雙分裂導線在500 kV重冰區線路中的應用

潘春平，莊志偉，鄭志源

（廣東省電力設計研究院，廣州市，510663）

0 引言

2008年年初，我國南方大部分地區出現了建國以來罕見的持續大范圍低溫、雨雪和凝凍極端天氣，輸變電設施覆冰積雪極為嚴重，輸電線路發生了大面積冰閃跳閘和倒塔斷線事故，電網所受到的威脅和損害無論從范圍還是持續時間上都是史無前例的。

重冰區線路由于冰荷載大，在每相導線總截面相同時，小截面的導線機械特性較弱，弧垂較大，單位長度線路的鐵塔基數較多；同時當導線分裂數增加時，鐵塔承受的垂直、水平和縱向荷載也相應增大，工程投資成倍增加。為了從技術上挖掘潛力，降低工程造價，有必要對重冰區導線的截面和分裂型式進行比較，選擇出滿足技術要求且經濟合理的導線截面和分裂型式。

1 工程概況

廣東省韶關和清遠北部地區的電網在2008年年初的冰災中受到重創。新建的500 kV坪石B電廠三期至曲江變電站送電線路所經過的梅花、云巖、紅云和大橋一帶線路覆冰極為嚴重，通過該電力通道的眾多已建電力線在2008年冰災中都遭受毀滅性破壞。其中500 kV橋（口）曲（江）甲線在該通道內倒塔96基，500 kV橋（口）曲（江）乙線倒塔53基，±500 kV江城直流倒塔34基[1-2]。500 kV坪曲線全長約110 km，在2007年年底已完成施工圖設計，為了提高其抗冰能力，按照廣東電網公司的要求，根據2008年冰災的冰情調查結果，重新劃分了冰區范圍，調整了設計冰厚。調整后30mm及以上重冰區段的長度約36 km，其中30、40及50mm冰區線路的長度分別為17.5、7及11.5 km[3-4]。

2 導線型號及分裂型式的選擇

2.1 導線的比較方案

根據系統的要求，本線路經濟輸送容量為940MW，在環境溫度為35℃時的極限輸送功率為1.900GW，由此可得每相導線經濟輸送電流為1.085 kA，按經濟電流密度0.9A/mm2的參考值估算，每相導線的鋁截面不小于1 200mm2。

根據國內超高壓輸電線路的導線實際選用情況，本工程可選擇四分裂和雙分裂兩種導線分裂方式。30mm及以上重冰區，由于覆冰荷載大，故導線材質推薦采用鋼芯鋁合金絞線。現選擇表1所示的7種導線型號作為比較方案，并計算出各種導線相應的允許電流值和極限輸送功率。

表1 導線型號及其基本參數Tab.1 Conductor types and the irbasic parameters

由表1可知，除JLHA1/G1A-720/50和JLHA1/ G1A-720/90兩種線型極限輸送功率接近1.900 GW外，其余5種線型均大于要求值。

2.2 電磁環境的計算

根據經驗，一般導線最大表面電場強度不宜大于全面電暈電場強度的85％，以避免導線出現全面電暈。按本工程有代表性的2種海拔高程及中相采用I型及V型兩種絕緣子串型式對7種導線方案進行計算，結果見表2～4，表中Em為導線表面最大電場強度（有效值），Em0為導線臨界電場強度（有效值）。

表2 導線的臨界電場強度Tab.2 Critical electric field intensities of conductors

由計算結果可見，各種導線方案的表面最大電場強度與臨界電場強度的比值均小于85％，各種方案的導線表面電場強度基本不起控制作用；同時中相采用V型串后可縮小相間距離，減小塔頭尺寸，而導線表面場強僅比采用I串的大1％～2％。另外，根據文獻[5-6]的規定，對于500 kV線路，海拔不超過1 000m地區、采用現行國標鋼芯鋁絞線，如雙分裂子導線外徑不小于36.24mm時，可不驗算電暈。即2×720mm2和2× 800mm2截面導線均能滿足規程的要求。

表3 導線水平排列中相采用V V串的導線表面最大電場強度Tab.3 The maximum electric field intensities on the surface ofconductors arranged horizontally and applied in‘V’string inthe middle phase

表4 導線水平排列中相采用i串的導線表面最大電場強度Tab.4 The maximum electric field intensities on the surface of conductors arranged horizontally and applied in‘I’string in the middle phase

計算各種導線排列方式的無線電干擾采用經驗公式法，具體結果見表5。計算結果表明，各種方案均能滿足55 dB標準的要求，也就是說對于本線路設計所選的導線分裂方式無線電干擾不起控制作用。

對各種導線分裂方式在各種塔型下的可聽噪聲進行計算預測，結果如表6所示。按照55 dB（A）的控制條件，各種導線排列方式均滿足要求，而四分裂型式的噪聲水平更低。

根據以上電磁環境計算結果可知，四分裂小截面導線組合方案的電磁環境干擾值明顯小于雙分裂大截面導線組合方案。本工程重冰區段為林區，安全距離為樹木控制，導線對地距離較高，當按工程實際的導線對地距離計算時，2×720mm2和2×800mm2雙分裂大截面導線組合方案的電磁環境干擾值也能滿足電磁環境要求。

表5 不同導線排列方式的無線電干擾Tab.5 Radio interruptions of different conductor arrangements

表6 不同導線排列方式的可聽噪聲計算結果Tab.66 Calculated audible noises of different conductorarrangements

2.3 30mm冰區各種線型的機械性能比較

2.3.1 物理參數

對處于30mm冰區的線路，每相導線選擇2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50和4×LHBGJ-300/50三種導線線型進行比較。經綜合測算，大截面雙分裂導線的安全系數取3.37，四分裂小截面導線的安全系數取2.66。以上所選的3種導線線型的主要物理參數如表7所示。

2.3.2 導線采購費用比較

根據各種導線最新的參考報價，導線的采購費用見表8。

2.3.3 導線弧垂對工程投資的影響

最大設計冰厚取30mm時，3種線型在代表檔距為300m，實際檔距為300m、350m及400m時的最大弧垂值如表9所示。

從表9可見，LHBGJ-300/50線型的導線弧垂最大，在350m檔距時比雙分裂大截面導線大1.70m，同時該種導線的安全系數較小，為2.66。而LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50型雙分裂大截面導線的弧垂都較小，同時導線的安全系數卻較大，均為3.37。由于LHBGJ-300/50線型的弧垂較大，相應的桿塔較高，故鐵塔質量和基礎費用將增大。

表7 導線的機械物理特性表Tab.77 The mechanical and physical characteristics of variousconductors

表8 導線采購費用比較TTab.8 Cost comparison of different conductors

表9 導線弧垂對工程投資的影響Tab.9 Influences of conductor sag on project investment

2.3.4 導線荷載對工程投資的影響

3種線型的張力在代表檔距較大時均為覆冰情況控制，各種線型在代表檔距為300m時每相導線的荷載對比如表10所示。

對重冰區線路而言，影響直線塔及直線小轉角塔質量的主要因素是不均勻覆冰工況；影響耐張塔質量的主要因素為最大覆冰工況下的角度荷載；影響冰區分界耐張塔質量的主要因素為最大覆冰工況下的角度荷載及不平衡張力差[7-8]。

表10 導線荷載對工程投資的影響Tab.10 Influences of conductor load on project investment

表11 不同懸垂絕緣子串型式的垂直檔距上限值Tab.11 The upper limit values of vertical span of differentsuspension insulator string types

從表11可見，在一般情況下3種線型采用雙聯210 kN懸垂絕緣子串基本可滿足工程要求，故懸垂絕緣子串的投資差別較小。

對于耐張絕緣子串，其強度主要由每相導線的懸掛點張力確定，該值近似取1.1倍的最大使用張力，3種線型采用不同的耐張絕緣子串型式時的絕緣子安全系數見表12。

從表12可見，4×LHBGJ-300/50線型采用雙聯300 kN級耐張絕緣子串在最大荷載時不能滿足設計規程對絕緣子機械強度安全系數不小于2.7的要求，需采用雙聯400 kN級耐張絕緣子串；而2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50線型則可采用雙聯300 kN級耐張絕緣子串，安全系數分別為3.20和3.41。

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表12 采用不同的耐張絕緣子串型式時的絕緣子安全系數Tab.12 Safety factors of insulator for different tensioninsulator string types

2.3.6 過載能力比較

按導線張力達到70％保證拉斷力的限值計算導線的容許過載冰厚，結果如表13所示。

表13 導線過載的校驗冰厚Tab.13 Check ice-thickness of conductor overload

從表13可見，在代表檔距為350～550m范圍內LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50線型的過載能力相當，而LHBGJ-300/50線型的過載能力相對較小。

2.3.7 投資比較

將3種線型的本體投資比較匯總如表14所示。由表14的本體投資比較可見，采用JLHA1/G1A-720/ 50型導線具有最佳的經濟特性，LHBGJ-800/55型導線需增加5.216 2萬元/km，而LHBGJ-300/50型導線經濟性最差，與JLHA1/G1A-720/50型導線相比，需增加40.040 7萬元/km。

表14 30mm冰區每千米投資比較Tab.14 Per-kilometer investment comparison in30 mm icing area

2.4 50mm冰區各種線型的技術經濟比較

表15 50mm冰區每千米投資比較Tab.15 Per-kilometer investment comparison in50 mm icing area

由表15的本體投資比較可見，采用JLHA1/ G1A-720/90型導線具有最佳的經濟特性，LHBGJ-800/100型導線需增加7.279 6萬元/km，而JLHA1/G3A-366/60型導線經濟性最差，與JLHA1/ G1A-720/90型導線相比需增加98.314 4萬元/km。

3 結論

從電磁環境的計算結果來看，當按工程實際的導線對地距離計算時，各種線型均能滿足電磁環境的要求，但雙分裂大截面導線組合方案的電磁環境干擾值高于四分裂小截面導線組合方案。

從機械性能來看，雙分裂大截面導線明顯優于四分裂小截面導線，具體表現為：（1）大截面導線機械特性好，弧垂小，過載能力強；（2）覆冰工況時作用于鐵塔上總的垂直、水平及縱向荷載都小，可減少鐵塔質量及基礎費用；（3）雙分裂大截面導線選用的懸垂和耐張絕緣子串更加經濟。

為使30mm及以上重冰區線路的極限輸送容量盡量接近20mm及以下冰區4×300mm2導線的輸送容量，同時考慮到2×800mm2大截面導線電磁干擾值優于2×720mm2導線，而工程投資增加較少，運行費用優于2×720mm2導線（按年費用最小法測算，線路運行約5年后可收回增加的投資），因此，本工程30mm重冰區線路導線推薦采用2×LHBGJ-800/55型鋼芯鋁合金絞線，50 mm重冰區線路每相導線推薦采用2× LHBGJ-800/100型鋼芯鋁合金絞線。選用2×800mm2導線后，在30 mm冰區每千米本體投資比4× LHBGJ-300/50型導線減少34.824 5萬元，在50mm冰區比4×JLHA1/G3A-366/60型導線減少91.034 8萬元，本工程36 km的30mm及以上重冰區段共節省本體投資約2 200萬元。上述設計方案于2008年4月中旬通過中國電力工程顧問集團公司的初設評審，該工程于2009年9月22日建成投運，并獲2009年度電力行業送電工程優秀設計一等獎。

將雙分裂大截面導線應用于500 kV重冰區線路，國內尚無先例。本工程是我國第1條采用雙分裂導線的500 kV重冰區送電線路，它不但技術先進、經濟性好，同時也為我國今后重冰區線路的導線選型提供了參考和借鑒。

[1]廣東省電力設計研究院.廣東電網冰災事故分析與建議研究報告[R].廣州：廣東省電力設計研究院，2008.

[2]廖毅，潘春平，周冰.廣東電網冰災事故分析與應對措施[J].廣東輸電與變電技術，2008（5）：1-8.

[3]廣東省電力設計研究院.500 kV坪石B電廠三期至500 kV曲江站線路工程提高抗冰能力方案初步設計說明書（S5071C-A0103-01）[R].廣州：廣東省電力設計研究院，2008.

[4]潘春平.廣東電網在建和新建工程提高抗冰能力的設計[J].廣東輸電與變電技術，2008（5）：12-15.

[5]DL/T5092—1999 110 kV～500 kV架空送電線路設計技術規程[S]. [6]Q/CSG 11502—2008 110 kV～500 kV架空輸電線路設計技術規定（暫行）[S].

[7]Q/CSG 11503—2008中重冰區架空輸電線路設計技術規定（暫行）[S].

[8]中國電力工程顧問集團公司，西南電力設計院.重覆冰架空輸電線路設計技術規程（送審稿）及條文說明和編制說明[M].北京：中國電力工程顧問集團公司，2008.