500 kV 重冰区同塔双回路垂直线间距离设计探讨

第37卷第5期四川电力技术Vo1．37，No．52014年l0月SichuanElectricPowerTechnologyOct．12014500kV重冰区同塔双回路垂直线间距离设计探讨张驰，张海平周亮(四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都610016)摘要：为保证导线间和导地线间不同期脱冰的静态接近电气安全距离，通过对典型5档线路不均匀冰模型在不同工况下所要求的垂直线间距离进行计算，讨论了在不同档距情况下上层导地线覆冰状态校验条件，并给出了垂直线间距离推荐值，可为500kV重冰区同塔双回线路塔头设计提供参考。关键词：重冰区；同塔双回线路；不均匀冰静态弧垂；垂直线间距离；塔头设计Abstract：Theapplicationofvideomonitoringsystemtotheauxiliarysysteminsmartsubstationisintroduced，andtheapplica—tionsituationofintelligentlinkagebetweenvideomonitoringsystemandsubstationsupervisioncontrolsystemareintroducedtoo．Themainwayatpresentadoptedbyvideomonitoringsystemandsupervisioncontrolsysteminsmartsubstationisdis—cussed，and5feasibleintelligentlinkagemodesaregiven．Thedifferentwaysarestudiedandanalyzedasviewedfromthein—putmode，theapplicationmode，theeconomy，thereliabilityandtheapplicabilityandSOon，andthustheapplicationpros-pectsofdifferentwaysoflinkageareputforward．Acombinedlinkagewithgoodpracticalityfortheadvancedapplicationofvideolinkageinsmartsubstationisproposed，whichhasbeensuccessfullyappliedto110kVsmartsubstation．Keywords：smartsubstation；videomonitoring；SCADAsystem；intelligentlinkage中图分类号：TM853文献标志码：A文章编号：1003—6954(2014)05—0001—04很大，垂直排列的导地线为避免在档距中央瞬间动0引言态接近闪络，在塔头布置时主要靠足够的水平位移来保证脱冰动态接近安全_1。西部川、滇、藏地区蕴藏着丰富的水电资源，但按照《重覆冰架空送电线路设计技术规程》(以这些地区自然环境恶劣、人文社会环境复杂。随着下简称重冰规程)10．0．4条规定，“重覆冰线路导线水电送出线路的增多，线路走廊资源日渐稀缺，以致和地线在档距中央的距离除满足过电压保护要求于传统上采用单回路架设的高海拔、重覆冰线路也外，还要校验导线和地线不同期脱冰时的静态接近有了采用同塔双回架设的要求。距离，此距离不应小于线路操作电压的间隙值”。目前，500kV重冰区同塔双回线路在国内尚无因此，垂直排列的重冰区双回路塔上下层导地线之应用实例，其瓶颈问题主要是无法准确把握不同工间还需留有足够的垂直线间距离以保证静态接近安况下导地线脱冰跳跃高度和横摆距离规律，因而缺全。针对上述校验，规程中仅对下层导线给出了校乏重冰区同塔双回线路铁塔外形尺寸设计的指导原则。近年来，国内外学者通过模拟试验和数值分析核条件，而未对上层导地线的覆冰状态进行规定，计等方法对导地线脱冰响应进行了大量研究¨引，得算发现上层导地线覆冰状态对导地线垂直线间距离出了很多具有工程实用价值的结论。文献[13]采的影响与下层导线相当，因此，有必要对上层导地线用有限元方法对各种脱冰工况下导线脱冰动力响应不同覆冰工况下所要求的垂直线间安全距离进行讨进行研究，得出了导线冰跳高度工程实用简化计算论，从而确定不同期脱冰时上层导地线覆冰状态，为公式(H=1．8say，af是导线脱冰前后静止状态下的500kV重冰区同塔双回线路塔头设计提供参考。弧垂之差)。据上述公式计算等档距500in的典型7档耐张段在脱冰率为80％的情况下，任意单档导1不均匀冰导线应力和悬垂绝缘子串线冰跳高度都将达到25In以上。鉴于冰跳高度偏移计算基金项目：国家电网公司基建新技术科技项目(SXYM2012一FS2一O3)计算不均匀冰时上下层导地线之间静态接近安·1· 第37卷第5期四川电力技术Vo1．37，No．52014年1O月SichuanElectricPowerTechnologyOct．，2014全距离需先计算可不均匀冰情况下耐张段内各档静对上下层导地线的覆冰状态主要考虑如下3种态弧垂，而静态弧垂计算实质即为不均匀冰导地线工况。应力和悬垂绝缘子串偏移值计算。工况1：考虑上层导(地)线弧垂为所有档耐张段架线时，各档导地线水平应力相等，直线100％均匀覆冰弧垂，下层导线脱冰弧垂取值为：校塔的悬垂绝缘子串垂直。当外界气象条件变化时核档分别脱冰100％或脱冰80％，其余档均100％(非架线工况)，由于档距及高差不等或者外力(冰、覆冰。其示意图如图1。风等)荷载在各档的不均匀分布，造成耐张段内各g~UI-1*tt档应力有差别，进而使导线上出现纵向不平衡张力，致使悬垂绝缘子串出现偏移或导线在线夹内滑动现象¨。重冰区线路不均匀覆脱冰是引起不平衡张力的主要原因。不均匀冰导地线应力和悬垂绝缘子图1工况1上下层导地线的覆冰状态串偏移值可通过以下公式进行精确迭代计算刮工况2：考虑上层导(地)线弧垂为校核档80％itfos13i)"×[()一均匀覆冰，其余档均100％脱冰时弧垂；下层导线脱。，(孚)]1△fi：—{}(1)冰弧垂取值为校核档分别脱冰1o0％或脱冰80％，co82口I(¨嚣小‘O"i-O-m)]++△tm-tm)J其余档均100％覆冰。其示意图如图2。．[(+Tili'~i+lli+l++To'ihi)+詈]÷c竿+鲁(2)=Al=Al￡+△f2⋯+△f(3)图2工况2上下层导地线的覆冰状态式中，z为档距(I12)；为高差角(。)；为膨胀工况3：考虑上层导(地)线弧垂为校核档系数(1／~C)；E为弹性系数；￡为架线时气温(℃)；100％均匀覆冰，其余档均100％脱冰时弧垂；下层为应力(N／mm)；At为考虑初伸长降温等效温导线脱冰弧垂取值为校核档分别脱冰100％或脱冰80％，其余档均100％覆冰。其示意图如图3。度(℃)；为比载(N／cm·mm)；t为不均匀冰时气温(℃)；ori为应力(N／mm)；为比载(N／cm·mm)；Al为档距增量(m)；A为导地线截面，mm；h为高差，m；A为悬垂绝缘子串长，m；G为荷载，N。图3工况3上下层导地线的覆冰状态2重冰区同塔双回典型5档线路不均匀冰计算模型3重冰区同塔双回典型5档线路直线塔垂直线间距离计算按重冰规程5．0．2条，重冰区耐张段不宜超过3km。因此本次研究以5个等档距连续档(档距分工况1：考虑上层导(地)线弧垂为所有档100％别为300m、400m、500m、600m)覆冰为模型，中间均匀覆冰弧垂，下层导线脱冰弧垂取值为校核档分别档脱冰弧垂变化最大，因此以中间档(第3档)为校脱冰100％或脱冰80％，其余档均100％覆冰。经上核档对直线塔垂直线间距离进行研究。述工况计算，其垂直线间距离要求如表1。外部边界条件：导线为4XLGJ一500／45，地线工况2：考虑上层导(地)线弧垂为校核档80％为2根OPGW一150。导线采用“VVV”垂直排列方均匀覆冰，其余档均100％脱冰时弧垂；下层导线脱式，V串垂直方向串长5．7rll，串重为1100kg。考冰弧垂取值为校核档分别脱冰100％或脱冰80％，虑海拔高度为2500ITI，相间工频电压间隙值2．6其余档均100％覆冰。经上述工况计算，其垂直线m，相间操作过电压间隙值5．5ITI。间距离要求如表2。 第37卷第5期四川电力技术V01．37。No．52014年l0月SichuanElectricPowerTechnologyOct．。2014表1工况1垂直线间距离要求值率不低于设计冰重的80％，为避免极端条件控制塔头，同时满足规程要求，则层间距取下层导线脱冰212况。。100％和80％时计算值的平均。此外，由于重冰区地线均匀覆冰弧垂／m8．315．223．533．7线路铁塔呼称高都较高，地线所处环境最为恶劣，为上层导线均匀覆冰弧垂／m16．125．236．349．8保证地线冰凌过载情况下与上相导线之间的电气安下层导线脱冰100％弧垂／m10．014．220．430．7全距离，地线支架高度取下层导线脱冰100％计算下层导层蹙间m％要求l⋯1．616．52⋯1．424．6值。根据上述3种工况计算结果如下。档距为3001TI时，直线塔导线垂直线间距离在下地线支璺架高度／％m要求2．054．756⋯．856．‘753种工况下分别应取10．9m、16m、16．9m；地线支下层导线脱冰80％弧垂／nl11．416．924．636．1架高度分别应取2．05rrl、4．25m、4．95m。工况1下层导线脱冰80％要求层间距／m10．213．817．219．2不同期脱冰静态接近要求导线间垂直距离仅10．9下层导雀支璧架高。度／m要求地线O．652．052⋯．651．351TI，地线支架高度仅2．05m。按此条件布置塔头，则层高完全由间隙圆控制，则中相导线和地线、上下相注：以上弧垂包括串长。导线之间由于冰跳高度的不确定性仍然存在电气安表2工况2垂直线间距离要求值全风险。同时考虑到重冰区线路一般在高海拔山区工况档距／m3004OO50o600走线，连续档档距仅300m的概率很小，因此300m地线不均匀覆冰最大弧垂／m10．5l8．426．436．2左右档距的连续档直线塔层高和地线支架高度不应上层导线不均匀覆冰最大弧垂／m21．234．247．160．9按工况1计算取值，建议直线塔层高按工况2计算下层导线脱冰100％弧垂／m10．014．220．430．7取值，地线支架高度按工况3计算取值。下层导线脱冰100％要求层间距／m16．725．532．235．7档距为400m时，直线塔导线垂直线间距离在下层导线支璺架高度／％m要求地线4一．257．959．759．。253种工况下分别应取15．15m、21．2m、25．45m；地下层导线脱冰80％弧垂／m11．416．924．636．1线支架高度分别应取4．75m、7．95m、8．35m。若下层导线脱冰80％要求层间距／m15．322．82830．3按单独考虑工况2或者工况3计算取值，则塔头尺下层导线支璺架高度／m要求地线2一．855．255一．553．。85寸完全由不同期脱冰静态接近要求值控制，此时塔头尺寸过大，铁塔结构安全性得不到保证。若按工注：以上弧垂包括串长。况1计算取值，该值比300m档距要求值还略小。工况3：考虑上层导(地)线弧垂为校核档因此400m左右档距的连续档直线塔层高和地线支100％均匀覆冰，其余档均100％脱冰时弧垂；下层架高度建议按工况1和工况2统一考虑计算取值。导线脱冰弧垂取值为校核档分别脱冰100％或脱冰档距500m为时，直线塔导线垂直线间距离在80％，其余档均100％覆冰。经上述工况计算，其垂3种工况下分别应取l9．3m、30．1lrl、31．5m；地线直线间距离要求如表3。支架高度分别应取5．85m、9．75m、10．05m。若按表3工况3垂直线间距离要求值单独考虑工况2或者工况3计算取值，则塔头尺寸工况。。6。。过大，铁塔结构安全性得不到保证。因此500m左右档距的连续档直线塔层高建议按工况1计算取地线不均匀覆冰最大弧垂／m11．218．826．736．5值。建议地线支架高度按工况1和工况2统一考虑上层导线不均匀覆冰最大弧垂／m22．135．548．562．1下层导线脱冰100％弧垂／m10．014．220．430．7计算取值。同理，档距为600m时若按单独考虑工下层导线脱冰100％要求层间距／I'll17．626．833．636．9况2或者工况3计算取值，则塔头尺寸过大，铁塔结下地线支璺架高度％／要求4．958．3510．059．55构安全性得不到保证。因此6001TI左右档距的连续m一一档直线塔层高建议按工况1计算取值；地线支架高下层导线脱冰80％弧垂／m11．416．924．636．1度按工况1和工况2统一考虑计算取值。下层导线脱冰8o％要求层间距／m16．224．129．431．5综上所述，在文中典型5档线路不均匀冰计算下曼地曼线釜支壁架高。度／m要求3一．555一．655一．854．15模型和研究边界条件下，各档距的不同期脱冰上层注：以上弧垂包括串长。导地线覆冰状态校核条件和塔头控制尺寸推荐如表按重冰规程，下层导线校核条件为校核档脱冰4 第37卷第5期四川电力技术V01．37。No．52014年1O月SichuanElectricPowerTechnologyOct．。2014SheddingonOverheadGroundWires[J]．Computers&Structures2007(85)：375—384．4结论[6]刘和云．架空导线覆冰与脱冰机理研究[D]．武汉：华中科技大学，2001．(1)通过建立典型5档线路不均匀冰计算模[7]晏致涛，李正良，汪之松．重冰区输电塔一线体系脱冰型，计算得出等档距3001TI、400in、500in和600in振动的数值模拟[J]．工程力学，2010，27(1)：209-214．在导地线3种不同覆冰工况下所要求的垂直线间距[8]陈勇，胡伟，王黎明，等．覆冰导线脱冰跳跃特性研究离(见表1一表3)。[J]．中国电机工程学报，2009，29(28)：115—121．(2)综合考虑重冰区工程应用情况和铁塔结构[9]胡伟，陈勇，蔡炜，等．1000kV交流同塔双回输电线路安全性，同时结合不同工况下垂直线间距离计算值，导线脱冰跳跃特性[J]．高电压技术，2010，36(1)：275推荐了实际工程中不同档距下上层导线或地线覆冰—280．状态校验条件(见表4)。[10]易文渊．特高压输电塔线体系脱冰动力响应数值模(3)给出了300ITI、400In、500In和600in档距拟研究[D]．重庆：重庆大学，2010．下导线间垂直线间距离和地线支架高度推荐值(见[11]夏正春．特高压输电线的覆冰舞动及脱冰跳跃研究表4)，为500kV重冰区同塔双回线路塔头设计提[D]．武汉：华中科技大学，2008．[12]陈科全，严波，郭跃明，等．超高压输电线脱冰动力响供参考。应数值模拟[J]．重庆大学学报，2009，32(5)：544—参考文献549．[13]严波，郭跃明，陈科全，等．架空输电线脱冰跳跃高度[1]V．T．Morgan，D．A．Swift．JumpHeightofOverhead—的计算公式[J]．重庆大学学报，211O9，32(II)：1306LineConductomaftertheSuddenReleaseofLceloads—1310．[J]．ElcetricatEngineers，ProceedingsoftheInstitution[14]DL／T5440—2009，重覆冰架空输电线路设计技术规of，111(10)：1736—1746．程[S]．中国电力出版社，2009．[2]J．R．Stewart．IceasanInfluenceonCompactLinePhase[15]刘庆丰．输电线路不平衡张力分析与计算[J]。电力spacing[C]．ProceedingsofIWAIS，Hanover，Mew自动化设备，2006，26(1)：93—95．Hampshire．1983：77—82．[16]张殿生．电力工程高压送电线路设计手册(第2版)[3]G．McClure．J．Rousselet．R．Beauchenmin．SimulationofIce—sheddingonElectricalTransmissionLinesUsing[M]．北京：中国电力出版社，2004．作者简介：ADINA[J]．ComputerandStructmres，1993(47)：523—536．张驰(1973)，本科，工程师，研究方向为高电压技术[4]M．RoshanFekr．G．Mcclure．NumericalModelingof与绝缘配合、高海拔重冰区输电技术；theDynamicResponseofIce—sheddingonElectric张海平(1985)，硕士。工程师，研究方向为高电压技术TransmissionLines[J]．AtmosphericcResearch，1998与绝缘配合、特高压输电技术；(46)：1—11．周亮(1980)，硕士，工程师，研究方向为高电压技术[5]T．Kalman．M．Farzaneh．G．McGlure．NumericalAnaly—与绝缘配合、特高压输电技术。sisoftheDynamicDefectsofShock—load—inducedIce(收稿日期：2014—08—12)·d·