擴徑導線在特高壓交流輸電線路工程中的應用

張祿琦，郝陽，李小亭，楊敏

(西北電力設計院，西安市710075)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，資源和環(huán)境問題日益突出，特高壓線路應以建設“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”工程為目標，優(yōu)化設計方案，既要確保電磁環(huán)境滿足標準要求，又要保證具有技術經(jīng)濟性。與常規(guī)導線相比，等截面的擴徑導線外徑增大，改善了電磁環(huán)境;等外徑的擴徑導線則鋁截面減少，節(jié)省鋁材，降低了工程投資。依托特高壓輸電線路工程，進行擴徑導線的應用研究有著重要意義［1-9］。

20世紀70年代初，我國研制生產(chǎn)的LGJK－272型擴徑導線成功用于西北330 kV劉家峽—關中輸電線路，至今運行良好。在750 kV官亭—蘭州東和烏北—瑪納斯、蘭州東—平?jīng)觥h和乾縣—渭南的輸電線路工程中，分別采用了LGJK－300/50、LGJK－ 400/45擴徑導線，均運行良好。由此可見，擴徑導線已在750 kV超高壓輸電線路工程中得到成功應用，積累了一定的經(jīng)驗。本文將依托1 000 kV錫盟—南京特高壓交流輸電線路工程，對常規(guī)導線LGJ－630/45與在其基礎上開發(fā)的擴徑導線JL/G1A－545(630)/45進行比較分析，探討擴徑導線在特高壓輸電線路工程中的應用［10-11］。

1 電氣特性

1.1 系統(tǒng)參數(shù)

依據(jù)前期相關研究成果［7］、1 000 kV錫盟—南京輸電線路工程所確定的系統(tǒng)參數(shù)如下:系統(tǒng)額定電壓為1 000 kV;系統(tǒng)最高運行電壓為1 080 kV;系統(tǒng)輸送功率為4 500～6 000 MVA;極限輸送功率為9 000～12 000 MVA;功率因數(shù)為0.95;最大負荷利用小時數(shù)為5 000、5 500 h。

1.2 導線參數(shù)

由前期科研成果可知，1 000 kV錫盟—南京輸電線路工程采用8×LGJ－630/45導線既能滿足輸送容量要求，又能滿足電磁環(huán)境的要求。

常規(guī)導線與擴徑導線參數(shù)見表1［5］。

表1 導線主要技術參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of conductor

從表1可看出，擴徑導線JL/G1A－545(630)/ 45是從常規(guī)導線LGJ－630/45的鄰外層15股鋁股中抽出6股，采用新工藝研制而成，外徑相同，但是鋁截面減少84.52 mm2，減少約13.4%。

常規(guī)導線LGJ－630/45與JL/G1A－545(630)/ 45擴徑導線的截面結構如圖1所示。

圖1 常規(guī)導線與擴徑導線截面結構Fig.1 Section structure of conventional conductors and diameter-extended conductor

1.3 導線總截面校核

由該工程的系統(tǒng)參數(shù)可知，線路的最大正常電流為3 646 A，若經(jīng)濟電流密度取0.9 A/mm2，需要相導線總鋁截面為4 051 mm2。而擴徑導線8×JL/G1A－545(630)/45的鋁截面積為4 363.84 mm2，滿足系統(tǒng)輸送功率的要求。

1.4 極限輸送容量校核

根據(jù)文獻［1］可知，在驗算導線允許載流量時鋼芯鋁絞線宜采用+70℃，必要時可采用+80℃，本文按照導線最高溫度+70℃或+80℃進行校核，且該工程所經(jīng)過地區(qū)的月平均最高氣溫為 30.9～31.6℃，因此環(huán)境溫度為35℃［7］。

根據(jù)系統(tǒng)要求，極限輸送容量為 9 000、12 000 MVA，此時每相的電流為5 470、7 292 A，導線的最高溫度計算結果見表2［6］。

表2 事故時導線輸送不同功率的溫度Tab.2 Temperature of Accident wire with different transmission power

從表2可以看出，當線路輸送功率為9 000 MVA時，2種導線的溫度為61.80、63.6℃，未超過70℃的允許值，當輸送功率為12 000 MVA時，2種導線溫度為71.75、74.80℃，未超過80℃的允許值，因此2種導線均可以滿足極限輸送容量的要求。

1.5 電磁環(huán)境

由于擴徑導線的外徑與LGJ－630/45相同，因此2種導線在海拔500 m及以下地區(qū)，距邊相導線投影外20 m、離地2 m高度處、濕導線的可聽噪聲和天氣情況良好情況下無線電干擾的計算值均為52.59 dB(A)和53.65 dB(μV/m)，滿足電磁環(huán)境要求。

2 機械特性

機械特性的比較主要指對擴徑導線與常規(guī)導線的弧垂特性、荷載特性(水平荷載、垂直荷載、張力)和過載能力進行技術比較，計算結果如表3所示［6］。

從表3可以看出，JL/G1A－545(630)/45擴徑導線與LGJ－63045常規(guī)導線相比，擴經(jīng)導線的最大使用應力和平均運行應力稍大，過載能力稍差，但均能滿足要求，2種導線的弧垂特性相當，而在荷載特性方面擴徑導線具有一定優(yōu)勢。綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，JL/G1A－545(630)/45擴徑導線在機械特性方面完全能夠滿足工程需要。

3 經(jīng)濟比較

導線方案對工程造價的影響主要體現(xiàn)在初投資和年費用2個方面，而初投資包括導線、塔材和絕緣子等費用。本文主要從初投資和年費用2個方面進行經(jīng)濟性比較。

表3 常規(guī)導線與擴徑導線的機械特性比較Tab.3 Comparison of mechanical performances between diameter-extended conductor and conventional conductors

3.1 初投資的比較

根據(jù)前期研究成果［6］，2種導線方案的導線費用、鐵塔費用以及本體投資估算如表4所示。

表4 2種導線方案差價比較Tab.4 Price comparison between two conductor programs

從表4可知，由于擴徑導線鋁材使用量的減少，每km導線投資少于常規(guī)導線。由機械特性計算結果可知，擴徑導線在導線荷載、弧垂特性等方面優(yōu)于常規(guī)導線，也使得每km的鐵塔鋼材費用少于常規(guī)導線。綜合來說，在每km工程初投資上，擴徑導線JL/G1A－545(630)/45優(yōu)于常規(guī)導線LGJ－630/45。

3.2 年費用的比較

3.2.1 計算條件

根據(jù)1 000 kV錫盟—南京輸電線路工程的實際情況，年費用的計算條件如下:

(1)開工為2011年初，投產(chǎn)為2013年底，經(jīng)濟使用年限為30年。

(2)2011年投資60%，2013年投資為40%。

(3)補充投資按5 000元/kW計。

(4)年損耗小時數(shù)按3 200、3 750 h計。

(5)設備運行維護費率為1.4%。

(6)電力工程回收率按8%、10%、12%共3種利率計。

(7)上網(wǎng)電價按 0.2、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50元/(kW·h)共7種電價計。

3.2.2 電能損耗計算

電能損耗包括電阻損耗和電暈損耗2個部分，電暈損耗在一般地區(qū)(海拔500 m以下)相對較小。其計算結果如表5［6］所示。

由表5計算結果可知，當同塔雙回線路輸送功率為2×4 500～2×6 000 MVA時，擴徑導線JL/G1A－545(630)/45的電阻損耗高于LGJ－630/45常規(guī)導線，由于2種導線外徑相同，因此電暈損耗相同，均為56.2萬kW·h/km。

表5 2種導線方案電能損耗計算結果Tab.5 Calculation results of energy consumption of two conductor programs

4 結論

(1)擴徑導線已成功應用于750 kV輸電線路工程，經(jīng)過多年的實踐和總結，其設計、制造和施工工藝已有一定的經(jīng)驗。在電磁環(huán)境控制導線截面的特高壓輸電線路上應用擴徑導線，可以有效降低工程投資，符合“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的工程建設理念，具有良好的應用前景。

(2)在電氣特性方面，根據(jù)本文的依托工程，按照經(jīng)濟電流密度進行鋁截面積的選擇，擴徑導線滿足要求;按照極限輸送容量計算導線溫度，擴徑導線滿足最高允許溫度的要求。等直徑擴徑導線的電磁環(huán)境特性與相應常規(guī)導線相同，滿足限值要求。

(3)在機械特性方面，通過對導線荷載能力、過載能力和弧垂特性方面的綜合比較可知，擴徑導線的機械特性滿足工程應用需求。

(4)在經(jīng)濟性方面，與常規(guī)導線相比，擴徑導線工程初投資較省;在上網(wǎng)電價低、年損耗小時數(shù)和輸送容量較小的情況下擴徑導線年費用較低;在上網(wǎng)電價高、年損耗小時數(shù)和輸送容量大的情況下鋼芯鋁絞線導線略優(yōu)。

［1］GB 50665—2011 1 000 kV架空輸電線路設計規(guī)范［S］.

［2］西北電力設計院.西北電網(wǎng)750 kV輸變電工程關鍵技術研究—擴徑導線的開發(fā)研制研究報告［R］.北京:國家電網(wǎng)公司，2004.

［3］衣立東，呂世榮.750 kV輸變電示范工程施工關鍵技術的研究與應用［J］.電網(wǎng)技術，2006，30(3):61-66.

［4］劉本粹，喻新強.擴徑導線在超高壓大容量輸電工程中的應用展望［J］.電網(wǎng)技術，2007，31(21):1-5.

［5］GB/T 1179—2008圓線同心絞架空導線［S］.

［6］西北電力設計院.1 000 kV錫盟—南京特高壓交流線路工程導地線選型及新型導線應用研究報告［R］.北京:國家電網(wǎng)公司，2004.

［7］中國電力工程顧問集團.1 000 kV錫盟—南京特高壓交流輸變電工可行性研究報告［R］.北京:國家電網(wǎng)公司，2004.

［8］中國電力科學研究院.特高壓交流線路串長及串型優(yōu)化研究報告［R］.北京:國家電網(wǎng)公司，2004.

［9］萬建成，劉臻.擴徑導線的分類與擴徑方式的選擇［J］.電力建設，2010，31(6):113-118.

［10］馮玉昌，李云閣.750 kV擴徑導線的運行情況總結［J］.電力建設，2007，28(10):43-46.

［11］劉斌.1 000 kV特高壓輸電線路用擴徑導線的研制［J］.電器工業(yè)，2010(3):45-51.