架空輸電線路大跨越工程導線選型淺析

湖北省華網(wǎng)電力工程有限公司 王 凱 韶關市擎能設計有限公司 劉達明

1 前言

我國幅員遼闊，西北、西南地區(qū)分布有高原、山嶺，中部地區(qū)分布有盆地和平原，東南沿海地區(qū)分布有淺灘和沙地；河流、湖泊密布，主要有珠江、長江、黃河、淮河、遼河、海河、松花江七大水系。受復雜的地理環(huán)境影響，我國高電壓、長距離輸電線路的設計、施工難度和運行維護成本比世界上其他國家都要高[1]。大跨越工程已成為我國高電壓、長距離輸電線路建設工程投資的重要影響因素。大跨越工程的導線選型[2]，對線路建設本體工程和后期運行維護的成本影響較大。合理選擇大跨越工程的導線型號和組合方式，既能保證輸電線路的安全、可靠、穩(wěn)定運行，又能節(jié)約工程投資、降低施工難度[3]。

大跨越工程的導線選型，應綜合考慮以下幾點：

導線的選擇與電網(wǎng)遠期規(guī)劃和發(fā)展相配合，并適量保留裕度；跨越段線路不應成為整條線路輸送容量的“瓶頸”；導線應具有良好的電氣性能和機械性能，載流量應滿足輸送容量的要求，導線弧垂應滿足交叉跨越安全間距的要求，過載能力應滿足負荷波動的要求[4]；導線生產(chǎn)、運輸和施工成本有效可控，線路投產(chǎn)后運維、檢修便利，線路運行損耗小，電能傳輸利用率高[5]；導線生產(chǎn)工藝和施工技術成熟，具有較為成功的運行經(jīng)驗；大跨越工程的導線選型，還應滿足防振和防舞的相關要求[6]。

2 工程概況

為完善輸電網(wǎng)架結構，加強區(qū)域電網(wǎng)之間的聯(lián)絡，擴充河西地區(qū)風電、光伏等新能源送出斷面，計劃建設220kV 新能源送出線路。根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃，該線路一般段導線采用2×JL/G1A-400/35型鋼芯鋁絞線，導線分裂間距為400mm；新建線路在N77-N80段跨越長江一級支流，跨越段詳細情況如表1。

表1 N77-N80段大跨越情況表

設計氣象條件：基本風速29m/s、覆冰15mm（導線提高5mm，地線提高10mm 驗冰）。

3 導線選型

3.1 導線的電氣性能

按照系統(tǒng)規(guī)劃最大輸送容量為440MVA，按正常運行時輸送容量為240MVA 進行計算，導線的載流量為663A，大跨越工程導線的載流量應滿足的要求：一般段導線載流量1326A，大跨越工程導線載流量＞1326A。

導線載流量計算條件：鋼芯鋁合金絞線的允許溫度取90℃，鋁包鋼絞線的允許溫度取100℃。最高月平均氣溫取40℃，相對風速取0.6m/s，太陽輻射功率密度取0.1W/cm2，導線表面輻射散熱系數(shù)取0.9，導線表面吸熱系數(shù)取0.9。

結合一般段線路導線選型（2×JL/G1A-400/35型鋼芯鋁絞線），大跨越工程選用表2中四種導線進行比較。

表2 大跨越工程導線組合方案表

通過比較，所選的導線方案中，1×JNRLH2/G5A-640/290導線輸送容量最大，2×JLHA1/G5A-300/170輸送容量其次，2×JLB30-420輸送容量最小。

3.2 導線的機械特性

為了盡量降低大跨越工程桿塔的呼高，節(jié)約工程投資、便于運行和維護，應考慮采用抗拉強度較大，自重較輕的導線。通常以導線拉斷力與單位長度重量之比（Δ=T/W）來表征導線的弧垂特性。根據(jù)國內(nèi)外110kV～500kV 大跨越工程的設計經(jīng)驗，大跨越弧垂特性與跨越檔距的函數(shù)關系如下：

當L ＜1000m 時，則取Δ＞8km；當L＞1000 m 時，則取Δ＞12km；當L＞1500m 時，則取Δ＞15km。本工程新建線路大跨越檔距為1400m，弧垂特性取值范圍Δ＞12km。

據(jù)統(tǒng)計國內(nèi)大跨越工程平均運行應力與UTS 比值主要分布在18.63%～25%之間，詳見表3。

表3 導線平均運行應力統(tǒng)計表

從上表可以看出，約有66.7%的工程鋼芯鋁合金導線的最低點平均運行應力選在20.5%～22.4%UTS之間，項目投產(chǎn)后多年運行狀況良好。

結合一般段線路導線選型（2×JL/G1A-400/35型鋼芯鋁絞線），大跨越工程選用表4中四種導線進行比較。

表4 導線組合方案對比表

通過比較，所選的導線方案中，在同等呼高條件下2×JLHA1/G5A-300/170導線桿塔荷載最大；1×JNRLH2/G5A-500/230在最大荷載條件下，安全儲備較高。1×JNRLH2/G5A-500/230導線桿塔荷載較小。

3.3 導線的經(jīng)濟性

結合一般段線路導線選型（2×JL/G1A-400/35型鋼芯鋁絞線），大跨越工程選用以下四種導線進行比較，各種導線方案的全年電阻電能損耗，詳見表5。

表5 導線組合方案電阻損耗統(tǒng)計表

為了進一步分析各種導線的經(jīng)濟性，可以采用年費用法對各種導線型式的年費用進行計算。按電力工業(yè)部（82）電計字第44號文《頒發(fā)“電力工程經(jīng)濟分析暫行條例”的通知》第十五條經(jīng)濟計算-年費行最小法的計算方法，線路工程簡化計算公式為：

折算到工程投運年的總投資：

NF=Z[r0(1＋r0)n/(1＋r0)n－1]＋u

式中，NF—年平均費用（萬元）（平均分布在m+l 到m+n 期間的n年內(nèi)），n—工程的經(jīng)濟使用年限，Z—折算后的工程總投資（萬元）；

t—從開工這一年起到計算年的年數(shù)，m—工程施工年數(shù)，Zt—第t年的建設投資（萬元），r0—電力工業(yè)投資回收率，μ—折算年運行費用（萬元）；

t0—工程部分投產(chǎn)的年份，ut—運行費用（萬元）。

按照上述計算原則，簡化后計算結果如下：

表6 導線組合方案年綜合費用統(tǒng)計表

通過比較，所選的導線方案中，2×JLB40-120導線采購價格和年運行維護費用最高，1×JNRLH2/G5A-640/290其次，1×JNRLH2/G5A-500/230導線采購價格和年運行維護費用較少，2×JLHA1/G5A-300/170導線最少。

3.4 電磁環(huán)境影響

當線路跨越非長期住人的建筑物或鄰近民房時，房屋所在位置離地面1.5m 高處未畸變電場不得超過4kV/m。海拔不超過1000m 時，距輸電線路邊相導線地面水平投影外側20m、對地2m 高度且頻率為0.5MHz 時，220kV 架空線路的無線電干擾設計控制值不應大于53dB（μV/m）。海拔不超過1000m時，距輸電線路邊相導線地面水平投影外側20m，濕導線條件下，220kV 架空線路的可聽噪聲設計控制值不應大于55dB（A）。經(jīng)建模計算，所選的導線方案均滿足上述要求。

3.5 導線選型結論

通過對所選導線方案的電氣性能、機械特性和經(jīng)濟性進行比較，發(fā)現(xiàn)：在電氣性能方面，2×JLHA1/G5A-300/170和1×JNRLH2/G5A-640/290載流量最大；在機械特性方面，2×JLHA1/G5A-300/170弧垂最小、桿塔荷載利用率最高，其次是JNRLH2/G5A-640/290；在經(jīng)濟性方面，2×JLHA1/G5A-300/170線損和運行維護費用最少，其次是1×JNRLH2/G5A-640/290。結合本工程所在地區(qū)類似項目建設情況，確定新建線路大跨越工程的導線型號選用2×JLHA1/G5A-300/170。根據(jù)大跨越設計規(guī)范要求，分裂間距與子導線直徑之比（S/d）不宜小于14，經(jīng)論證導線分裂間距推薦采用500mm，按水平排列布置。

4 結語

區(qū)域電網(wǎng)主要通過高電壓等級、長距離的跨區(qū)輸電線路連通，長距離輸電線路絕大部分包括山谷或河流的大跨越工程。大跨越工程受所在地區(qū)環(huán)境、城市規(guī)劃、氣象條件和施工技術水平的影響，在導線選型時應充分考慮系統(tǒng)輸送容量、交叉跨越安全距離、導線的力學特性、施工成本和難度、運行維護費用和電磁環(huán)境等因素的影響，結合建設項目特點和施工環(huán)境，對擬定的導線組合方案進行分析、對比和論證，推選出適應工程、安全可靠、經(jīng)濟合理的導線型號。