一种交流1000kV/500kV同塔四回路系统

本申请涉及高压输电技术领域，更具体地说，涉及一种交流1000kV/500kV同塔四回路系统。 

随着经济持续快速发展，电力需求越来越大，特别是在经济发达地区，日益发展的经济需要更多的电力供应。而增加电力供应有时需要增加输电回路以增加输电能力，为节省土地占用，往往在一条输电通道上设置多条输电回路，即在同一塔架上设置多个输电导线作为输电回路，为保证输电安全，导线之间需要保持较宽的距离，导致多回路输电系统需要占用较宽的输电走廊，，而经济的发展又使土地资源供应日益紧张。因此输电能力和土地占用之间的矛盾是一个亟待解决的问题。 

有鉴于此，本申请提供一种交流1000kV/500kV同塔四回路系统，以解决输电能力和土地占用之间的矛盾。 

为了实现上述目的，现提出的方案如下： 

一种交流1000kV/500kV同塔四回路系统，包括： 

塔体； 

设置在所述塔体上的多个横担； 

设置在所述多个横担上的四个回路；所述四个回路包括第一1000kV回路、第二1000kV回路、第一500kV回路和第二500kV回路； 

设置在所述多个横担上的V形绝缘子串，用于悬挂所述四个回路的导线。 

优选的，所述V形绝缘子串包括两个绝缘子串； 

所述两个绝缘子串的上端分别设置在所述横担上，并保持预设距离；所述两个绝缘子串的下端连接在一起，用于悬挂所述导线。 

优选的，所述两个绝缘子串在连接点处所形成的夹角包括100°、95°、90°、85°或75°。 

优选的，所述V形绝缘子串的绝缘子为复合绝缘子。 

优选的，所述两个绝缘子串中的一个绝缘子串为单联绝缘子串或双联绝缘子串。 

优选的，所述多个横担包括从上到下依次排列的第一横担、第二横担、第三横担、第四横担和第五横担。 

优选的，所述第一1000kV回路和所述第二1000kV回路的导线分别设置在所述第一横担、所述第二横担和所述第三横担上，并分别位于所述塔体的两侧； 

所述第一500kV回路和所述第二500kV的导线分别设置在所述第四横担和所述第五横担上，并分别位于所述塔体的两侧。 

从以上技术方案可以看出，本申请公开的交流1000kV/500kV同塔四回路系统承载有两个1000kV回路和两个500kV回路，并且每个回路的导线通过V形绝缘子串悬挂在横担上，因为V形绝缘子串对导线的风偏有限制作用，因此较短的横担就可以满足导线之间的安全距离要求，从而可以有效降低输电走廊的宽度，因此能够较好地解决输电能力和土地占用之间的矛盾。 

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1为本申请实施例公开的交流1000kV/500kV同塔四回路系统的结构图； 

图2为本申请实施例公开的交流1000kV/500kV同塔四回路系统的结构图； 

图3为本申请实施例的复合绝缘子受压屈曲受力示意图； 

图4为本申请实施例的大挠度理论载荷-侧向挠度曲线； 

图5为跟申请实施例的9m复合绝缘子屈曲时应力和P/Pcr关系曲线； 

图6为本申请实施例的V形绝缘子串受力示意图； 

图7为本申请实施例的V形绝缘子串受力示意图。 

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 

实施例 

图1为本申请实施例公开的一种交流1000kV/500kV同塔四回路系统。 

如图1所示，本实施例公开的1000kV/500kV同塔四回路系统包括塔体10、多个横担20、多个V形绝缘子串70和四个回路，四个回路包括第一1000kV 回路30、第二1000kV回路40、第一500kV回路50和第二500kV回路50。 

塔体10固定在地面上，用于支撑设置在塔体上的横担20。 

多个横担20设置在塔体10上，横担20的中部与塔体10固定连接。 

四个回路设置在多个横担20上。 

四个回路的导线通过V形绝缘子串70悬挂在横担20上。 

从以上技术方案可以看出，本申请公开的交流1000kV/500kV同塔四回路系统承载有两路1000kV回路和两路500kV回路，并且每个回路的导线通过V 形绝缘子串悬挂在横担上，因为V形绝缘子串对导线的风偏有限制作用，因此较短的横担就可以满足导线之间的安全距离要求，从而可以有效降低输电 走廊的宽度，因此能够较好地解决输电能力和土地占用之间的矛盾。 

如图2所示，本实施例中，多个横担包括第一横担21、第二横担22、第三横担23、第四横担24和第五横担25，分别从塔体10的顶端向下依次排列。每个横担的中部与塔体10固定连接。 

四个回路中每个回路按以下方式布设： 

第一1000kV回路的三相导线中上相30a设置在第一横担上21，中相30b 设置在第二横担22上，下相30c设置在第三横担23上，且均位于塔体10的一侧； 

第二1000kV回路的三相导线中上相40a设置在第一横担21上、中相40b 设置在第二横担22上，下相40c设置在第三横担23上，且均位于塔体10的另一侧； 

第一500kV回路的三相导线中上相50a和上相50b设置在第四横担24上，下相50c设置在第五横担25上，且均位于塔体10的一侧； 

第二500kV回路的三相导线中上相60a和上相60b设置在第四横担24上，下相60c设置在第五横担25上，且均位于塔体10的另一侧。 

每个回路的导线均通过V形绝缘子串70悬挂在横担上。 

每个V形绝缘子串70包括两个绝缘子串，两个绝缘子串的上端分别设置在横担上，并保持预设的距离，下端连接在一起用于悬挂每个回路的导线，形成V字形结构。 

绝缘子串可以为单联绝缘子串或者是双联绝缘子串。 

绝缘子串的绝缘子优选复合绝缘子。 

该绝缘子具备一定的屈曲疲劳耐受能力，根据已有的屈曲试验结果，当复合绝缘子屈曲应力不超过308MPa时，屈曲20万次不会发生破坏；当复合绝缘子屈曲应力不超过252MPa时，屈曲30万次不会发生破坏。由于国内并未开展过复合绝缘子屈曲疲劳寿命的系统研究，偏于安全起见，暂以250MPa作为绝缘子屈曲应力的限值，复合绝缘子屈曲应力不超过250MPa时，可以认 为在整个使用寿命内都不会发生屈曲破坏，这样就为我们压缩V形绝缘子串的夹角提供了可能性，而压缩绝缘子串夹角可以进一步降低输电走廊的宽度。 

V形绝缘子串正常受力时复合绝缘子保持直线状态，复合绝缘子承受拉力作用，当水平风荷载超出一定值后背风侧的复合绝缘子可能会承受压力作用，当压力超过其临界荷载后绝缘子会发生屈曲。假设复合绝缘子垂直放置，两端为铰接，则临界荷载可用下式(1)计算。 

$P_{\mathrm{cr}}=\frac{{\pi }^2\mathrm{EJ}}{L^2}---\left(1\right)$

式中，E为弹性模量，MPa 

L为长度，mm 

J为惯性矩，mm⁴，对于圆截面杆，d为直径，mm 

当复合绝缘子承受的压力P大于Pcr时，复合绝缘子会发生屈曲，如图3所示，由于复合绝缘子具有良好的弹性，其屈曲也是一种稳定状态。 

假设复合绝缘子屈曲后最大挠度δ，最大挠度与长度的比值反映了绝缘子的弯曲程度，根据大挠度理论，δ/L可采用式(2)计算。 

$\frac{\delta }{L}=\frac{\alpha ·\lambda }{\pi }+\frac{{\alpha }^3}{48\pi }---\left(2\right)$

上式中有关参数计算计算如下： 

$\lambda =\frac{P_{\mathrm{cr}}}{P}---\left(3\right)$

$\gamma =-\sqrt[3]{(1+9\lambda )\sqrt{{(1+9\lambda )}^2+8}}---\left(4\right)$

$\alpha =\sqrt{8\gamma -\frac{16}{\gamma }+16}---\left(5\right)$

由式(2)可知，最大挠度δ与压力有关，压力越大，挠度也越大，δ/L与P/Pcr的关系曲线见图4所示。 

复合绝缘子屈曲后中间位置挠度最大，该处的弯矩和应力也最大，对几种不同直径的复合绝缘子进行了应力计算，结果见表1、表2和表3。从表中 可以看出，当绝缘子水平放置时，即使轴向力低于临界荷载，绝缘子挠度仍会应轴向力的增大而增大，这是因为轴向力会产生附加弯矩，轴向压力与芯棒最大应力之间的变化曲线见图5所示。 

表1长度9m、芯棒直径24mm复合绝缘子屈曲时应力和挠度计算结果 

表2长度9m、芯棒直径34mm复合绝缘子屈曲时应力和挠度计算结果 

表3长度9m、芯棒直径40mm复合绝缘子屈曲时应力和挠度计算结果 

我们对V形绝缘子串进行风偏受力分析，上端通过U型环、调整板等连接金具和横担相连接，下端通过U型环和悬垂联板相连，为便于分析，可以将上端的金具串当作二力杆，下端的U型环也当做二力杆，两个二力杆之间 为铰接型式，这与实际情况相符。悬垂联板上悬垂线夹挂孔对称分布于分裂圆上，因此，悬垂联板受到的合力作用点在分裂圆的圆心上。为便于计算，作如下假设： 

1)只考虑静力作用； 

2)忽略V形绝缘子串承受的风荷载； 

3)忽略悬垂联板的重量。 

由于进行风偏计算时悬垂联板受到的荷载远大于V形绝缘子串风荷载，且悬垂联板的重量与垂直荷载相比可忽略不计，因此，上述假设是合理的。 

无风状态下，V形绝缘子串仅承受垂直荷载，悬垂联板不会发生偏转，如图6所示。 

在有风情况时，随着风速的增加，水平荷载逐渐增大，迎风侧绝缘子串拉力逐渐增加，背风侧绝缘子串拉力逐渐减小。当合力倾角与迎风侧绝缘子倾角相等时，此时合力全部由迎风侧绝缘子串承担，此时背风侧绝缘子串拉力接近为0，由于其上端金具串在重力作用下有向外偏转的趋势，带动背风侧绝缘子串运动，背风侧绝缘子串承受一定的拉力。当水平荷载继续增大到背风侧绝缘子串上端金具串垂直时，此时绝缘子串受力的拉力为0，由于自重会产生一定的挠度。当水平荷载增大时，背风侧绝缘子串上端金具串与水平面夹角超过90°，此时绝缘子开始承受压力作用，如图7所示。 

可见，V形绝缘子串中单肢的金具部分对大风卸载角也有一定的帮助，同样的绝缘子串，金具长度越长，V形绝缘子串的夹角可以更小一些。 

以同塔四回上相单联550kN V形绝缘子串为例，进行风偏受力计算，计算条件如下： 

水平荷载：181.3kN 

垂直荷载：87.06kN 

复合绝缘子长度9000mm，L1＝9000+150＝9150mm 

复合绝缘子上端金具串长L2＝1975mm 

计算结果如下： 

背风侧金具串倾角为137.1°，背风侧绝缘子串承受的压力为422N，小于临界载荷827N，此时背风侧绝缘子串水平夹角为20°，绝缘子串未发生屈曲由于自重的作用会产生一定的弯曲。 

实际工程中复合绝缘子与金具采用是环-环连接方式，复合绝缘子卸载时还具备一定的活动空间，有利于改善受压状态。本次计算均按铰接考虑，未考虑环-环连接后卸载时的间隙，是偏于保守的。 

按复合绝缘子250MPa屈曲应力限值计算，结合金具串本身的卸载能力，同塔四回路V形绝缘子串夹角可在常规计算的风偏角基础上单肢有所减小，但首先须保证单肢金具部分的最小长度，其次为保证最大风偏时正常卸载，复合绝缘子两端应采用环-环连接的方式。表4为1000kV/500kV同塔四回路V形绝缘子串优化后的设计夹角。 

表41000kV/500kV同塔四回路的V形绝缘子串夹角 

1000kV/500kV同塔四回路的输电走廊宽度基本为500kV回路控制。500kV回路采用V形绝缘子串后相间距离减少约4米，由于V形绝缘子串对导线偏移有限制作用，考虑导线风偏后整个线路走廊宽度减小约6m，这样可以有效减少沿线的房屋拆迁、树木砍伐，减小电磁环境影响程度。 

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。