宁德核电厂500kV送出线路导线选择

林建营

(福建永福工程顾问有限公司线路设计部， 350003)

宁德核电厂500kV送出线路导线选择

林建营

(福建永福工程顾问有限公司线路设计部， 350003)

合理选择导线及其结构，对降低架空送电线路投资具有重要的意义。本文拟从LCC(全寿命周期成本)分析出发，提供导线选择的一种新思路，从而有效控制工程建设投资和运营费用。

导线；LCC；建设投资；运行费用。

在500 kV送电线路建设中，导线本身在投资中所占比例比较大，一般为20 %～30 %，且它也影响到铁塔荷载、铁塔高度、基础力及线路的运行线损、电网调度的灵活性、安全性。因此，合理选择导线截面、材质及其结构，对降低送电线路投资具有重要的意义。

本文结合宁德核电厂500 kV送出线路工程，从导线的电气机械性能和全寿命周期成本比较分析，推荐满足工程需要且年费用最小的导线。

1 工程概况

宁德核电厂500 kV送出线路由500 kV宁德核电～宁德双回线路(长约98 km)和500 kV宁德核电～福州西双回线路(长约218 km)组成，线路路径大部分属于福建省沿海地区，全线为5 mm冰区，设计基本风速为31 m/s、35 m/s、42 m/s，污秽等级划分为C2、D1和E级污秽区。

宁德核电厂装机规模4×1085+2×1250MW，送出线路年大正常运行方式潮流分别为2×1900 MW和2×1380 MW。在N-1的情况下，上述两个送电通道中的任一通道的持续极限输送容量均为3420MW(环境温度40 ℃、导线温度80 ℃)。

2 导线截面选择

按照经济电流密度进行导线截面选择、并按电晕条件和持续极限输送容量进行校核。

2.1 按经济电流密度选择导线截面

年大正常运行方式下导线截面的计算如公式⑴：

式中：S为导线截面，mm2； P为送电容量，kW；Ue为线路额定电压，kV；J为经济电流密度，A/mm2。

核电年发电利用小时数7500 h，送出线路经济电流密度可取0.9，功率因数取0.95，电压取525 kV。导线截面选择见表1。

表1 导线截面选择

2.2 按电晕条件检验导线截面

在高压输电线路中，导线周围产生很强的电场，当电场强度达到一定数值时，导线周围的空气就发生游离，形成放电，这种现象就是电晕。输电线路的导线截面和分裂型式应满足电晕要求。

根据《110～750 kV架空输电线路设计规范》GB50545-2010第5.0.2条规定，海拔不超过1000 m地区，采用现行国标中钢芯铝绞线时外径不小于表2数值，可不必验算电晕。

表2 导线外径选择

因此，本工程导线截面选择满足电晕要求。

2.3 按持续极限输送容量检验导线截面

容许发热条件的持续极限输送容量的计算如公式⑵：

式中：Wmax为极限输送容量，MVA；Ue为线路额定电压，kV；Imax为导线持续容许电流，kA。

宁德核电送出线路共有两个同塔双回送出通道， N-1情况按保守考虑，在失去一个双回路通道的情况下，6台机组满发出力6840 MW仅通过双回线路外送，单回线路送电3420 MW。4×630 mm2导线持续极限输送容量可达3480 MVA(环境温度40 ℃、导线温度80 ℃)，可满足核电送出需要。

结果表明，按照以上方法进行导线截面选择，宁德核电送出线路导线截面选择应选4×630 mm2。

然而，需要指出的是，核电厂利用小时数高达7500 h，降低线路送电损耗有较大的经济效益，选择更大截面导线虽然综合造价、维护费用提高了，但送电损耗更小，综合经济性有可能更好，故下面针对宁德核电送出线路的特点，截面采用4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2几种情况进行了进一步的、更详细的技术经济比较。

3 导线材质比选

目前，福建省已经挂网运行的导线主要有：(稀土)钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线、高强度铝包钢芯铝绞线、耐热铝合金导线、高强度耐热铝合金导线、全铝合金导线、碳纤维导线、钢芯软铝导线、间隙型导线等。

由于本工程属常规性新建工程，导线选型不需考虑相对于普通导线线损更高的“高温低弧垂导线”，如钢芯(或碳纤维芯、铝基陶瓷纤维芯)耐热铝合金导线、间隙型超耐热铝合金导线、殷钢(超)耐热铝合金导线等特殊导线，考虑宁德核电厂500 kV送出线路工程特点，本工程选用耐腐蚀性能较好的铝包钢芯铝绞线，并框选出五种导线：JL/LB20A-630/45(导线一)、JL/LB20A-630/55(导线二)、JL/LB20A-720/50(导线三)、JL/LB20A-800/55(导线四)和JL/LB20A-800/70(导线五)，通过对各种导线的电气机械性能和全寿命周期成本比较分析，推荐满足工程需要且年费用最小的导线。

4 导线性能比较

导线性能比较有电气性能比较和机械性能比较，主要有电磁环境(噪音、无线电干扰、导线表面场强、地面场强)、载流量、导线弧垂、抗风过载能力及微风振动特性等。通过计算，上述五种导线性能比较分析如下：

⑴电磁环境：均在国家规范允许范围内。

⑵载流量：环境温度40 ℃、导线温度80℃情况下，上述五种导线单根载流量分别为990.2 A、1011.2 A、1085.3 A、1168.5 A和1169.0 A，均能满足本工程需要。

⑶弧垂：上述五种导线平均档距弧垂分别为19.5 m、17.5 m、20.1 m、18.8 m和18.2 m，弧垂最小最大值差2.6 m。

⑷抗风过载能力：上述五种导线平均档距抗风过载能力分别为69 m/s、70.1 m/s、69.3 m/s、70.7 m/s和71.5 m/s，均能满足本工程需要。

⑸导线微风振动特性：限制导线振动水平，一般采用“Te/m限值法”，其中Te为导线最低气温月的平均气温、无风、无冰下的张力(N)，m为电线单位质量(kg/km)，其比值越大，其振动越严重。上述五种导线平均档距微风振动特性分别为18.2、20.8、17.4、18.9和19.7，JL/LB20A-720/50型铝包钢芯铝绞线略好，但目前分裂导线采用常规的防振措施均能满足安全要求。

5 导线全寿命周期成本(LCC)分析

导线的全寿命周期成本由一次投资费用(IC)、年运行费用(OC)、故障中断供电损失成本(FC)和报废成本(DC)构成，工程竣工验收之前的费用均归为IC，竣工验收之后的费用则分别在OC、FC和DC中计列。其中年运行费用主要由导线的电能损耗、运行巡视等费用构成。

5.1 分析计算条件

⑴宁德核电年利用小时数取7500 h，功率因数取0.95，对应的年损耗利用小时数取6500 h。

⑵线路建设年限按12个月，年贴现率取8%，核电送出线路运行期取50年。

⑶损耗电价取0.4136元/kWh(宁德核电可研审定的财务可行的含税上网电价)。

⑷线路年维护费率取1.4 %，导线净残值率取5%。

⑸导线施工费用按120万元/km，铁塔材料及施工费用按1.3万元/t，基础材料及施工费用按0.25万元/m3，钢筋材料及施工费用按0.7万元/m3。

⑹ 资金等值公式

资金回收系数：

式中：A为年金；P为现值；F为终值；i为折现率；n为计算周期。

5.2 一次投资费用(IC)

送电线路一次投资费用主要由导线及其附件、绝缘子及其附件、铁塔、基础、钢筋等组成。在线路路径、气象条件相同的情况下，不同型号导线铁塔耗钢量、基础量、钢筋与铁塔的平均呼高、导线的计算拉断力、线径及耐张转角塔比例有关，并表现出正比趋势。

经计算，折合到50年年费用时，500 kV宁德核电～宁德双回线路上述五种导线的年费用分别为4585万元、4685万元、5012万元、5560万元和5616万元，500 kV宁德核电～福州西双回线路上述五种导线的年费用分别为9277万元、9443万元、10157万元、11120万元和11198万元。

5.3 正常输送功率年运行费用(OC)

送电线路导线功率损耗计算公式如下：

式中：W为导线损耗功率(W)；I为正常输送容量时导线额定电流(A)；R为额定电流时交流电阻(Ω)。

500 kV宁德核电～宁德双回线路正常输送容量为1900 MW，考虑线路的运行维护费，经计算，折合到50年年费用时，上述五种导线的年运行费用分别为9775.7万元、9470.7万元、8572.7万元、7793.3万元和7812.8万元。

500 kV宁德核电～福州西双回线路正常输送容量为1380 MW，考虑线路的运行维护费，经计算，折合到50年年费用时，上述五种导线的年运行费用分别为120121.8万元、11710.2万元、10717.0万元、9862.7万元和9901.8万元。

5.4 故障中断供电损失成本(FC)

考虑电网故障中断供电损失成本(FC)涉及到方方面面的问题难于预计，本工程线路暂不考虑故障中断供电损失成本(FC)。

5.5 报废成本(DC)

考虑导线净残值率取5%时，经计算，折合到50年年金时，500 kV宁德核电～宁德双回线路上述五种导线年金分别为0.98万元、0.82万元、0.88万元、1.13万元和1.16万元，500 kV宁德核电～福州西双回线路上述五种导线年金分别为1.83万元、1.95万元、2.18万元、2.51万元和2.59万元。

5.6 LCC年费用比较及导线选型结论

综合上述一次投资费用(IC)、年运行费用(OC)和报废成本(DC)，500 kV宁德核电～宁德双回线路和500 kV宁德核电～福州西双回线路的合计年费用分别为表3和表4。

表3 500kV宁德核电～宁德双回线路合计年费用

表4 500kV宁德核电～福州西双回线路的合计年费用

根据表3和表4可知，年大正常运行方式潮流为2×1900 MW时，导线选用4×JL/LB20A-800/55型铝包钢芯铝绞线在线路50年全寿命周期内年费用最小，可减少231.3万元～1008.2万元；年大正常运行方式潮流为2×1380 MW时，导线选用4×JL/LB20A-720/50型铝包钢芯铝绞线在线路50年全寿命周期内年费用最小，可减少107.8万元～415.5万元。因此，建议500 kV宁德核电～宁德双回线路工程导线采用4×JL/LB20A-800/55型铝包钢芯铝绞线，500kV宁德核电～福州西双回线路工程导线采用4×JL/LB20A-720/50型铝包钢芯铝绞线。

6 结语

在满足宁德核电厂500 kV送出线路经济输送容量、极限输送容量和电气机械性能的情况，根据工程实际情况，合理选用导线的材质并通过LCC分析比较4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2截面导线的一次投资费用、年运行费用，最终选用年费用最小的4×JL/LB20A-800/55型铝包钢芯铝绞线、4×JL/LB20A-720/50型铝包钢芯铝绞线，不仅有效降低线路的运行费用，而且提高了电网调度的灵活性、安全性。

[1]东北电力设计院．电力工程高压送电线路设计手册(2版)[K]．北京 ：电力工业出版社，1999．

[2]GB 50545-2010，110～750kV，架空输电线路设计规范[S].

Option of the Wire in the Ningde Nuclear Power Plant 500kV Transmission Line

LIN Jian-ying
(Department for Transmission in Fujian Yongfu Project Consultant Co.,Ltd., Fuzhou 350003, China)

Reasonable choice of wire and its structure, reduce the overhead transmission line investment is of great signi fi cance. This paper from the LCC (Life Cycle Cost) analysis, we provide a new way wire options to effectively control construction investment and operating costs.

conducting wire; LCC; capital investment; operation expenses.

TM721

B

1671-9913(2011)01-0072-04

2010-12-03

林建营(1971- )，男，福建漳浦人，工程师。