0 引言
220kV输电线路在该地区是系统中各厂、站重要的联络线，新建220kV输变电工程，建设规模主变容量最终为3×180MVA，220kV出线4回110kV出线最终12回，变电站位于30mm重冰区变、输电专业进出线的合理配合，对项目建设中节约土地、降低施工难度、减少投资有显著的作用，同时也能满足后期设备设施的安全运行。
笔者结合在云南昭通镇雄县位于1885m高海拔、30mm重冰区新建的一项220kV输变电工程220kV进出线规划专业配合进行分析介绍。
1 专业配合的主要问题
1.1 变电场地的布置
受国土空间规划及变电站建设用地指标的限制，很多地方基本农田、生态红线等，进出线配合不当，会引起电气间隙不满足规程要求，影响总体的出线相互占用通道、通道变窄。
1.2 专业配合
线路专业终端采用水平排列的杆塔，横担很宽一般会约有20m的宽度，变电和线路专业若不进行密切和有效的技术配合，会造成其它间隔出线困难。
2 设计和运行的基本要求
2.1 安全性
配电装置最小安全净距要求。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064-2014）以及《高压配电装置设计规范》DL/T5352-2018中第5节配电装置的型式与布置,配电装置的最小安全净距修正按照2000米海拔。如下表1
表1 220kV配电装置的最小安全净距
输电线路的最小间隙要求。根据《110～750kV架空输电线路设计技术规范》（GB50545-2010）规定的间隙要求，及《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064-2014）要求相关公式，如式（1）所示。
（1）
式中：m=1；
经计算绝缘间隙海拔1000m时应较0m海拔时增加U（PH1000）/U（P0）=1.13倍，绝缘间隙海拔2000m计算时应增加U（PH2000）/U（P0）=1.28倍。海拔2000m较1000m绝缘间隙应增加1.13倍，故高海拔修正后输电线路带电部分与接地构件的最小间隙，如下表2
表2
配电装置与架空线路配合的最小间隙按2200mm控制。
结构方面要求。根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》（高压配电装置相关计算)及《变电站建筑结构设计规程》(DL/T5457-2012)规定，各电压进出线对构架垂直线允许的偏角值控制在10度左右，终端塔转角控制在30度以内；220kV构架最大使用张力导线按每相800~1000kg，地线张力按每相400~500kg控制。
2.2 典型设计
常规变电站出线构架。依据《中国南方电网公司110kV~500kV变电站标准设计V2.1》常规地区220kV变电站标准设计。220kV配电装置进出线挂点的相间距为4米，设备相间距为3.5米。进出线门型构架高度15米，分段间隔宽度22米，其余间隔宽度13米。变压器间隔构架高度15米，宽13米。暂无30mm重覆冰区的典型模块。
图1：220kV局部出线平面
3 专业配合原则
3.1 基本要求
安全方面。满足配电装置、输电线路最小安全净距，满足配合的电气安全距离要求；构架和终端杆塔受力、结构设计合理、可靠；
政策方面。变电站布置尽量紧凑节约土地；出线合理节约通道资源。
技术方面。适应性好能够满足本期及远期线路不同项目的接入要求，出线方便合理投资省。
运行方面.设计合理满足冰期输变电设施设备的脱冰、融冰融冰时的运行要求，日常运行维护方便。
3.2 专业的配合基础条件
在配合方面应以线路的专业要求为基础，开展配合，线路专业的基础重冰规程的相关要求为基础开展配合，如下：
因水平排列方式结构较好，在重冰区的杆塔设计中一直使用，故仅考虑水平排列方式的电气间隙，在校核覆冰工况、脱冰舞动跳跃、风偏下的电气间隙后，减小相间距离。
《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T5440-2009）中第10.0.2条、第11.0.1规定：“可较《110-750kV架空输电线路设计规范》导线水平间距要求值加大5%-15%”。1000m海拔以下的水平线间距，如式（2）所示
（2）
式中：Lk为悬垂串长，m；fc为弧垂，m；L为线路档距，m；
g为计算比载，N/（m·mm2）；σ0为计算应力，N/mm2。
按设计计算2000m高海拔较上述增加15%的距离。其中：2000m高海拔Li悬垂绝缘子串220kV为16片串长3.02m；
按运行及设计经验导地线档距在大于一定值后，防断股和断线能力较差，故推荐重冰区的档距在300m以下，有较好的防断线和断股能力。220kV导线采用JLHA1/G1A-400/50钢芯铝合金绞线弧垂K值为1.263×10-4，弧垂为11.4m.故杆塔水平距离的D需不小于4.2m，重冰区增大15%后不小于4.83m。
考虑‘重冰区导线与地线间的水平偏移2.5m’，为7.33m；考虑终端转角不大于30°，增加1.05倍；考虑增加带电作业活动范围不小于0.5m/相。故终端塔单侧横担宽不小于9.7米。终端塔塔头规划布置方式，如下图2
图2：终端塔规划布置
4 配合分析
如下如所示，以a0间隔中心o为起点，按出线间隔顺序由a0至an布置，线路间距不小于最大风偏4米（计算时再加1米跳线风偏），构件边线距构架边距不小于2.5米，出线档距一般控制在60m左右，为减小配合难度构架按d1和d2两种不等宽构架组合，分析线路与变电进出线配合的相互影响。配合示意，如下图3
图3：220kV出线布置示意图
构架宽度和间隔布置次序变化的影响。以下给出出线构架d1和d2宽度从13~21米的1米为级差的组合，对a0至an出线间隔与出线线路偏移角度θ的影响是不一样的。不同宽度构架及不同位置间隔构架，其偏移起始点o的距离为Aan，其出线偏移夹角θ利用三角关系式推算，其中i为行、j为列（同一行为间隔位置不变、构架宽度变，同一列为构架宽度不变、间隔位置变），利用mathcad计算式（3）、（4）如下：
（3）
式中：第一个a1间隔构架的偏移距离,dj是d1和d2不等宽构架组合的等效宽度，其中最小的组合是13m和14m为13.5m，最大的是20m和21m的为20.5m。
（4）
第i个出线出线构架，第j种不同构架宽度组合的偏移距离，计算偏移距离A，列矩阵得。
偏移夹角θ，列矩阵式（5）得
（5）
式中：θi.j，为第i个出线构架与第j种不同构架宽度组合的偏移角度，°；
计算，得
及偏移夹角与构架宽度及布置顺序的关系，如下图4
图4：偏移夹角与构架宽度及布置顺序关系图
从上可以看出：等效构架宽度从13-21米，越宽出线偏角角度越小；构架出线次序从a0至a4构架方向越往外侧，出线角度越大。
根据《电力工程电气设计手册电气一次部分》高压配电装置相关计算，各电压进出线对构架垂直线允许的偏角值，如下表3：
表3 构架允许偏移角度
一般要求出线对构架的垂线的偏角不大于上表的允许值，如出线偏角大于上列数值，则需要采取出线挂点偏移等措施，并对其跳线的安全净距离进行校验。
4.1 结构方面因出线角度引起的受力变化
根据《变电站建筑结构设计规程》(DL/T5457-2012)条文说明4.4.1最大使用张力参考值，如下表4
表4 构架允许拉力
单位：kg
构架出线受力分析，如下图5：
图5：构架受力简图
水平方向拉力Fx随θ增大，其中Fx的增大对整体构架稳定极为不利，其中构架220kV导线张力按每相1000kg，地线张力按每相500kg，不同宽度出线构架和间隔水平力Fx及变化，计算式（6）如下
（6）
式中：Fi，j平行于构架方向的导线的水平力，kN；
得
水平力Fx变化引起的弯矩变化计算。根据《电力工程电气工程设计手册 电气一次部分》，220kV出线对构架横梁垂直夹角不大于：10°。本工程偏角θ增大后较允许的10°时，水平方向产生的（Fx横梁方向）弯矩增大，增加倍数为β，计算式（7）如下
（7）
经计算构架弯矩增大倍数β，得
及偏移夹角与弯矩增大倍数的关系，如下图6
图6：偏移夹角与弯矩增大倍数关系图
从上可以看出：构架偏角增大使水平力增大，导致构架弯矩增大，对于结构不利，稳定性较差。其中构架宽度越小增加倍数越小；间隔布置位置远离原点o，增加倍数越大。
夹角增大后的风险，一是因水平力增大后将对构架稳定不利；二是若放松拉力控制水平力增大的绝对值，则导致弧垂太大电气距离更难控制。故按设计手册推荐的800~1000kg中的低值800kg控制，即800kg时最大夹角θ的水平力应与1000kg时夹角10°的水平力相等，即偏角增大后，较10°时横向（Fx横梁方向）夹角增大后的弯矩增加倍数β（即控制增加倍数）不大于1.25倍，如式（8）所示。
（8）
根据上述计算，水平力Fx按不大于1.25倍控制。构架等效宽度dj，13~17.5米宽第a0、a1榀构架满足；18~19.5米宽的构架第a0~a2榀构架，20~21米宽的构架第a0~a3榀构架，即：
等效宽度13~17.5米宽构架：能出2个连续出线间隔；等效宽度18米~19.5米宽构架：能连续出3个间隔；等效宽度20~21米宽构架：能连续出4个间隔；
4.2 电气方面出线角度引起引下线、线下设备对临近带电体的距离变化
图7：设备引线距离计算示意图
其中，引下线、线下设备与临近带电体的距离，如上图5示，D按如下计算：
式中：Di，j为线间最小距离，m；
经计算引下线安全距离D，得
及引下线电气距离和构架宽度变化的关系，如下图8
图8：引下线电气距离和构架宽度变化关系图
从上可以看出：根据上图所示，出线间隔的构架宽度越大电气距离越大则越有利；间隔布置位置远离原点，越大电气距离越小则越不利。
满足大于2.2米电气最小距离的：等效宽度13~13.5米宽构架第a0~a3榀构架；等效宽度14米宽构架第a0~a4榀构架。即：
等效宽度13~13.5米宽构架：能出3个连续出线间隔；等效宽度14米以上宽构架：能出大于4个连续出线间隔。
4.3 综合分析
从上述分析来看，出线构架宽度增加对电气、结构受力有利，但结合国家土地利用政策及节约土地，造成变电站征地范围扩大。
通过上述分析，拟出构架不等宽布置时的出线配合，如下表5
表5
本工程系统推荐220kV单母线接线、连续出线4回，构架等效宽度需大于18m方能满足要求。
其组合方式有，如下表
表6
可根据工程实际情况，选用不同构架宽度组合，以满足工程实际需要。
4.4 配合方案
本工程系统推荐单母线接线、为连续出线4回，为尽量节约土地和通道，本工程选用16m和20m不等宽构架方案。
5 小结
5.1 作用显著
按照系统的接入规模及主接线方案，在30mm重冰区进出线配合及合理规划出线通道，特别是出线回路较多时，对节约土地、通道资源意义重大；合理配合确保了覆冰期输变电设备的安全稳定运行；合理的配合也会减低投资。
5.2 其它因素
当然除了上面论述的一些方面外，进出线配合是涉及政策、安全、技术、经济、地理地形、气象、城建规划等多方面综合因素，需综合考虑很多资料、信息、专业配合，诸如构架电气及受力不同工况组合计算、导地线配合、摇摆角以及站内设备电气距离验算、防雷保护配合等，以及设备间隔和出线间隔交错布置对配合也有重要影响。
5.3 借鉴之处
我国西部地区有很多地方处在重覆冰区域，在该区域新建的输变电工程各电压等级进出线配合可参考应用。
参考文献
1. GB/T50064-2014，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范[S].
2. DL/T5352-2018，高压配电装置设计规范[S].
3. DL/T5457-2012，变电站建筑结构设计规程[S].
4. GB50545-2010，110～750kV架空输电线路设计技术规范[S].
5. DL/T5440-2009，重覆冰架空输电线路设计技术规程[S].
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7. 中国南方电网公司110kV~500kV变电站标准设计[R]，广州：
8. 张海平，张弛，王江涛等，20mm重冰区500kV同塔双回输电线路设计[J]，电网技术，2015,1月：124-129
9. 袁太平，叶熠明，王永刚等，重冰区高压输电线路的设计探讨[J]，云南电力技术，2007,6月：53:54
10. 张弦，重冰区线路导线过载冰设计计算[J]，电力勘测设计，2005,8月：64:68
收稿日期：
作者简介：
作者一:李强（1981年1月），男，高级工程师（副高级），本科，研究方向为输电线路规划设计、新能源研究，；
作者二:杨炽梁（1984年10月），男,高级工程师（副高级），本科，研究方向为输电线路规划设计，
作者三:丁曜恒（1983年7月），男，高级工程师（副高级），本科，研究方向为变电规划设计，