碳纖維導線在接地極線路中應用的經濟性分析

， ，，(中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

碳纖維導線在接地極線路中應用的經濟性分析

林浩，梁明，魏德軍，劉從法
(中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

根據接地極線路額定電流大、運行電壓低、額定電流情況下運行時間短的特點，通過與常規導線對比，分析了碳纖維復合芯導線的機械性能和電氣性能。通過技術經濟分析，探討了碳纖維復合芯導線在接地極線路中應用的合理性。

碳纖維復合芯導線;接地極線路;應用

0 引 言

接地極線路是特高壓直流工程不可缺少的重要組成部分。接地極線路有額定電流大、運行電壓低、額定電流情況下運行時間短的特點，因此其導線組合宜選擇總截面較小、載流量大、分裂根數少、便于布置、可靠性較高的導線型號和組合方式；而碳纖維復合芯導線具有載流量大、強度大、弧垂小、耐覆冰等特點，因此將碳纖維復合芯導線應用于接地極線路中具有顯著意義。下面對碳纖維復合芯導線在接地極線路中的應用進行分析研究。

1 輸入條件

涉及的工程輸入條件：±800 kV直流線路的輸送容量為10 000 MVA、額定電流為6 250 A；其接地極線路額定電流為6 250 A、最大過負荷電流為6 690 A；線路長度為85 km，平均耐張段長度3 km，桿塔單公里基數為2.6基，地形為35%的平地、65%的丘陵，覆冰厚度10 mm,基本風速25 m/s,最高溫度40℃，海拔1 000 m以下，原工程所采用的導線為2×2×JNRLH60/G1A-630/45鋼芯耐熱鋁合金絞線。

2 導線選擇

結合接地極線路額定電流大、運行電壓低、額定電流情況下運行時間短的特點，其導線組合宜選擇載流量大、總截面較小、分裂根數少、便于布置、可靠性較高的導線型號和組合方式。

在相同載流量情況下，碳纖維復合芯導線重量最輕，鋼芯耐熱鋁合金絞線次之，而普通鋼芯鋁絞線最重，故目前設計的接地極線路已不采用普通鋼芯鋁絞線，本節僅對原工程所采用的鋼芯耐熱鋁合金絞線和擬選用的碳纖維復合芯導線的電氣性能、機械性能及經濟性等方面進行對比分析。

2.1 導線主要參數

1)最高溫度

根據現有資料，鋼芯耐熱鋁合金絞線和碳纖維復合芯導線控制溫度按150℃考慮。

2)機械強度

根據規程規范，導線設計安全系數不小于2.5，懸掛點的設計安全系數不小于2.25，平均運行應力不大于拉斷應力的25%[1]。

2.2 導線特性

根據工程輸入條件，線路輸送容量為10 000 MVA,額定電流為6 250 A,最大過負荷電流為6 690A，原導線為2×2×JNRLH60/G1A-630/45鋼芯耐熱鋁合金絞線。根據輸送容量及每極電流的要求，可以選擇2×2×JLRX/F2B-560/65、2×2×JLRX/F2B-630/70和2×2×JLRX/F2B-800/80碳纖維復合芯導線進行對比分析。參與對比的導線技術參數見表1，為便于比較，以JNRLH60/G1A-630/45鋼芯耐熱鋁合金絞線作為對比基礎。

表1 導線技術參數

2.3 導線的電氣性能

為初步確定導線型號，首先從導線的載流量[1，3]進行比較。

按GB 50545-2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范》的要求，驗算導線允許載流量時，環境氣溫采用最高氣溫月的最高平均氣溫，計算風速采用0.5 m/s，太陽輻射功率密度采用0.1 W/cm2[1-2]。

經計算，各導線在最高允許溫度下的載流量(最高氣溫月的最高平均氣溫35℃)見表2。

由表2可知，在導線的最高允許溫度情況下，所選擇型號的導線均能滿足過負荷電流6 690 A的要求。

2.4 導線的機械性能

根據導線機械參數，計算機械特性情況如表3所示。

由表3可知，各導線的覆冰過載能力均超過25 mm，滿足工程要求，碳纖維復合芯導線JLRX/F2B-800/80覆冰過載能力最強，碳纖維復合芯導線JLRX/F2B-630/70次之，鋼芯耐熱鋁合金絞線相對較?。惶祭w維復合芯導線拉重比相對較高，碳纖維復合芯導線弧垂特性較鋼芯耐熱鋁合金絞線好；在荷載特性方面，導線單重決定了線條垂荷，導線直徑決定了線條風荷載，導線拉斷力決定了線條的張力荷載，從總體趨勢上看，導線截面越小的方案，其垂直荷載、風荷載及線條張力越小，有利于降低塔重。

2.5 導線的經濟性

1)本體投資比較

考慮參選導線弧垂和荷載特性情況，進行桿塔設計和本體投資估算，如表4所示。

由表4可知，，碳纖維復合芯導線價格雖然較高但對應的桿塔價格較低，碳纖維復合芯導線JLRX/F2B-560/65本體投資相對較低，鋼芯耐熱鋁合金絞線JNRLH60/G1A-630/45次之，碳纖維復合芯導線和鋼芯耐熱鋁合金絞線本體投資基本相當。

2)年費用比較

計算不同條件下各導線方案的年費用比較如表5所示。

由表5可看出，碳纖維復合芯導線年費用較鋼芯耐熱鋁合金絞線費用低，3種碳纖維導線年費用基本相當。

表2 導線載流量一覽表

表3 導線機械特性

表4 本體投資比較

表5 導線年費用比較

注：回收率按10%考慮，電費按0.4元/kW·h考慮。

2.6 小 結

從本算例來看，與原工程所采用的鋼芯耐熱鋁合金導線相比，擬選用的碳纖維復合芯導線JLRX/F2B-560/65的電氣性能可滿足工程需要，機械性能相對較優，同時經濟性也相對較優，在本算例中推薦采用。

3 結 語

通過比較分析，得出以下結論：

1)在導線的最高允許溫度情況下，碳纖維復合芯導線能滿足過負荷電流的要求；

2)碳纖維復合芯導線弧垂特性、覆冰過載能力較鋼芯耐熱鋁合金絞線優；

3)碳纖維復合芯導線和鋼芯耐熱鋁合金絞線本體投資基本相當，碳纖維復合芯導線價格較高但對應的桿塔價格較低；

4)碳纖維復合芯導線年費用較鋼芯耐熱鋁合金絞線低。

碳纖維復合芯導線在國內外已得到大量應用[4-5]，并取得一定的運行經驗，因此碳纖維復合芯導線在接地極線路中具有廣闊的應用前景，大規模的應用也將進一步降低工程投資費用。

[1] GB 50545-2010，110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2010：12-55.

[2] 國家電力公司東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊(第二版)[M].北京：中國電力出版社，2002：166-167.

[3] 機械工程手冊電機工程手冊編輯委員會.電機工程手冊：輸變電、配電設備卷(第二版)[M].北京：機械工業出版社，1997：57-58.

[4] 何州文，陳新，王秋玲，等. 國內碳纖維復合芯導線的研究和應用綜述[J].電力建設，2010，31(4)：90-93.

[5] 梁棟，鄧蜀平，蔣云峰，等. 碳纖維復合芯電纜國內外技術研發現狀及工程應用進展[J].化工新型材料，2011，39(2)：13-17.

According to the features of grounding electrode lines such as high rated current，low running voltage and short operating duration in the rated current, the mechanical properties and electrical performance of aluminum conductor composite core (ACCC) are analyzed by compared with the normal conductor wire. Through the techno-economic analysis, the reasonable application of ACCC to grounding electrode lines is discussed.

aluminum conductor composite core (ACCC); grounding electrode lines; application

TM247

A

1003-6954(2017)05-0059-04

林 浩(1982)，碩士研究生、工程師，長期從事輸電線路設計工作；

梁 明(1973)，教授級高級工程師，長期從事輸電線路設計工作；

魏德軍(1964)，高級工程師，長期從事輸電線路設計工作；

劉從法(1979)，碩士研究生、工程師，長期從事輸電線路設計工作。

2017-08-09)