输电耐张塔上绕式跳线的应用

聂 峰

（平行空间电力设计有限公司，湖南 长沙 410000)

0 引 言

目前，国内输电线路单回路耐张塔一般采用干字型塔，干字型耐张塔的技术指标主要以前后侧档距、转角度数、导线型号、气象条件、跳线方式以及根开等因素有关，干字塔型耐张塔边相导线一般采用向下直跳的方式引流，中相导线采用斜向上绕跳的方式引流。由于220 kV线路铁塔导线横担宽度较大，绝缘子长度也较长，导致跳线弧垂也较大，向下直跳弧垂最低点比导线横担底面低2.5 m左右，特别在塔位地形较陡的林区,可能因跳线对树木间隙不够而造成砍伐树木或者升高铁塔。因此，对耐张塔跳线方式的设计和规划对杆塔技术经济指标至关重要。

1 工程概述

某220 kV线路工程，线路全长为68.4 km，其中10 mm冰区路径长度19.2 km，15 mm冰区路径长度32.3 km，20 mm冰区路径长度16.9 km，全线单回路架设。导线采用2XLGJ-300/40，地线1根为JLB-100，1根为光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）。本工程沿线地形为平地占8.1%，丘陵占38.8%，山地占53.1%，全线海拔高度在850 m以下，沿线交通条件较好，山地交通条件一般。

2 杆塔规划

干字型耐张塔是目前输电线路中最常用的单回路耐张塔形式，干字型耐张塔与猫头、酒杯直线塔整体协调性好，加工工艺成熟、安装方便、塔头布置简单，电气间隙控制点简洁明了，塔头、塔身可采用1～2个变坡点合理布置其变坡。优化铁塔主材和叉材的受力，对控制塔重有着重要的意义。

本工程10 mm冰区直线塔采用猫头型塔，导线水平排列，为了与猫头塔相配合，对转角度数不大的单回路耐张塔位，拟采用猫头型耐张塔，跳线上绕式布置。与干字型耐张塔相比，猫头型耐张塔有塔重较轻、导线排列方式与直线塔配合更为合理、根开比干字型耐张塔根开小、塔头高度降低等优点[1]。

3 塔头跳线布置

耐张塔的塔头间隙规划主要考虑导线的线间距离、导线的排列方式、导线的保护角以及地线之间的距离，并考虑工频电压、操作过电压以及雷电过电压等塔头间隙，并计算跳线的风偏角、摆动来确定跳线弧垂、线长等因素确定塔头尺寸[2]。

猫头型跳线上绕式耐张塔拟采用防风偏合成绝缘子上绕式跳线方式，采用挂板固定于地线横担上，在横向荷载作用下与嵌套的金具解决应力集中的问题[3]。猫头型跳线上绕式耐张塔跳线方式示意如图1所示。

图1 猫头型跳线上绕式耐张塔跳线方式

4 脱冰跳跃对导地线间距离的影响

在满足电气间隙的情况下，塔头越小越紧凑，铁塔重量就越轻，经济性越好。对于跳线上绕式耐张塔，其导地线之间的垂直距离小到一定程度之后，在导线脱冰跳跃和舞动等情况下，会由于间距过小而发生闪络。本工程根据不同档距对不均匀脱冰和脱冰跳跃计算得到导地线间垂直距离如表1所示。

表1 满足脱冰跳跃最小导地线间垂直距离 单位：m

根据以上计算分析，本次规划的猫头型跳线上绕式耐张塔，受塔头电气间隙制约导地线之间垂直距离取5.2 m，大于表1中的计算数值，即脱冰跳跃不对导地线间距造成控制因素。

5 绝缘子和金具

本线路工程10 mm冰区，设计气象条件为基本风速25 m/s，最高气温40°，最低气温-5°。目前国内使用成熟的耐张绝缘子串已有多年设计、运行经验，绝缘子技术指标都必须满足规程规范规定的受力强度和电气的相关参数。正常运行情况下，耐张串金具应不产生明显的放电且满足电线在大风、覆冰、安装等各种工况下各个方向的受力情况。

本工程10 mm冰区采用的猫头型跳线上绕式耐张塔，为限制上绕式跳线摇摆角，绝缘子串采用防风偏硬跳合成绝缘子，防风偏硬跳绝缘子材质为聚合物绝缘采用制作；主要的受力部位棒芯材质采用环氧树脂玻璃纤维；伞裙护套由高温硫化硅橡胶制作，附着在芯棒外,保护内绝缘并提供满足要求的爬电距离。跳线串的第一联塔金具，运行时承受着拉力、剪力、弯矩、扭力等荷载，且荷载的方向受风荷载的方向、转角度数等条件的不同而变化。因此，对第一联接金具提出更高要求，其结构受力应简单，受力合理，安装维护方便、转动灵活，可靠性高和造价合理等。根据本工程特点，耳轴挂板受力、转动、运维、安装及可靠性高都满足本工程要求，因此猫头型跳线上绕式耐张塔联塔第一金具采用耳轴GD挂板，这样在各种荷载作用下上绕式硬跳跳线绝缘子串可满足受应力的问题。减小猫头型跳线上绕式耐张塔塔头尺寸，提高技术经济指标[4]。

6 导线表面电场强度

在电力输电线路附近存在工频电压和电磁场，由此引起的电磁效应和静电影响。导线选型主要以载流量、表面电场强度、机械性能等为基本条件。电晕会导致电线发热、损耗增加、导线机械性能加速破坏等问题，因此导线应严格孔子电晕的发生。在线路工程中应计算送电线路导线的载流量、表面电场强度、机械性能等技术参数。架空输电线路设计规范条文说明中对电晕损失和对环境的无线电干扰进行了详细说明和规定。

7 走廊宽度和铁塔占地

输电线路走廊宽度主要由边导线横担长度和风偏控制。在导线对地高度较小时，边导线场强限值对线路走廊宽度也有影响。根据电磁环境计算，本工程转角度数小于45°时猫头跳线上绕式耐张塔和干字型耐张塔走廊宽度相差不大，当转角度数大于45°时，猫头型跳线上绕式耐张塔走廊宽度比干字型耐张塔窄，以60°转角塔为例，跳线上绕式耐张塔的走廊宽度比干字型塔减少10%左右。从送电线路走廊和占地角面积分析，猫头型耐张塔与干字型塔线路走廊宽度相差不大，但猫头型耐张塔比干字型塔占地面积要小27%左右。猫头型跳线上绕式耐张塔线路走廊范围如图2所示。

图2 由场强决定的线路走廊范围

8 防雷设计

输电线路防雷设计是线路防雷、电网系统防雷工作的重要组成部分，由于高压线路一般地山处地、丘陵等地区，输电线路所经过的地形复杂、植被茂密，线路涉及范围较大，很容易遭受雷击。因此，高压输电线路由雷击引起的跳闸、电网事故比较多，严重影响到电网的安全[5]。雷击不仅造成线路导线、绝缘子、金具等带电设备的老损，而且给电网稳定运行来很大的安全隐患。雷闪后的冲击电压波以及重合闸时的操作过电压都将沿着导线进入变电站，增加设备的故障率。

8.1 反击跳闸率

本工程采用架设2根地线，提高线路绝缘水平等措施提高线路的反击耐雷水平。在档距为350m，冲击接地电阻为10 Ω，保护角分别取0°、10°和15°对猫头型跳线上绕式耐张塔和干字型耐张塔不同杆塔呼高，杆塔的反击耐雷性能进行分析，结果如表2所示。

表2 不同耐张塔反击跳闸率

根据表2可知，同呼高的猫头型跳线上绕式耐张塔比干字型耐张塔的反击跳闸率下降了40%左右。

8.2 绕击跳闸率

高压单回路由于铁塔高度高，导线上工作电压幅值大，比较容易由导线上产生向上先导，使得避雷线屏蔽性能变差而发生绕击。国内外的研究成果表明，线路绕击率主要与地线保护角、杆塔高度、地面倾角、接地电阻等相关，其中地线对导线的保护角越小，绕击率越小。跳线上绕式耐张塔与普通耐张塔的不同呼高，杆塔的绕击跳闸率计算，结果如表3所示。

表3 不同耐张塔绕击跳闸率

根据表3可知，同呼高的猫头型跳线上绕式耐张塔比干字型耐张塔绕击跳闸率下降了20%～44%。

8.3 防雷设计方案

本工程10 mm冰区大部分位于植被茂盛的林区，主要以山地、丘陵为主。从沿线运行单位的收资情况及调查结果反应，林区线路的防雷需重点考虑，并采取针对性的措施。

根据运维经验，220 kV架空送电线路其反击跳闸事故发生的现象比绕击跳闸事故多，故提高线路耐雷水平，降低反击跳闸率是防雷设计的主要工作。

8.3.1 架设避雷线

杆塔架设地线和也称光纤复合架空地线（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）是高压线路防雷电的基本措施。目前国内除35 kV线路不架设地线外，其他电压等级的线路基本都架设有2根地线或者OPGW。其主要作用是对导线有保护作用，防止雷电直接击于导线。

8.3.2 降低杆塔冲击接地电阻

降低杆塔接地电阻可明显提高架空送电线路的耐雷水平和反击跳闸事故。架空线路规范中，对不同电压等级的接地电阻有严格的要求，在土壤电阻率低的塔位，一般采用敷设圆钢射线接地；在高土壤电阻率的地区，可采用多根放射形接地体、加长接地体、降阻剂、接地模块以及石墨接地等新型产品降低杆塔的冲击接地电阻值。

8.3.3 加强绝缘

输电线路工程中，对于大档距、高呼高杆塔或塔位地形较高的塔位，落雷机率会大大增加；电位和感应过电压会加大绕击事故的发生。为降低跳闸率，可在大档距、高杆塔、地形较高的塔位上增加绝缘子的片数，加大导、地线之间的距离，以加强线路绝缘水平，减少线路跳闸事故。

8.3.4 安装线路避雷器

为了提高线路耐雷水平、限制线路雷电过电压和降低系统因雷击故障引起的跳闸率，增强输电线路的可靠性，本工程采用安装线路避雷器来满足输电线路要求。

9 结 论

本工程根据计算分析，最终推荐10 mm冰区采用猫头型跳线上绕式耐张塔。在相同呼高情况下，上绕式猫头耐张塔比干字型塔经济指标降低10%左右；塔位占地面积节约27%；跳闸事故平均下降了40%左右；反击跳闸事故下降了42%左右；边导线的跳线高度提高了1.5～2.0 m。