CN107194522A - 一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及杆塔设计领域，公开了一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法。包括以下步骤：根据气象条件调查取值组合划分多个区段的气象组合；所需的气象、地形条件、导地线型式、极间距、海拔以及过电压倍数、间隙等条件设定归并过程，获取多个塔杆系列；在无约束条件下进行杆塔优化排位，获取每一塔杆系列的水平档距、垂直档距、塔高；选取不同水平档距的多个系列直线塔进行综合造价、水平档距利用率等比较，确定最优的系列(如4、5、6、7套等)直线塔的水平档距参数；根据最优排位方案，利用分布概率和累计概率统计确定的最优系列直线塔的垂直档距、塔高、Kv值的使用率，获取使用率较高的取值范围，确定系列直线塔的使用条件参数。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路杆塔设计技术领域，特别是一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法。
背景技术
在输电线路的本体工程造价中，杆塔工程造价占较大比重。从国内外800kV直流输电线路的设计情况来看，杆塔工程造价约占本体造价的30％，对于1100kV直流输电线路，杆塔造价占比更高。杆塔指标主要由杆塔的型式和使用条件决定，因此，杆塔系列策划是输电线路设计的一个重要环节，杆塔系列的策划是否合理，对输电线路工程的造价影响很大；杆塔的使用条件对杆塔指标起着关键的作用，很大程度影响工程整体投资。
同时，杆塔系列的合理性和安全性，是送电线路整体合理性和安全性的基础。当前尚没有针对1100kV直流输电线路提出过整套杆塔系列策划方案，所以1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法的确定非常必要。
发明内容
本发明的目的在于：通过一系列杆塔策划方法，在最低限度降低经济费用的基础上，制定出经济合理、输送电压等级最高、输送线路最长的输电线路，本发明公开了一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法。
本发明采用的技术方案是这样的：
一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，具体包括以下步骤：
步骤一、调查输电线路的温度、风速、覆冰厚度、海拔高度、地形分布及线路长度，根据调查取值组合划分M个区段的气象组合，所述M为整数；
步骤二、根据设计所需的气象、地形条件、导地线形式、极间距、海拔以及间隙条件进行归并，将所述M个区段的调查取值减少，获取N个塔杆系列，所述N为整数并小于M；
步骤三、分析N个杆塔系列沿线过电压分布的情况，根据过电压分布及海拔对杆塔间隙进行区分，并根据电压分布范围设置塔头和塔重；
步骤四、选取一套直线塔、二套直线塔、三套直线塔、四套直线塔、五套直线塔、依次到K套直线塔，共计K个系列直线塔方案，每个系列直线塔含对应套数的直线塔，在无约束条件下进行杆塔优化排位，获得整条输电线路上的最优排位方案，并获取每一系列杆塔的水平档距、垂直档距、塔高，所述K为整数且大于等于1；
步骤五、比较K个系列直线塔水平档距利用率以及造价情况，在比较结果中选取不同水平档距的第A系列直线塔方案，所述A为整数，且1≤A≤K；
步骤六、在无约束条件排位方案，利用分布概率和累计概率进一步确定对应不同水平档距的第A系列直线塔的垂直档距、塔高和Kv值，获取直线塔的水平档距、垂直档距、塔高和Kv值的设置值，所述Kv值是杆塔系列水平档距和垂直档距的比值；
进一步地，上述归并包括风速的归并过程，选取出现频率最高的E个风速，将未选取的风速归并至最接近的被选取的风速，所述E为整数，且E小于M。
进一步地，上述归并包括海拔高度的归并过程，在零到最高海拔之间以不同间隔划分海拔区间，统计海拔区间的占比，选取塔重系数小、气象组合设计的海拔区间类型较少的海拔区间归并方式。
进一步地，上述归并包括冰区的归并过程，冰区之间覆冰厚度的取值间隔为5mm～10mm，将塔重近似的冰区归并在一起。
进一步的，所述步骤三的具体过程为：(1)分别针对直流输电线路额定功率运行工况和最小功率运行工况进行仿真研究，将每一个杆塔系列的输电线路分为T个区段，从所述T为整数，且T大于等于1，从整流侧出口沿直线每段间均进行线路接地故障仿真计算，记录故障极和非故障极暂态过电压最大值和最小值所在的位置，确定沿线过电压分布；(2)依据过电压分布情况区分不同区段过电压倍数，结合海拔分布，确定相应间隙值，对杆塔间隙进行区分；(3)根据输电线路相应的风速资料，计算塔头带电体与最近的接地体的距离，并针对对应间隙确定塔头尺寸和估算塔重。
进一步地，上述方法还包括直线塔的塔型系列策划过程：划分区间类型，包括一般地段、重冰地段、大风地段、走廊拥挤地段；根据所述区间类型的特征，选取不同的塔型。
与现有技术技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：通过气象划分、归并以及地形条件、导地线形式、极间距、海拔以及过电压分布、间隙等条件设定归并过程，制定出了输电电压最高、输电线路最长的输电线路，并在此基础上，极大地减少了占地面积和工程费用。
附图说明
图1为本发明1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，如图1所示，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，具体包括以下步骤。
步骤一、调查输电线路的温度、风速、覆冰厚度、海拔高度、地形分布及线路长度，根据调查取值组合划分M个区段的气象组合，所述M为整数。
步骤二、根据设计所需的气象、地形条件、导地线型式、极间距、海拔以及间隙条件进行归并，将所述M个区段的测量取值减少，获取N个塔杆系列，所述N为整数并小于M。
优选的，上述归并包括风速的归并，对相邻的风速区进行归并；选取全线出现频率最高的E个风速，将未选取的风速归并至最接近的被选取的风速。进一步地，上述归并包括冰区的归并，冰区之间覆冰厚度的取值间隔为5～10mm，将塔重近似的冰区归并在一起。
例如，某工程风区划分如表1，全线共计6个风区，根据各风区长度归并后，设计风速取值为全线出现频率最高的3个风区。
表1 风速归并及其分布表
进一步地，上述归并包括海拔高度的归并，在零到最高海拔之间以不同间隔划分海拔区间，统计海拔区间的占比，选取塔重系数小、每个气象组合设计的系列数较少的海拔高度分级方式。
以海拔0～2500m为列，如表2和表3为以500m和1000m为间隔的海拔区间以及海拔区间的占比和对应条件下的塔重系数，以1000m为间隔时包括两种归并方式，则可计算出不同海拔区段的加权塔重系数。
表2 以500m为间隔的海拔区间及其占比
注：上表中Lp1～Lp5，Ls1～Ls5代表平地、山地海拔范围内长度；a1％～a5％，b1％～b5％代表平地、山地海拔范围路径内长度百分比；p1～p5、s1～s5代表平地、山地在不同海拔范围内的塔重系数。
表3 以1000m为间隔的海拔区间及其占比
注：上表中c11％～c13％、c21％～c23％，d11％～d13％、d21％～d23％分别代表归并方式一、二下平地、山地海拔范围路径内长度百分比；p11～p13、p21～p23，s11～s13、s21～s23代表归并方式一、二下平地、山地在不同海拔范围内的塔重系数。
各海拔范围加权塔重系数计算如下：
①按表2以500m一级分别策划的系列加权塔重系数计算如下：
Q平地＝∑ai％×pi(i＝1、2……5)
Q山地＝∑bi％×si(i＝1、2……5)
②如表3海拔按0－1000m、1000m－2000m、2000m－2500m分级的加权塔重系数计算如下：
Q平地＝∑c1i％×p1i(i＝1、2、3)
Q山地＝∑d1i％×s1i(i＝1、2、3)
③如表3海拔按0－500m、500m－1500m、1500m－2500m分级的加权塔重系数计算如下：
Q平地＝∑c2i％×p2i(i＝1、2、3)
Q山地＝∑d2i％×s2i(i＝1、2、3)
注：1、上式中Q平地、Q山地分别代表各海拔区段划分下的加权塔重系数。
2、pi、p1i、p2i；si、s1i、s2i表示表2、表3中平地、山地在各种归并方法下，不同海拔的塔重系数。
3、ai％、c1i％、c2i％；bi％、d1i％、d2i％标示表2、表3中平地、山地在各种归并方法下，海拔区段占比。
在工程中海拔划分越细，加权塔重系数越小，即经济性越好。
从海拔分布来看，海拔间隔的选择应考虑分布更为均匀，而对一些区段少，长度短的海拔范围则应采用归并方式以减少杆塔系列。
步骤三、分析N个杆塔系列沿线过电压分布的情况，根据过电压分布对杆塔间隙进行区分，并根据电压分布范围结合海拔设置塔头和塔重。所述步骤三的具体过程为：(1)分别针对直流输电线路额定功率运行工况和最小功率运行工况进行仿真研究，将每一个杆塔系列的输电线路分为T(T为整数且大于等于1)个区段，从整流侧出口沿直线每段间均进行线路接地故障仿真计算，记录故障极和非故障极暂态过电压最大值和最小值所在的位置，确定沿线过电压分布；(2)依据过电压分布情况区分不同区段过电压倍数，确定相应间隙值，对杆塔间隙进行区分；(3)根据输电线路相应的气象资料，计算塔头范围内带电体与最近的接地位置的距离，并针对对应间隙确定塔头尺寸和塔重。
如线路在全线共分成T段，并对记录每段出现故障时对应的过电压数值。结合杆塔系列策划情况，对应过电压倍数对应间隙所需要的铁塔尺寸和重量，对全线所有过电压数值进行归并。如过电压最高点出现在线路中点，最高为1777kV，过电压倍数从1.50p.u变化至1.65p.u时，线路对应长度分别为L1～LT，(L1、L2……LT所述为各过电压倍数所占线路长度)，海拔分布为h1～hT(h1、h2……hT所述为各过电压倍数所占海拔区段)。依据上述过电压倍数、海拔分布不同对线路进行策划，增加杆塔系列策划中过电压倍数的选取，依据沿线过电压分布，选取差异化间隙、塔头尺寸等参数，相比较以往采用一种间隙的策划方式，提高了系列策划利用率，同时降低了工程投资。
步骤四、在无约束条件即不设其它限制条件下进行杆塔优化排位，获得整条输电线路上的最优排位方案,并获取K类直线塔每一塔杆系列所有的水平档距、垂直档距、塔高。
通过分布概率和累计概率统计杆塔系列中直线塔水平档距、垂直档距、塔高的分布情况，从而可以确定出水平档距、垂直档距、塔高分布的集中区段。
步骤五、统计一套直线塔、二套直线塔、三套直线塔、四套直线塔、五套直线塔……K套直线塔，共计K个系列直线塔方案，每个系列直线塔含对应套数的直线塔，同时共计K类直线塔水平档距利用率以及造价情况，在比较结果中选取不同水平档距的系列直线塔方案。在每类直线塔中设置一种最大水平档距取值进行计算，随着塔数增加综合造价降低，但降低率减少，但塔数过多会导致维护制造困难，选取综合造价较低、水平档距利用率较高的不同水平档距的第A系列直线塔(A为整数，1≤A≤K)。
例如，选择某工程杆塔设计情况如表4所示，共采用四个系列直线塔，此时A＝4，进行比选，最终结合综合造价，维护制造等情况，确定四套直线塔系列方案。选取结果如表5所示，其中一塔代表一套直线塔，二塔代表二套直线塔，三塔代表三套直线塔，四塔代表四套直线塔。
表4 不同塔数的直线塔的参数情况
表5 四塔直线塔的水平档距策划情况
步骤六、根据最优排位方案，利用分布概率和累计概率统计第A系列直线塔的垂直档距、塔高、摇摆角系数Kv值的使用率，获取使用率较高的取值范围，根据水平档距值进一步确定对应不同水平档距的系列中各直线塔的垂直档距、塔高和摇摆角系数Kv值，获取直线塔的水平档距、垂直档距、塔高、摇摆角系数的设置值。
根据优化排位方案统计结果，确定摇摆角系数Kv值的范围。如果摇摆角系数Kv取值过小，就会使杆塔塔头增大，从而使总杆塔塔重增加。如果摇摆角系数Kv取值过大，就会使很多杆塔实际定位时实用性较差。如果将摇摆角系数Kv较排位查得的值适当加大，将个别不满足摇摆角要求的杆塔适当加高或改塔型，从而降低总的杆塔重量。因结合工程沿线地形根据优化排位方案统计结果，获取第A系列直线塔Kv取值。
根据上述方法，在系列策划中对直线塔的使用水平档距、垂直档距进行局部调整，同时结合工程实际交叉跨越情况，增加高跨塔型。
此外，直线带0～3°转角度数利于路径选择调整，同时施工也比耐张塔方便，避开房屋障碍物具有明显的经济效益。根据以往线路的设计经验，±800kV线路设计根据水平档距条件折算，一般为0～3°内策划转角度数。转角度数太大将引起施工和运行检修不便。
根据以上条件，形成直线塔及直线转角塔最终系列策划成果
进一步地，上述方法还包括直线塔的塔型选取过程，划分区间类型，包括一般地段、重冰地段、大风地段、走廊拥挤地段；一般地段选用混凝土耗量少、征地面积少的整体式干字型塔；转角度数小、塔位场地选择不受限的重冰地段塔位，选用分体式耐张塔，转角度数较大或地形复杂、场地受限的重冰地段塔位，选用整体式耐张转角塔；大风地段塔的横担选用下折臂方式，用于减小塔单侧受力不均匀的情况；走廊拥挤地段选用F塔型，用于减小走廊宽度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、调查输电线路的温度、风速、覆冰厚度、海拔高度、地形分布及线路长度，根据调查取值组合划分M个区段的气象组合，所述M为整数；
步骤二、根据设计所需的气象、地形条件、导地线形式、极间距、海拔以及间隙条件进行归并，将所述M个区段的测量取值减少，获取N个塔杆系列，所述N为整数并小于M；
步骤三、分析N个杆塔系列沿线操作过电压分布的情况，根据操作过电压和海拔分布对杆塔间隙进行区分，并根据过电压分布范围设置塔头和估算塔重；
步骤四、选取一套直线塔、二套直线塔、三套直线塔、四套直线塔、五套直线塔，依次到K套直线塔，共计K个系列直线塔方案，每个系列直线塔含对应套数的直线塔，在无约束条件下进行杆塔优化排位，获得整条输电线路上的最优排位方案，并获取每一系列杆塔的水平档距、垂直档距、塔高；所述K为整数且大于等于1；
步骤五、比较K个系列直线塔水平档距利用率以及造价情况，在比较结果中选取不同水平档距的第A系列直线塔方案；所述A为整数，且1≤A≤K；
步骤六、在无约束条件排位方案，利用分布概率和累计概率进一步确定对应不同水平档距的第A系列直线塔的垂直档距、塔高和Kv值，获取直线塔的水平档距、垂直档距、塔高和Kv值的设置值，所述Kv值是杆塔系列水平档距和垂直档距的比值。
2.如权利要求1所述的1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，其特征在于，所述归并包括风速的归并过程，选取出现频率最高的E个风速，将未选取的风速归并至最接近的被选取的风速，所述E为整数，且E小于M。
3.如权利要求1所述的1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，其特征在于，所述归并包括海拔高度的归并过程，在零到最高海拔之间以不同间隔划分海拔区间，统计海拔区间的占比，选取塔重系数小、气象组合设计的海拔区间类型较少的海拔区间归并方式。
4.如权利要求1-3中任一项所述的1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：(1)分别针对直流输电线路额定功率运行工况和最小功率运行工况进行仿真研究，将每一个杆塔系列的输电线路分为T个区段，所述T为整数，且T大于等于1，，从整流侧出口沿直线每段间均进行线路接地故障仿真计算，记录故障极和非故障极暂态过电压最大值和最小值所在的位置，确定沿线过电压分布；(2)依据过电压分布情况区分不同区段过电压倍数，结合海拔分布，确定相应间隙值，对杆塔间隙进行区分；(3)根据输电线路相应的风速资料，计算塔头带电体与最近的接地体的距离，并针对对应间隙确定塔头尺寸和估算塔重。
5.如权利要求4所述的1100kV特高压直流输电线路杆塔系列策划方法，其特征在于，所述方法还包括直线塔的塔型系列策划过程：划分区间类型，包括一般地段、重冰地段、大风地段、走廊拥挤地段；根据所述区间类型的特征，选取不同的塔型。
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