场不大于10kV／m来确定的），而500kV同塔双回紧凑型线路，通过对其地面工频电场的计算，导线最低点对地距离只须10m，此时计算线下离地1m高的最大工频电场为9．54kV／m；场强高于4kV／m的宽度为31m，与同塔双回常规型线路一致。由于导线最低点距离可减少1m，相应的铁塔高度亦可降低1m，有利于降低单基铁塔钢材耗量。
（4）铁塔塔基征地可减少一半
　　由于同塔双回紧凑型塔较常规型塔全塔高度降低近17m，因而其直线塔的四条塔腿占地面积也大大缩小，占地约为75．2m2，较常规型塔减少了一半，从而可减少塔基征地。
　　500kV同塔双回紧凑型线路两侧边导线之间的距离为24．65m，与投运中的500kV同塔双回常规型线路（其两侧边导线距离为24m）几乎一致。
（5）提高了防雷害的性能
　　武汉高压所参考国际上常用的计算同塔双回线路的防雷性能方法，并计入工作电压的影响，500kV同塔双回紧凑型线路的综合防雷性能较500kV同塔双回常规型线路为优，其各项防雷指标见表1。
从表1可见，500kV同塔双回紧凑型线路仅有雷反击单回两相时闪络率（其数值也是较低和可以接受的）一项高于常规型线路，其它各项均较常规型线路为优，尤其是我们所担心的雷反击两回路异名相而造成两回路同时跳闸的概率，要比常规型线路小一个数量级，仅为0．00182次／100kma，对政平至宜兴这样一条不到50km的500kV同塔双回紧凑型线路而言，即使没有选相跳闸、重合闸保护装置，从理论计算结果来看雷击两回同时跳闸1000年才有一次。
　　此外，通过对导线表面电场强度和无线电干扰（RI）、噪声（AN）的计算，其数值均介于500kV常规型线路采用4×300mm2导线和4×400mm2导线之间，符合有关标准。
　　政平至宜兴500kV同塔双回紧凑型线路的研究和建设项目，由国家电力公司电网建设分公司承担，华北电力设计院、武汉高压所、中国电科院、电力建设研究所、江苏省电力勘测设计院等单位参加，到目前为止除带电作业一个课题在继续进行中，其它研究课题已经[1][2]下一页