鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線在500 kV大跨越工程中應(yīng)用

，浩元

(1.中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，四川 成都 610021；2.國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司， 重慶 400039)

0 引 言

大跨越工程的導(dǎo)線選擇非常關(guān)鍵。導(dǎo)線特性對跨越塔的高度和運(yùn)行荷載起關(guān)鍵作用，也決定了輸電損耗和效率以及機(jī)電過載能力。只有選擇最佳導(dǎo)線方案，才能確保跨越段工程具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和較高的運(yùn)行安全性。大跨越工程在選擇導(dǎo)線時(shí)應(yīng)考慮輸送容量、電磁環(huán)境、機(jī)械性能、制造條件等因素，合理控制導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力和弧垂等。

目前，國內(nèi)外500 kV大跨越設(shè)計(jì)一般采用的導(dǎo)線主要有(特強(qiáng))鋼芯(高強(qiáng)度)鋁合金絞線、鋼芯(高強(qiáng)度)耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼絞線、鋼芯鋁包鋼絞線等。

鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線是在鋼芯鋁合金導(dǎo)線的基礎(chǔ)上將其鋼芯加強(qiáng)采用高強(qiáng)度鋼芯，同時(shí)在鋁合金中加入金屬鋯(Zr)元素后制造出的一種新型導(dǎo)線，在低海拔地區(qū)鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線由于其連續(xù)運(yùn)行溫度及短時(shí)容許溫度比常規(guī)鋼芯鋁絞線(ACSR)高60 ℃，分別達(dá)到150 ℃及180 ℃，從而大大提高了輸電能力，同時(shí)其機(jī)械特性也較常規(guī)鋼芯鋁絞線(ACSR)大大提高。

下面以重慶萬州500 kV長江大跨越工程為例，對比分析計(jì)算了6種大跨越導(dǎo)線方案，結(jié)果表明高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線方案具有明顯優(yōu)勢，為今后低海拔地區(qū)500 kV大跨越工程提供參考。

1 工程概況

萬州神華500 kV線路長江大跨越工程采用同塔雙回路架設(shè)，跨越段線路全長2×1.512 km。

跨越方式：耐-直-直-耐；

跨越檔距：101 m/1247 m/164 m；

鐵塔呼高：39 m/86 m/84.5 m/25 m

鐵塔全高：78.5 m/124.6 m/123.1 m/64.55 m

系統(tǒng)額定輸送容量：2×1050 MVA；

額定電流: 2×1277 A

系統(tǒng)最大輸送容量：2400 MVA/回；

N-1情況下導(dǎo)線載流量：1×2917 A。

2 導(dǎo)線初步對比分析

初步比選從載流量、電磁環(huán)境影響、電能損失、機(jī)械性能等方面開展對比分析。

2.1 候選對比方案

候選方案有特強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線等6種，其中鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線采用2分裂，其余采用4分裂，具體方案和導(dǎo)線參數(shù)如表1、表2所示。

2.2 允許載流量比較

根據(jù)GB 50545-2010[2]，可以計(jì)算得到各種方案允許溫度下的允許載流量如表3所示。

表3 6個(gè)導(dǎo)線方案的允許載流量

根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果來看，6種方案均能夠滿足該工程載流量的要求。

2.3 電磁環(huán)境比較

采用逐次鏡像法計(jì)算導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度[3]，采用CISPR公式[4]計(jì)算無線電干擾水平、BPA公式 計(jì)算可聽噪聲[5]、前蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算電暈損失。計(jì)算對比結(jié)果如表4所示。

從表4的計(jì)算結(jié)果可知， 6種方案均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6]的要求。

2.4 電能損失比較

各種導(dǎo)線方案的電能損失列于表5，其中年損耗小時(shí)數(shù)取3000 h，上網(wǎng)電價(jià)取0.35元/kWh。

2.5 鐵塔荷載及投資比較

6種導(dǎo)線方案在考慮大風(fēng)、覆冰等條件下的鐵塔荷載及其投資費(fèi)用如表6所示。其中假設(shè)鋼材單價(jià)1萬元/t、混凝土單價(jià)0.2萬元/t、導(dǎo)線單價(jià)2萬元/t、金具單價(jià)2.5萬元/t、420 kN和550 kN絕緣子單價(jià)分別為240元/片和360元/片。

通過表6的比較可見，方案1的弧垂特性最好，其跨江直線鐵塔高度較方案2至方案6分別低8.5 m、6.5 m、22.5 m、3.5 m、2.5 m。按實(shí)測大跨越斷面圖，4座鐵塔呼高分別為39 m、63.5 m、61 m、25 m，鐵塔全高分別為78.5 m、102.1 m、100.6 m、64.55 m。但由于其風(fēng)荷載、無冰垂直荷重、有冰垂直荷重、最大使用張力均大于其他導(dǎo)線方案，結(jié)合導(dǎo)線、絕緣子、金具等方面因素，本體投資較方案2至方案6分別增加653.8萬元、656萬元、896.28萬元、742.1萬元、114.4萬元。可看出方案4本體投資最低，較方案1節(jié)約896.28萬元。方案2、方案4、方案5的弧垂特性和電能損失稍差，但其風(fēng)荷載、無冰垂直荷重、有冰垂直荷重、最大使用張力均較方案1小，且以方案4的荷重最小。

表4 各種導(dǎo)線分裂方式電磁環(huán)境參數(shù)計(jì)算結(jié)果

注：表中計(jì)算電暈臨界電場強(qiáng)度Em0時(shí)光滑系數(shù)m取值為0.9。

表5 各方案的電能損失比較

表6 鐵塔荷載及投資費(fèi)用

注：①以方案1作為基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的百分比值；②以方案1作為基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的差值。

綜上，在滿足通航條件下：技術(shù)方面，方案1可降低跨越塔高，為6種方案塔高最低；經(jīng)濟(jì)方面，方案4可節(jié)約本體費(fèi)用，為6種方案費(fèi)用最低，方案2、方案3、方案5、方案6等在塔高和費(fèi)用方面均介于方案1和方案4之間，經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢不明顯。因此對方案1和方案4兩種導(dǎo)線再進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

3 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

3.1 年費(fèi)用最小法

對方案1、方案4按年費(fèi)用最小法[7]計(jì)算結(jié)果如表7所示。年運(yùn)行費(fèi)用包括年電能損失費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率1.4%、投資回收率10%。

表7 兩種導(dǎo)線年費(fèi)用計(jì)算結(jié)果

3.2 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

兩種導(dǎo)線綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表8。

表8 兩種導(dǎo)線綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

注：①以方案1作為比較基準(zhǔn)。

通過上述比較，兩種方案均能滿足輸送容量及電磁環(huán)境的要求；兩種方案均能滿足極限載流量2917 A，方案4年費(fèi)用節(jié)約23.57萬元，優(yōu)于方案1。

4 結(jié) 論

通過對6種不同大跨越導(dǎo)線方案的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較分析可知，高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線以其強(qiáng)度高、荷載輕、載流能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以在滿足電磁環(huán)境要求和保障安全運(yùn)行的前提下，大幅度降低工程投資。在低海拔地區(qū)大跨越工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。