王西線工程設(shè)計(jì)實(shí)踐(一)

1、王西線工程設(shè)計(jì)實(shí)踐 （一 ）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(shè)計(jì)與開發(fā)、 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(jìn)的問題。 為城市電網(wǎng)的發(fā)展 提供了很有價(jià)值的工程實(shí)踐。關(guān)鍵詞：線路四回路設(shè)計(jì)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(xiāng)， 為八十年代初建成的 220kV 樞紐變電站。 根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃及北京市城網(wǎng)改造的要求， 為提高北京市東部電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性及解決北京一熱電廠直 供負(fù)荷的問題，在一熱電廠南側(cè)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 2

2、20kV 線路提供，變電站將安裝四臺(tái)25 萬變壓器， 其進(jìn)出線均為電纜線路。 同時(shí)此變電站及王四營西大望的線路列入了“9950 工程”計(jì)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(qū)，人口密 度較大， 雖然在兩變電站之間現(xiàn)有一高壓走廊， 但高壓走廊兩側(cè)各類工礦企業(yè)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(nèi) 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(guī)劃方面還是從目前東郊地區(qū)的 現(xiàn)狀看，均不可能實(shí)現(xiàn)。因而，只能利用現(xiàn)有高壓走廊進(jìn)行改造，將高壓走廊內(nèi)現(xiàn)有的110千伏線路改建， 壓縮相鄰線路之間平行距離

3、， 同時(shí)采用多回路的形式， 以騰出路徑建設(shè)新的 線路。 我院自九七年七月開始，對(duì)王西線的路徑問題進(jìn)行了深入研究， 提出了多個(gè)方案進(jìn)行比較，并對(duì)兩站之間現(xiàn)有高壓走廊進(jìn)行了平面測量，繪出了走廊的1:1000 平面圖。設(shè)計(jì)人員根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的要求，在 1:1000 平面圖上按線路的實(shí)際寬度及規(guī)程中關(guān)于相鄰線路的平 行間距的要求對(duì)高壓走廊進(jìn)行了重新規(guī)劃， 提出了所謂 “4422 的”實(shí)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(duì)高壓走廊進(jìn)行改建，使高壓走廊中的線路數(shù)量由四路110kV 單回線路、一

4、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(jīng)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(chǔ)上進(jìn)行了具體的初步設(shè) 計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)， 使得工程建設(shè)按期開工， 并與九九年九月建成投產(chǎn)。 使北京市東部電網(wǎng)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(gè)文明的建設(shè)做出了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 2

5、20kV 部分直接與變電站架構(gòu)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(dá)西大望站東南側(cè)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(xù)相西， 再向北掛于西大望站南墻已預(yù)留的掛點(diǎn)上， 然后架空線 路經(jīng)電纜線路進(jìn)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(fù)雜。 王四營站出線終端塔的塔位 座落在一運(yùn)輸公司的停車場內(nèi)，場內(nèi)停放大量集裝箱運(yùn)輸車，考慮到運(yùn)輸車進(jìn)出場的問題， 對(duì)方對(duì)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(nèi)，線路需繞開

6、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(cè)， 土壤條件為生活垃圾，垃圾深度達(dá) 4 米。轉(zhuǎn)角 塔均立于魚池中， 因此需對(duì)其基礎(chǔ)做特殊處理（重力式， 砌護(hù)坡 ）。此后線路向西轉(zhuǎn)角 8127 繼 續(xù)前進(jìn)約 1.3 公里， 先后跨過 2 處鐵路立交橋后向北轉(zhuǎn)角前進(jìn) 188 米，到達(dá)國棉 110kV 線路 T 接點(diǎn)處，此處需預(yù)留國棉110kV 線路的T 接位置。然后再向西轉(zhuǎn)角繼續(xù)前進(jìn)約1.8 公里， 線路向北轉(zhuǎn)角跨過通惠河再向西轉(zhuǎn)角至新建電纜小間處。 在此區(qū)段內(nèi)， 線路先后跨越了東郊 建材市場及四環(huán)路的四惠立

7、交橋。 對(duì)于四回線路到此為止， 而 220 千伏部分將跨過電纜小間 經(jīng)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(cè)廠房處， 然后與 電纜線路相接進(jìn)入西大望變電站。3.工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(qū)，其中王四營變電站為 80 年代初投運(yùn) 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(xiàn)有一高壓走廊，建有 110kV 線路 6 回（一雙回路和 四個(gè)單回路 ）及一路已停運(yùn)的 35kV 雙回線路。此高壓走廊為北京地區(qū)東側(cè)的主要高壓通道， 建成于

8、 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(yán)重老 化，線路達(dá)到三級(jí)水平。 同時(shí)由于地理上處于北京市近郊區(qū)， 現(xiàn)有高壓走廊兩側(cè)各類工礦企 業(yè)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(nèi)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(guī)劃方面還 是從目前東郊地區(qū)的現(xiàn)狀看，均不大可能實(shí)現(xiàn)。因而，只能利用現(xiàn)有高壓走廊進(jìn)行改造，將 高壓走廊內(nèi)現(xiàn)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(shè)新的線 路。鑒于這種情況，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的需要，提出將高壓走廊中的原有線路全部拆除，進(jìn)行重

9、新布置， 使現(xiàn)有高壓走廊可容納更多的高壓線路。 根據(jù)北京地區(qū)東部電網(wǎng)今后的發(fā)展規(guī)劃情 況，經(jīng)反復(fù)比較論證，我們?cè)诟邏鹤呃戎兄匦虏贾昧藘蓚€(gè) 220/110kV 四回線路、一個(gè) 220kV 雙回線路和一個(gè) 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(wǎng)改造對(duì)線路建設(shè)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(jù)目前北京電網(wǎng)的實(shí)際情況， 本工程新建四回線路的 220kV 線路的導(dǎo)線采用了四分

10、裂 400 平方毫米的導(dǎo)線，110kV 線路的導(dǎo)線采用了單分裂400 平方毫米的導(dǎo)線。3.2.2 現(xiàn)有塔型情況目前國內(nèi)建設(shè)的 220kV 線路多為 2X400 導(dǎo)線的雙回或單回線路。在 1992 年，我院根據(jù)當(dāng)時(shí) 的具體情況曾開發(fā)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(dǎo)線采用了 2XLGJ300/25 型鋼芯鋁絞線，110kV 線路的導(dǎo)線采用了 LGJ- 240/30 型鋼芯鋁 絞線，避雷線采用了非標(biāo)準(zhǔn)的LGJ- 60/35 型鋼芯鋁絞線。對(duì)于 4X400 導(dǎo)線的 220kV 線路在 國內(nèi)尚未見過報(bào)道， 我院過去開發(fā)的四回路鐵塔因?qū)Ь€截面較小不

11、能采用，因此必須考慮開發(fā)新的塔型。3.2.3 新塔型的開發(fā)鑒于北京城網(wǎng)改造的實(shí)際需求情況，系統(tǒng)規(guī)劃在不遠(yuǎn)的將來，北京地區(qū)需建設(shè)數(shù)條大截面導(dǎo) 線的 220kV線路，因此決定開發(fā)大導(dǎo)線截面的220/110kV 四回路鐵塔?？紤]到新塔型將主要用于城網(wǎng)改造中線路走廊非常緊張的城近郊區(qū)，線路經(jīng)過地區(qū)大多為居民區(qū)，人口密度很大，同時(shí)由于線路為多回線路同塔并架，220kV 線路為 4X400 導(dǎo)線，110kV線路為單 400 導(dǎo)線， 線路輸送容量很大， 一旦出現(xiàn)事故， 對(duì)系統(tǒng)的影響和人身安全的影響是 非常嚴(yán)重的， 因此提高線路運(yùn)行的安全可靠性成為新塔型設(shè)計(jì)的一個(gè)主要因素。為此， 在具體設(shè)計(jì)中， 主要考慮從以

12、下幾個(gè)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(dǎo)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(dǎo)線。 其次， 線路主要建于居民區(qū)， 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(shù)量較多， 在此種條件下， 提高導(dǎo)線張力對(duì)于降低塔高及鐵塔用量 沒有效果這一特點(diǎn)，適當(dāng)提高了導(dǎo)線安全系數(shù)，降低了導(dǎo)線的使用張力。 在充分考慮了鐵塔在今后使用中可能出現(xiàn)的具體情況， 經(jīng)反復(fù)比較綜合分析， 我們確定如下 的設(shè)計(jì)條件：a.最大設(shè)計(jì)風(fēng)速： 綜合華北地區(qū)，特別是北京地區(qū)的實(shí)際情況及鐵塔主要用于平原地帶，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速取為 25m

13、/s 。b 導(dǎo)地線型號(hào)及最大使用應(yīng)力：導(dǎo)線全部采用 LGJ-400/35 型鋼芯鋁絞線，220kV 線路采用四分裂導(dǎo)線，110kV 線路采用單分 裂導(dǎo)線，導(dǎo)線的最大使用應(yīng)力取77.372MPa，安全系數(shù) 3.0。避雷線考慮架設(shè) OPGW 復(fù)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(yīng)力取 129.026Mpa ，安全系數(shù) 4.4。同時(shí)為減小導(dǎo)地線的使用張力，在進(jìn)行導(dǎo)地線應(yīng)力計(jì)算時(shí)，將 年平均運(yùn)行應(yīng)力按最大使用應(yīng)力62.5%的比例分別降至 48.357MPa 和 80.641Mpa。c.設(shè)計(jì)使用檔距：特種塔水平檔距 350 米，垂直檔距 450 米直線塔水

14、平檔距 350 米，垂直檔距 450 米，綜合高差系數(shù) 3%。d 鐵塔安裝工況的要求：對(duì)于特種塔，除 90轉(zhuǎn)角及終端塔可按正常施工緊線外其它轉(zhuǎn)角塔施工時(shí)的安裝順序?yàn)樽陨?而下的一層橫擔(dān)一層橫擔(dān)的安裝 （一層一側(cè)的導(dǎo)線或地線已架好并打有臨時(shí)拉線，另一側(cè)緊 線或未架線的情況 ），不考慮一側(cè)的導(dǎo)地線均已架好并打有臨時(shí)拉線而另一側(cè)未架線的情況。220kV 線路四分裂導(dǎo)線的臨時(shí)拉線平衡系數(shù)取2000kg。其他導(dǎo)地線臨時(shí)拉線的平衡系數(shù)按規(guī)程規(guī)定取值。對(duì)于直線塔，考慮了導(dǎo)地線兩倍起吊工況及安裝錨線工況,其錨線對(duì)地夾角取20。在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了塔型的規(guī)劃工作，經(jīng)初步分析計(jì)算，確定了四種基本塔型，即直線塔；

15、025專角塔；2550轉(zhuǎn)角塔和 5090專角及 090終端塔。在這里，轉(zhuǎn)角度數(shù)的 分割沒有按一般慣例分為 30、60和 90，這是因?yàn)榻?jīng)初步分析計(jì)算，當(dāng)轉(zhuǎn)角度數(shù)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(chǎn) 250 的角鋼，線路所需 250 角鋼 必須進(jìn)口， 為了減少進(jìn)口角鋼的用量， 降低工程造價(jià)， 確定了上述轉(zhuǎn)角度數(shù)分割方案。 另外， 考慮到 220kV 線路的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 110kV 線路的重要性，同時(shí) 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(guī)劃過程中， 我們進(jìn)行了鋼管塔與角鋼塔的

16、方案比較工作， 并到有關(guān)生產(chǎn)廠家進(jìn)行了 實(shí)地調(diào)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(shè)計(jì)在國內(nèi)尚未見到， 同時(shí)，由于此塔的負(fù)荷很大 （塔上共架設(shè) 32 根導(dǎo)地線 ），如采用鋼管作為塔材其聯(lián)接部位不 易處理， 且無成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可供參考， 而受工期的限制又無法進(jìn)行研究， 最后經(jīng)認(rèn)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(duì)于本四回線路， 由于其所在位置為第一熱電廠的西南側(cè)， 正處于電廠的下風(fēng)頭， 根據(jù)有關(guān) 單位實(shí)際測得的污穢情況， 線路全部處于四級(jí)污穢地區(qū)。 為提高線路的抗污能力， 減少線路 的運(yùn)行維護(hù)工作量，導(dǎo)線耐張絕緣子串全部采用玻璃絕緣子， 導(dǎo)