擴(kuò)徑導(dǎo)線在特高壓交流輸電線路工程中的應(yīng)用

張祿琦，郝陽，李小亭，楊敏

(西北電力設(shè)計(jì)院，西安市710075)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，資源和環(huán)境問題日益突出，特高壓線路應(yīng)以建設(shè)“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”工程為目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，既要確保電磁環(huán)境滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，又要保證具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。與常規(guī)導(dǎo)線相比，等截面的擴(kuò)徑導(dǎo)線外徑增大，改善了電磁環(huán)境;等外徑的擴(kuò)徑導(dǎo)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(jìn)行擴(kuò)徑導(dǎo)線的應(yīng)用研究有著重要意義［1-9］。

20世紀(jì)70年代初，我國研制生產(chǎn)的LGJK－272型擴(kuò)徑導(dǎo)線成功用于西北330 kV劉家峽—關(guān)中輸電線路，至今運(yùn)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(kuò)徑導(dǎo)線，均運(yùn)行良好。由此可見，擴(kuò)徑導(dǎo)線已在750 kV超高壓輸電線路工程中得到成功應(yīng)用，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。本文將依托1 000 kV錫盟—南京特高壓交流輸電線路工程，對(duì)常規(guī)導(dǎo)線LGJ－630/45與在其基礎(chǔ)上開發(fā)的擴(kuò)徑導(dǎo)線JL/G1A－545(630)/45進(jìn)行比較分析，探討擴(kuò)徑導(dǎo)線在特高壓輸電線路工程中的應(yīng)用［10-11］。

1 電氣特性

1.1 系統(tǒng)參數(shù)

依據(jù)前期相關(guān)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(yùn)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(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5 000、5 500 h。

1.2 導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線與擴(kuò)徑導(dǎo)線參數(shù)見表1［5］。

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

從表1可看出，擴(kuò)徑導(dǎo)線JL/G1A－545(630)/ 45是從常規(guī)導(dǎo)線LGJ－630/45的鄰?fù)鈱?5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(dǎo)線LGJ－630/45與JL/G1A－545(630)/ 45擴(kuò)徑導(dǎo)線的截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 常規(guī)導(dǎo)線與擴(kuò)徑導(dǎo)線截面結(jié)構(gòu)Fig.1 Section structure of conventional conductors and diameter-extended conductor

1.3 導(dǎo)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(jì)電流密度取0.9 A/mm2，需要相導(dǎo)線總鋁截面為4 051 mm2。而擴(kuò)徑導(dǎo)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(xiàn)［1］可知，在驗(yàn)算導(dǎo)線允許載流量時(shí)鋼芯鋁絞線宜采用+70℃，必要時(shí)可采用+80℃，本文按照導(dǎo)線最高溫度+70℃或+80℃進(jìn)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(shí)每相的電流為5 470、7 292 A，導(dǎo)線的最高溫度計(jì)算結(jié)果見表2［6］。

表2 事故時(shí)導(dǎo)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(dāng)線路輸送功率為9 000 MVA時(shí)，2種導(dǎo)線的溫度為61.80、63.6℃，未超過70℃的允許值，當(dāng)輸送功率為12 000 MVA時(shí)，2種導(dǎo)線溫度為71.75、74.80℃，未超過80℃的允許值，因此2種導(dǎo)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(kuò)徑導(dǎo)線的外徑與LGJ－630/45相同，因此2種導(dǎo)線在海拔500 m及以下地區(qū)，距邊相導(dǎo)線投影外20 m、離地2 m高度處、濕導(dǎo)線的可聽噪聲和天氣情況良好情況下無線電干擾的計(jì)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(jī)械特性

機(jī)械特性的比較主要指對(duì)擴(kuò)徑導(dǎo)線與常規(guī)導(dǎo)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(jìn)行技術(shù)比較，計(jì)算結(jié)果如表3所示［6］。

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

3 經(jīng)濟(jì)比較

導(dǎo)線方案對(duì)工程造價(jià)的影響主要體現(xiàn)在初投資和年費(fèi)用2個(gè)方面，而初投資包括導(dǎo)線、塔材和絕緣子等費(fèi)用。本文主要從初投資和年費(fèi)用2個(gè)方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。

表3 常規(guī)導(dǎo)線與擴(kuò)徑導(dǎo)線的機(jī)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(dǎo)線方案的導(dǎo)線費(fèi)用、鐵塔費(fèi)用以及本體投資估算如表4所示。

表4 2種導(dǎo)線方案差價(jià)比較Tab.4 Price comparison between two conductor programs

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

3.2 年費(fèi)用的比較

3.2.1 計(jì)算條件

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

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

(2)2011年投資60%，2013年投資為40%。

(3)補(bǔ)充投資按5 000元/kW計(jì)。

(4)年損耗小時(shí)數(shù)按3 200、3 750 h計(jì)。

(5)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率為1.4%。

(6)電力工程回收率按8%、10%、12%共3種利率計(jì)。

(7)上網(wǎng)電價(jià)按 0.2、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50元/(kW·h)共7種電價(jià)計(jì)。

3.2.2 電能損耗計(jì)算

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

由表5計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)同塔雙回線路輸送功率為2×4 500～2×6 000 MVA時(shí)，擴(kuò)徑導(dǎo)線JL/G1A－545(630)/45的電阻損耗高于LGJ－630/45常規(guī)導(dǎo)線，由于2種導(dǎo)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(dǎo)線方案電能損耗計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation results of energy consumption of two conductor programs

4 結(jié)論

(1)擴(kuò)徑導(dǎo)線已成功應(yīng)用于750 kV輸電線路工程，經(jīng)過多年的實(shí)踐和總結(jié)，其設(shè)計(jì)、制造和施工工藝已有一定的經(jīng)驗(yàn)。在電磁環(huán)境控制導(dǎo)線截面的特高壓輸電線路上應(yīng)用擴(kuò)徑導(dǎo)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(shè)理念，具有良好的應(yīng)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(jì)電流密度進(jìn)行鋁截面積的選擇，擴(kuò)徑導(dǎo)線滿足要求;按照極限輸送容量計(jì)算導(dǎo)線溫度，擴(kuò)徑導(dǎo)線滿足最高允許溫度的要求。等直徑擴(kuò)徑導(dǎo)線的電磁環(huán)境特性與相應(yīng)常規(guī)導(dǎo)線相同，滿足限值要求。

(3)在機(jī)械特性方面，通過對(duì)導(dǎo)線荷載能力、過載能力和弧垂特性方面的綜合比較可知，擴(kuò)徑導(dǎo)線的機(jī)械特性滿足工程應(yīng)用需求。

(4)在經(jīng)濟(jì)性方面，與常規(guī)導(dǎo)線相比，擴(kuò)徑導(dǎo)線工程初投資較省;在上網(wǎng)電價(jià)低、年損耗小時(shí)數(shù)和輸送容量較小的情況下擴(kuò)徑導(dǎo)線年費(fèi)用較低;在上網(wǎng)電價(jià)高、年損耗小時(shí)數(shù)和輸送容量大的情況下鋼芯鋁絞線導(dǎo)線略優(yōu)。

［1］GB 50665—2011 1 000 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］西北電力設(shè)計(jì)院.西北電網(wǎng)750 kV輸變電工程關(guān)鍵技術(shù)研究—擴(kuò)徑導(dǎo)線的開發(fā)研制研究報(bào)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(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(3):61-66.

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

［5］GB/T 1179—2008圓線同心絞架空導(dǎo)線［S］.

［6］西北電力設(shè)計(jì)院.1 000 kV錫盟—南京特高壓交流線路工程導(dǎo)地線選型及新型導(dǎo)線應(yīng)用研究報(bào)告［R］.北京:國家電網(wǎng)公司，2004.

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

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

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

［10］馮玉昌，李云閣.750 kV擴(kuò)徑導(dǎo)線的運(yùn)行情況總結(jié)［J］.電力建設(shè)，2007，28(10):43-46.

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