（中国电建集团湖北工程有限公司 430040）
摘要：随着输电线路节能导线结构和生产工艺的不断完善，在工程实践中得到了广泛应用，但在实际工程中导线设计参数的选择受到建设环境的限制，如设计荷载条件、海拔高度等。针对实际工程中500kV线路节能导线的选型，从电气特性、机械性能和经济分析等方面对备选导线进行了技术经济比较，推荐了在技术和经济上最优的导线型号。指出资源节约型输电线路以及节能型系列导线，在新线路的建设中能获得良好的经济效益和社会效益。
关键词：节能导线；工程应用；电气特性；机械特性
0 引言
导线作为输电线路最主要的部件之一，主要功能是满足输送电能的要求，同时要求运行安全可靠、投资经济合理，并且须满足环境保护的要求。这些方面对导线的电气和机械性能都提出了严格的要求，在导线截面和分裂方式的选取中，要充分考虑导线的电气和机械特性。在电气特性方面，通过合理选择导线的截面和分裂形式来满足线路输送容量要求，同时导线方案需满足相应电磁环境指标限值要求；机械特性方面，为保证输电线路安全可靠运行，导线要有优良的机械性能和一定的安全度，特别是线路经过高山大岭、大档距、大高差及重覆冰地区时，导线必须具备优良的机械性能和留有一定的安全裕度。
原则上，在导线选型时，应综合考虑的因素有：经济电流密度、允许载流量、电磁环境影响，必要的机械强度、年费用等。本文通过比较上述因素，对节能导线和普通钢芯铝绞线进行了电气和机械性能等比选，通过年费用最小法进行综合技术经济比较，确定了合理的节能导线型号、导线截面和分裂间距。
1 自然环境及气象条件
本文列举工程线路的主要路径为平地和河网泥沼，线路路径方案的沿线海拔高度均在1000m以下。设计气象条件组合见表1。
2 导线选择及性能比较
2.1 导线选择
（1）导线截面及分裂数。500kV常规线路每相导线分裂数一般选择4、5、6分裂，首先对系统远景潮流、导线的经济电流密度、N-1方式下单回线路的输送容量、导线荷载以及电磁环境影响进行分析。本工程系统额定电压为500kV，功率因数为0.95，最大负荷利用小时数为4500h，系统终期最大输送功率为3000MVA。根据经济电流密度计算，导线截面推荐采用4×630mm2。采用4分裂630mm2截面导线的组合可以满足系统输送功率、N-1方式下单回线路的输送容量的要求，并且导线水平风荷载、顺线张力荷载相对5、6分裂导线的组合均较小，进而可减少铁塔、基础和绝缘子方面的造价。
（2）导线选型。节能导线指在等外径（等总截面）条件下，与铝线导电率为61%IACS的钢芯铝绞线相比，直流电阻（20℃）更小的导线。本文在4分裂630mm2规格这一前提下，导线选型立足于国内已有成熟制造经验的导线型式上，根据我国的导线国家标准[1]，选取了钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线、铝合金芯高导电率铝绞线和中强度铝合金绞线[2]三种类型的节能导线进行比选。导线特性参数见表2。
（3）导线分裂间距
决定导线分裂间距的主要因素与次档距振荡、电气性能等有关。根据国际大电网会议进行的国际咨询，次档距振荡与间距、直径两者比值有关，若比值s/d大于15～18时不会发生严重的次档距振荡，若比值s/d小于10时，便有可能发生严重的次档距振荡。加拿大、英国等代表在国际大电网会上讨论提出当分裂导线s/d为15时，没有发生次档距舞动和振荡问题，而早期分裂导线当s/d为10.7时，曾发生严重的次档距舞动。根据湖北省已投运的500kV输电线路，导线采用4×300mm2或4×400mm2，分裂间距为450，比值s/d大于16，运行中没发生过此类事故。本工程导线直径为33.8mm，导线分裂间距也推荐采用500mm，s/d为14.8，子导线采用正方形排列。
2.2 电气特性
包含导线电磁环境、载流量和电能损耗的比选。
（1）导线电磁环境比较。根据规程[3]的规定，海拔不超过1000m时，500kV交流输电线路的电磁环境指标限值为：
1）距输电线路边相导线投影外20m处且离地2m高且频率为0.5MHz时的无线电干扰值应小于等于55dB（μV/m）。
2）距输电线路边相导线投影外20m处，湿导线条件下的可听噪声限值dB为55A。
导线表面最大电强度按导线高度对地距离11m计算，导线分裂间距为500mm。计算结果如表3。
注：Em/E0限值为0.8，无线电干扰、可听噪声限值为55dB。
从表3可以看出：所选用的各种型号的导线各项电气性能指标基本相当，均能满足本工程的设计需要，同时又符合现行规程规定。
（2）导线载流量比较。计算导线的载流量，首先需要计算各种导线的交流电阻值。交流电阻值按文献[4]进行计算，计算结果见表4。
对于以上4种导线，线路在正常运行方式下的单回线路输送最大电流均要求456A；在线路N-1运行方式下，非故障线路输送最大电流要求为912A，导线允许连续工作温度均为80℃。计算导线允许载流量时，环境气温应采用最高气温月的最高平均气温，本工程地区环境气温为35℃，风速为0.5m/s。
由表3可以看出，以上4种导线都能满足输送容量的要求，且在系统正常运行情况下JLHA3-675中强度铝合金绞线的交流电阻最小，在环境温度为40℃时，导线允许温度为80℃时载流量最大，其次为JL1/LHA1-465/210铝合金芯高导电率铝绞线。
（3）导线电能损耗比较。对JL/G1A-630/45、JL（GD）/G1A-630/45、JLHA3-675和 JL1/LHA1-465/210导线，在环境温度为20℃时的正常运行情况下，通过430A的电流时每km损耗功率分别为9773.2、9569.4、9161.9、9365.6W/km。最大负荷利用小时数均为4500h，导线的损耗小时数均为2700h，此时双回路每km电阻年损耗费用如表5所示。其中电价1~4分别为0.2、0.3、0.4、0.5元/（kW·h）。
一般而言，在同截面钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线、中强度铝合金绞线、铝合金芯高导电率铝绞线中，中强度铝合金绞线优势明显，损耗仅为钢芯铝绞线的93.74%，节能效果显著。从表5可以看出，在系统正常输送功率下，JL（GD）/G1A-630/45钢芯高导电率铝绞线、JL1/LHA1-465/210铝合金芯高导电率铝绞线、JLHA3-675中强度铝合金绞线电能损耗比JL/G1A-630/45钢芯铝绞线分别减少2.09%、4.17%和6.26%。
2.3 线路机械特性
（1）导线荷载及最大弧垂
导线机械特性计算结果见表6。
本工程线路位于平地，通过比较最大弧垂，可以看出JLHA3-675中强度铝合金绞线机械特性最优，与普通钢芯铝绞线相比，档距中央弧垂可降低1.7~3.5m，铝合金芯铝绞线与普通钢芯铝绞线相比，档距中央弧垂可增大0.3~0.5m，钢芯高导电率铝绞线与普通钢芯铝绞线弧垂基本相当。通过比较荷载，铝合金芯铝绞线使用张力较普通钢芯铝绞线减少12.3%，其余3种导线相当，且均能满足设计要求。
（2）导线过载能力计算
各导线过载能力见表7，覆冰验算的气象条件为：气温-5℃、风速10m/s、覆冰10mm。
计算覆冰过载能力时，弧垂最低点的最大张力不超过额定拉断力的70%，悬挂点的最大张力不超过额定拉断力的77%。从过载能力角度看，线路的设计覆冰厚度为10mm时，表中4种导线的过载允许覆冰均在20mm以上，因此均能满足本工程覆冰过载的要求，且有较大裕度。
（3）杆塔及基础工程量差异
实际工程位于平地，塔高受档距中央弧垂控制，按实际使用情况推算出采用各种导线杆塔及基础工程量差异，如表8所示。
3 经济性比较
本工程线路全长约56km，以JL/G1A-630/45钢芯铝绞线为基准，其中经济适用年限按40年，施工期按两年计，前一年投资为60％，后一年投资为40％，设备运行维护费率为1.4％，损耗小时数为2700h。
全寿命周期费用管理是一种按系统工程的观点分配费用的决策技术，以确定全寿命周期费用最小为目标进行经济决策。全寿命周期费用包括初始投资、运行维护检修费、设备更新改造费以及事故损失等各项费用。全寿命周期费用决策应考虑资金的时间价值，用动态的观点予以考虑。例如，采用“最小费用法”进行动态分析比较，即是将初始投资、运行维护检修费、设备更新改造费以及事故损失等各项费用都按规定的设备年限（或整个线路工程的服务年限）计算，并将利息、年偿债基金率等折算为现值，或折算为等额年费用，选用费用最小者为经济方案。
在不考虑杆塔基础差异的情况下，年费用差价随着年回收率和电价变化而变化，电价越高、年回收率越低则节能导线投资效益越明显。随着损耗小时增加，JLHA3-675中强度铝合金绞线全寿命周期投资效益更加显著。
4 结论
（1）新型节能导线在不增加杆塔基础投资的条件下，投资效益更明显。线路损耗小时直接影响节能导线的使用效益，在上网电价、年回收率水平相同的情况下，线路的节能导线损耗小时数越大，使用效益越明显。
（2）对于导线截面较小的线路，由于导线交流电阻的绝对值较大，造成交流电阻值的差异较大，节能效果更明显。而此时导线差价在年费用中所占的比重相应减小。随着导线截面的增加，导线本身的价差将在年费用中所占的比重增大。
（3）随着制造工艺的日渐成熟、进步，新型节能导线价格相对普通导线有下降趋势，因此节能导线的适用范围及效益将进一步提高。
（4）综合投资比较发现，JLHA3-675中强度铝合金绞线在本工程设计条件下的全寿命费用最小，应推荐采用。
参考文献：
[1]GB/T 1179-2008 圆线同心绞架空导线[S].
[2]叶鸿声.中强度全铝合金导线在输电线路中的应用，电力建设，2010，31（12）：14-19
[3]GB 50545-2010 110kV～750kV 架空输电线路设计规范[S]
[4]JCS 0374：2003 裸线载流量计算方法[S].日本：日本电线与电缆制作者协会，2003.
作者简介：
黄康（1982.4-），男，湖北孝感人，三峡大学电气工程硕士，工程师，单位：中国电建集团湖北工程公司，研究方向为高压输电线路设计
论文作者:黄康
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/11
标签：导线论文; 线路论文; 绞线论文; 铝合金论文; 截面论文; 节能论文; 工程论文; 《电力设备》2015年8期供稿论文;