王西线工程设计分析论文

摘要：本文论述了王四营～西大望220/110kV四回线路工程的走廊选择、铁塔的设计与开发、线路绝缘的配置及其金具的选择与研制，并提出了今后有待改进的问题。为城市电网的发展提供了很有价值的工程实践。

关键词：线路四回路设计铁塔金具

1.前言

王四营变电站位于北京市东郊的王四营乡，为八十年代初建成的220kV枢纽变电站。根据系统规划及北京市城网改造的要求，为提高北京市东部电网运行稳定性及解决北京一热电厂直供负荷的问题，在一热电厂南侧新建一220kV变电站(西大望站)。此新建变电站的电源主要由王四营站及待建定福庄220kV变电站各出两路220kV线路提供，变电站将安装四台25万变压器，其进出线均为电缆线路。同时此变电站及王四营～西大望的线路列入了“9950工程”计划，系为建国50周年庆典提供电源保障的主干线路。本线路地处北京市近郊区，人口密度较大，虽然在两变电站之间现有一高压走廊，但高压走廊两侧各类工矿企业及居民住宅林立，且线路多次跨越铁路及铁路立交桥。由于受到地上物的限制，本线路在已有高压走廊内开辟新的路径已无可能，若重新开辟新的高压走廊，无论是规划方面还是从目前东郊地区的现状看，均不可能实现。因而，只能利用现有高压走廊进行改造，将高压走廊内现有的110千伏线路改建，压缩相邻线路之间平行距离，同时采用多回路的形式，以腾出路径建设新的线路。我院自九七年七月开始，对王西线的路径问题进行了深入研究，提出了多个方案进行比较，并对两站之间现有高压走廊进行了平面测量，绘出了走廊的1:1000平面图。设计人员根据系统发展的要求，在1:1000平面图上按线路的实际宽度及规程中关于相邻线路的平行间距的要求对高压走廊进行了重新规划，提出了所谓“4422”的实施方案，既将原高压走廊中的线路全部拆除，然后按新建两条220/110kV四回线路、一条220kV双回线路和一条110kV双回线路的方案对高压走廊进行改建，使高压走廊中的线路数量由四路110kV单回线路、一路35kV双回线路和一路110kV双回线路增加到十二路，大大提高了走廊容量。经审查本线路最终确定了利于原高压走廊改建成一条四回线路的方案。在此基础上进行了具体的初步设计及施工图设计，使得工程建设按期开工，并与九九年九月建成投产。使北京市东部电网的安全可靠性有了很大提高，保证了建国50周年庆典的供电，为首都两个文明的建设做出了贡献。

2.工程概况

西王线起于王四营变电站止于西大望变电站，线路全长4.613公里，其中220/110kV四回线路4.338公里，220kV双回线路0.275公里，电缆线路0.09公里。

线路由王四营站出线后即为四回线路，其中220kV部分直接与变电站架构相接，110kV部分与高压走廊中的原110kV双回线路相接。四回线路向北再向西，到达西大望站东南侧270米处，此处建有一座电缆小间。四回线路中的110kV线路在电缆小间处与电缆线路相接，220kV线路跨过电缆小间继续相西，再向北挂于西大望站南墙已预留的挂点上，然后架空线路经电缆线路进入西大望站的GIS。

虽然王西线的路径并不长，但线路路径上地面的情况非常复杂。王四营站出线终端塔的塔位座落在一运输公司的停车场内，场内停放大量集装箱运输车，考虑到运输车进出场的问题，对方对终端塔塔位提出了具体要求。由王四营站向北1.1公里范围内，线路需绕开成片的居民房，并跨越五处铁路(其中两座铁路立交桥)，共新立铁塔五基，只一基为直线塔，而且除终端塔外，直线塔座落在铁路立交桥的北侧，土壤条件为生活垃圾，垃圾深度达4米。转角塔均立于鱼池中，因此需对其基础做特殊处理(重力式，砌护坡)。此后线路向西转角81°27‘继续前进约1.3公里，先后跨过2处铁路立交桥后向北转角前进188米，到达国棉110kV线路T接点处，此处需预留国棉110kV线路的T接位置。然后再向西转角继续前进约1.8公里，线路向北转角跨过通惠河再向西转角至新建电缆小间处。在此区段内，线路先后跨越了东郊建材市场及四环路的四惠立交桥。对于四回线路到此为止，而220千伏部分将跨过电缆小间经一基双回路钢管杆和一基双回路钢管终端杆接至新建西大望变电站的南侧厂房处，然后与电缆线路相接进入西大望变电站。

3.工程设计特点

3.1线路走廊情况

王四营变电站和西大望变电站均位于北京市东郊地区，其中王四营变电站为80年代初投运的220kV变电站，西大望变电站为新建220kV变电站，站址位于王四营变电站西偏北方向5公里处。在王四营与西大望变电站之间现有一高压走廊，建有110kV线路6回(一双回路和四个单回路)及一路已停运的35kV双回线路。此高压走廊为北京地区东侧的主要高压通道，建成于60年代初，除110kV双回线路为铁塔线路外，其它均为砼杆线路，且砼杆已严重老化，线路达到三级水平。同时由于地理上处于北京市近郊区，现有高压走廊两侧各类工矿企业及居民住宅林立，且线路多次跨越铁路及铁路立交桥。由于受到地上物的限制，本工程线路在已有高压走廊内开辟新的路径已无可能，若重新开辟新的高压走廊，无论是规划方面还是从目前东郊地区的现状看，均不大可能实现。因而，只能利用现有高压走廊进行改造，将高压走廊内现有的110千伏线路改建，压缩相邻线路之间平行距离，以腾出路径建设新的线路。鉴于这种情况，根据系统发展的需要，提出将高压走廊中的原有线路全部拆除，进行重新布置，使现有高压走廊可容纳更多的高压线路。根据北京地区东部电网今后的发展规划情况，经反复比较论证，我们在高压走廊中重新布置了两个220/110kV四回线路、一个220kV双回线路和一个110kV双回线路，使高压走廊中的高压线路由六回110kV线路、两回35kV线路增加至六回220kV线路和六回110kV线路，使高压走廊的输送能力大大提高，满足了城网改造对线路建设的要求。本工程既是上述两条220/110kV四回线路中的一条。

3.2铁塔情况

3.2.1线路输送容量的要求：

根据目前北京电网的实际情况，本工程新建四回线路的220kV线路的导线采用了四分裂400平方毫米的导线，110kV线路的导线采用了单分裂400平方毫米的导线。

3.2.2现有塔型情况

目前国内建设的220kV线路多为2×400导线的双回或单回线路。在1992年，我院根据当时的具体情况曾开发研制了220kV与110kV架空线路同塔并架的四回线路铁塔。220kV线路的导线采用了2×LGJ－300/25型钢芯铝绞线，110kV线路的导线采用了LGJ－240/30型钢芯铝绞线，避雷线采用了非标准的LGJ－60/35型钢芯铝绞线。对于4×400导线的220kV线路在国内尚未见过报道，我院过去开发的四回路铁塔因导线截面较小不能采用，因此必须考虑开发新的塔型。

3.2.3新塔型的开发

鉴于北京城网改造的实际需求情况，系统规划在不远的将来，北京地区需建设数条大截面导线的220kV线路，因此决定开发大导线截面的220/110kV四回路铁塔。

考虑到新塔型将主要用于城网改造中线路走廊非常紧张的城近郊区，线路经过地区大多为居民区，人口密度很大，同时由于线路为多回线路同塔并架，220kV线路为4×400导线，110kV线路为单400导线，线路输送容量很大，一旦出现事故，对系统的影响和人身安全的影响是非常严重的，因此提高线路运行的安全可靠性成为新塔型设计的一个主要因素。为此，在具体设计中，主要考虑从以下几个方面来提高线路的安全可靠性。首先，在满足输送容量的前提下尽量选用较轻的导线，因此我们选择了钢芯截面较小的LGJ-400/35型钢芯铝绞线作为线路导线。其次，线路主要建于居民区，受地形地物的限制无法放开档距且特种塔的使用量将高于直线塔，孤立档的数量较多，在此种条件下，

提高导线张力对于降低塔高及铁塔用量没有效果这一特点，适当提高了导线安全系数，降低了导线的使用张力。

在充分考虑了铁塔在今后使用中可能出现的具体情况，经反复比较综合分析，我们确定如下的设计条件：

a．最大设计风速：

综合华北地区，特别是北京地区的实际情况及铁塔主要用于平原地带，最大设计风速取为25m/s。

b．导地线型号及最大使用应力：

导线全部采用LGJ-400/35型钢芯铝绞线，220kV线路采用四分裂导线，110kV线路采用单分裂导线，导线的最大使用应力取77.372MPa，安全系数3.0。避雷线考虑架设OPGW复合光缆并按短路电流50kA选择185平方毫米的铝包钢绞线，其避雷线最大使用应力取129.026Mpa，安全系数4.4。同时为减小导地线的使用张力，在进行导地线应力计算时，将年平均运行应力按最大使用应力62.5％的比例分别降至48.357MPa和80.641Mpa。

c．设计使用档距：

特种塔水平档距350米，垂直档距450米

直线塔水平档距350米，垂直档距450米，综合高差系数－3％。

d．铁塔安装工况的要求：

对于特种塔，除90°转角及终端塔可按正常施工紧线外其它转角塔施工时的安装顺序为自上而下的一层横担一层横担的安装(一层一侧的导线或地线已架好并打有临时拉线，另一侧紧线或未架线的情况)，不考虑一侧的导地线均已架好并打有临时拉线而另一侧未架线的情况。220kV线路四分裂导线的临时拉线平衡系数取2000kg。其他导地线临时拉线的平衡系数按规程规定取值。对于直线塔，考虑了导地线两倍起吊工况及安装锚线工况,其锚线对地夹角取20°。

在此基础上，我们进行了塔型的规划工作，经初步分析计算，确定了四种基本塔型，即直线塔；0～25°转角塔；25°～50°转角塔和50°～90°转角及0°～90°终端塔。在这里，转角度数的分割没有按一般惯例分为30°、60°和90°，这是因为经初步分析计算，当转角度数大于25°以后，铁塔主材需采用250的角钢，而目前我国尚未生产250的角钢，线路所需250角钢必须进口，为了减少进口角钢的用量，降低工程造价，确定了上述转角度数分割方案。另外，考虑到220kV线路的重要性远远大于110kV线路的重要性，同时110kV线路存在着线路T接的问题，因此所有塔型均按220kV线路在上部，110kV线路在下部的鼓形排列方式

在塔型规划过程中，我们进行了钢管塔与角钢塔的方案比较工作，并到有关生产厂家进行了实地调研，由于考虑到在目前情况下，架空线路铁塔以钢管作为塔材的设计在国内尚未见到，同时，由于此塔的负荷很大(塔上共架设32根导地线)，如采用钢管作为塔材其联接部位不易处理，且无成熟的设计经验可供参考，而受工期的限制又无法进行研究，最后经认真研究确定本铁塔仍采用角钢作为铁塔的塔材。

3.3线路的绝缘配置情况

对于本四回线路，由于其所在位置为第一热电厂的西南侧，正处于电厂的下风头，根据有关单位实际测得的污秽情况，线路全部处于四级污秽地区。为提高线路的抗污能力，减少线路的运行维护工作量，导线耐张绝缘子串全部采用玻璃绝缘子，导线悬垂及导线跳线绝缘子串采用了聚合绝缘子。

3.4线路金具的选择及研制

目前，四分裂导线的220kV线路国内还没有建设过，其线路金具的开发研制也是必须的工作。对于四分裂的LGJ-400/35型导线，当最高允许运行温度取70℃时，导线允许电流按800安培，经计算导线最小分裂间距为416毫米，与500kV线路的导线分裂间距相近，为减小线路金具的开发研制工作，我们充分借鉴500kV线路的设计经验，大部分线路金具均采用了500kV线路的金具，而只是对特种塔的跳线金具进行了开发研制。

4.科研情况

由于4×400导线的四回线路在国内尚未见报告，因此线路设计中的科研工作主要进行了分裂导线的排列方式、分裂间距、采用金具及新塔型的研究。开发了跳线金具及98系列四回路铁塔，并分别进行了直线塔和90°转角塔的真型试验。

5.有待改进的问题

5.1耐张转角塔的110kV跳线过于紧张，给跳线施工造成了一定难度。由于110kV线路在220kV下横担以下，此处因塔身较宽(90°转角塔的110kV横担宽度达8米)，当跳线绝缘子串采用聚合绝缘子时，其悬挂的重锤增加了跳线串的长度，使得重锤座的下沿对下层横担的吊架角钢的空气间隙较难满足要求。

5.2220kV导线耐张线夹与跳线连接时的施工难度较大。220kV线路导线采用了四分裂导线，分裂间距450毫米，跳线采用了新开发的四分裂并沟线夹，因此造成了跳线安装困难较大的问题。

6.主要技术特性及经济指标

6.1线路电压：220/110kV

6.2线路长度：四回4.338公里；双回0.275公里；电缆长度0.09公里

6.3曲折系数：1.277

6.4气象条件：最大风速25m/s；复冰厚度5mm；最低气温–20℃

6.5输送容量：282.9万千伏安

6.6导线型号：4×LGJ-400/35；1×LGJ-400/35

6.7地线型号：SA4-40/185铝包钢绞线；OPGW复合光缆

6.8铁塔情况：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

双回路直线钢管杆1基

双回路终端钢管杆1基

6.9基础形式：一般采用素混凝土现浇大块式基础，鱼池中铁塔采用了重力式基础。

6.10污秽等级：全线均为四级污秽区

6.11绝缘子型号及数量：

玻璃绝缘子：FC210P/1702880片

玻璃绝缘子：FC100P/1461920片

聚合绝缘子：FXBW-220/120102根

聚合绝缘子：FXBW-220/100108根

聚合绝缘子：FXBW-110/10048根

聚合绝缘子：FXBW-110/70159根

6.12经济指标：

线路长度4.613公里

平均档距210米

每公里平均铁塔数量4.77基

铁塔钢材195.82吨/公里

基础钢材6.1吨/公里

导线39.78吨/公里

地线0.845吨/公里

光缆0.607吨/公里

玻璃绝缘子1040.5片/公里

聚合绝缘子90.4根/公里

金具6.85吨/公里

混凝土762.9立米/公里