高壓導(dǎo)線選型研究

敖麗華

【摘 要】導(dǎo)線是架空輸電線路的最基本組成元件之一，架線工程投資占工程本體投資30%左右，其對整條架空輸電線路的桿塔、基礎(chǔ)、絕緣子和金具強度、經(jīng)濟技術(shù)指標等起著決定性影響。

為將更多的新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)中，在導(dǎo)線的選型過程中，從電能損耗和載流量、弧垂、過載能力、桿塔荷載、電磁影響等方面。本專題主要有以下研究結(jié)論：（1）通過載流量的計算，系統(tǒng)極限輸送容量時，采用鋼芯鋁合金絞線（JLHA2/G1A-300/20和JLHA2/G1A-300/50）導(dǎo)線溫度達到72℃，其余選擇導(dǎo)線溫度均小于70℃。（2）通過表面電場、無線電干擾、可聽噪聲分析，上述導(dǎo)線均不受影響。本專題還對地線選型進行了研究，根據(jù)本線路兩端母線單相短路電流相差較大的特點，經(jīng)過短路電流分布計算，結(jié)合本線路冰區(qū)劃分和桿塔設(shè)計，對地線進行分段選擇。

【關(guān)鍵詞】原則；參數(shù)；選擇

一、導(dǎo)線選擇的主要原則

導(dǎo)線的選擇是高壓輸電技術(shù)的重要課題，它對線路的輸送容量、傳輸性能、環(huán)境問題（靜電感應(yīng)、電暈、無線電干擾、噪聲等）對輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟指標都有很大的影響，因此，導(dǎo)線選擇對是現(xiàn)社會高壓輸電線路技術(shù)難關(guān)和降低造價有著十分深遠的意義。

根據(jù)高壓輸電線路的特點，導(dǎo)線選擇時，在電氣特性、機械性能、經(jīng)濟性等方面需綜合考慮以下因素：

· 導(dǎo)線的允許溫升

· 對環(huán)境的影響：包括無線電干擾、電暈噪聲等

· 經(jīng)濟電流密度

· 電暈臨界電壓

· 必要的機械強度

· 年費用

· 其它方面（如導(dǎo)線的電暈損失、對桿塔重量及絕緣子金具的影響及制造、施工條件等）

導(dǎo)線標準

根據(jù)《圓線同心絞架空導(dǎo)線》（GB/T 1179-2008）以及國網(wǎng)頒發(fā)的《鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線》（Q/GDW 632-2011）、《鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線》（報批稿）和《中強度鋁合金絞線》（報批稿）等技術(shù)標準選擇導(dǎo)線型號。

· 通過經(jīng)濟電流密度的計算，初步確定導(dǎo)線總截面。

· 計算各備選導(dǎo)線方案（分裂間距及分裂半徑、子導(dǎo)線根數(shù)和直徑）地面電場強度、無線電干擾、可聽噪聲，并進行電磁環(huán)境影響的研究。

· 計算各備選導(dǎo)線方案電暈與電阻損失，采用年費用最小法進行綜合經(jīng)濟比較。

· 對各備選導(dǎo)線方案綜合技術(shù)經(jīng)濟特性進行比較。

二、導(dǎo)線選擇的主要參數(shù)

（一）導(dǎo)線電流密度

在一般輸電線路設(shè)計中，各國均根據(jù)不同時期的導(dǎo)線及鋼材、水泥等材料價格、電能成本及線路工程特點等因素，通過分析計算，提出一個最為經(jīng)濟的導(dǎo)線單位截面的輸送電流，稱之為經(jīng)濟電流密度。對于經(jīng)濟電流密度，由于各國、各時期的情況各不相同，所取的數(shù)值也大不相同。

雖然上述經(jīng)濟電流密度已經(jīng)不能用于決定最優(yōu)導(dǎo)線截面，但其實際的經(jīng)濟電流密度應(yīng)該在其附近，因此作為導(dǎo)線截面的初步選取的參考仍然可以，本研究報告中取1.15A/mm2電流密度作為導(dǎo)線初選的參考值。

（二）導(dǎo)線最高允許溫度

導(dǎo)線最高允許溫度是控制導(dǎo)線載流量的主要依據(jù)，導(dǎo)線允許最高溫度主要由導(dǎo)線經(jīng)過長期運行后的強度損失和連接金具的發(fā)熱而定，當工作溫度越高，運行時間越長，則導(dǎo)線的強度損失越大，但根據(jù)國外一些研究數(shù)據(jù)，從導(dǎo)線耐熱的角度考慮，鋼芯鋁絞線可采用150℃，主要應(yīng)考慮導(dǎo)線接頭的氧化和連接金具的發(fā)熱情況。

我國根據(jù)以往線路的運行經(jīng)驗，在《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB 50545-2010）中規(guī)定，驗算導(dǎo)線允許載流量時鋼芯鋁絞線和鋼芯鋁合金絞線的允許溫度采用+70℃，必要時可采用+80℃。

環(huán)境氣溫應(yīng)采用歷年最高氣溫月的最高平均氣溫，并考慮太陽輻射的影響。太陽輻射功率密度應(yīng)采用0.1W/cm2，相應(yīng)風速為0.5m/s。

（三）無線電干擾

輸電線路的無線電干擾主要是由導(dǎo)線、絕緣子或線路金具等的電暈放電產(chǎn)生，電暈形成的電流脈沖注入導(dǎo)線，并沿導(dǎo)線向注入點兩邊流動。從而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，即無線電干擾場。

三、導(dǎo)線選擇

（一）導(dǎo)線型號

在進行導(dǎo)線型號的選取時，首先應(yīng)立腳于國內(nèi)也有成熟制造經(jīng)驗的導(dǎo)線型式，所以我們主要根據(jù)我國的導(dǎo)線制造標準，參考國內(nèi)輸電線路常用的導(dǎo)線型號，對導(dǎo)線型式進行選擇，對標準中沒有的導(dǎo)線型式，我們參考了國際上常用的導(dǎo)線標準（主要是美國標準），我們初步選定如下幾種導(dǎo)線型號作為本次投標階段導(dǎo)線比較的型式。

（二）導(dǎo)線分裂根數(shù)

根據(jù)上述國內(nèi)外220kV線路的導(dǎo)線實際采用情況，目前已經(jīng)建成的220kV線路采用單、二、四分裂方式，為解決電暈問題，一般都需要增加分裂導(dǎo)線根數(shù)和導(dǎo)線截面，所以我們以二分裂為基礎(chǔ)選擇分裂方式，按照上述總截面的要求，組成了如下四種導(dǎo)線分裂型式進行電氣和機械性能的計算。

（三）導(dǎo)線分裂間距

導(dǎo)線分裂間距的選取要考慮分裂導(dǎo)線的次檔距振蕩和電氣兩個方面的特性，次檔距振蕩是由迎風側(cè)子導(dǎo)線的尾流所誘發(fā)的背風側(cè)子導(dǎo)線的不穩(wěn)定振動現(xiàn)象，一般認為分裂導(dǎo)線間保持足夠的距離就可以避免出現(xiàn)次檔距振蕩現(xiàn)象，根據(jù)國外一些研究成果認為當分裂間距與子導(dǎo)線直徑之比S/d>16-18時，就可以避免出現(xiàn)次檔距振蕩；從電氣方面看，有一個最佳分裂間距，在此分裂間距時，導(dǎo)線的表面最大值電場強度最小。

（四）導(dǎo)線電氣性能計算：導(dǎo)線電流密度、長期允許載流量的校驗、導(dǎo)線表面電場強度計算、導(dǎo)線無線電干擾計算、導(dǎo)線可聽噪聲計算

導(dǎo)線電氣性能的計算主要包括導(dǎo)線電流密度、過負荷溫度、傳輸功率及功率損耗，探討分析表面電場強度、電暈損耗、無線電干擾、電暈可聽噪聲及地面標稱場強等內(nèi)容。

根據(jù)招標文件以及當?shù)貧庀蠼y(tǒng)計資料，計算導(dǎo)線載流量的環(huán)境溫度取35℃。日照強度1000w/m2，風速0.5m/s，導(dǎo)線表面輻射、吸熱系數(shù)均取0.9，根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB 50545-2010）條文說明5.0.6公式計算。

導(dǎo)線表面電場強度是導(dǎo)線選擇的最基本條件，導(dǎo)線表面電場強度過高將會引起導(dǎo)線全面電暈，不但電暈損耗急劇增加，而且會帶來其他很多問題，所以在特高壓線路設(shè)計中必須限制導(dǎo)線表面電場強度，對于導(dǎo)線表明電場強度一般按照導(dǎo)線表面最大電場強度和導(dǎo)線臨界電場強度的比值來控制。

經(jīng)分析，可聽噪聲大小與導(dǎo)線對地高度和排列方式有直接關(guān)系，對地高度越高，可聽噪聲越??；同時導(dǎo)線外徑越小，可聽噪聲越大。上述選擇的導(dǎo)線方案，邊導(dǎo)線20m處可聽噪聲最大27.5dB，滿足規(guī)范要求，不影響導(dǎo)線選擇

（五）導(dǎo)線經(jīng)濟性比較

根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計手冊》，線路最大負荷利用小時數(shù)與損耗小時數(shù)τ的關(guān)系。當最大負荷利用小時數(shù)為4500h時，損耗小時為2700h。

交流電阻計算采用先假設(shè)導(dǎo)線溫度，通過集膚效應(yīng)計算出假定的交流電阻，在校核該溫度下導(dǎo)線通過的電流，反復(fù)迭代至負荷電流和校核電流相等或接近。

單回交流輸電線路的電阻熱損失為：

WQ——功率熱損耗（MW/km）；

N——分裂根數(shù)；

I——單回路每根導(dǎo)線的額定工作電流（A）；

re——導(dǎo)線的交流電阻（Ω/km）。

高壓線路架線工程投資一般要占工程本體投資的較大比例，再加上導(dǎo)線方案變化引起的桿塔和基礎(chǔ)工程量的變化，其對整個工程的造價影響是極其巨大的，直接關(guān)系到整個線路工程的建設(shè)費用以及建成后的技術(shù)特性和運行成本，所以在整個輸電線路的技術(shù)經(jīng)濟比較中，應(yīng)該對導(dǎo)線的截面和分裂型式進行充分的技術(shù)經(jīng)濟比較，推薦出滿足技術(shù)要求而且經(jīng)濟合理的導(dǎo)線截面和分裂型式。

【參考文獻】

[1]《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB 50545-2010）

[2]《電力系統(tǒng)設(shè)計手冊》