扩径导线在特高压交流输电线路工程中的应用

张禄琦，郝阳，李小亭，杨敏

(西北电力设计院，西安市710075)

0 引言

随着我国经济社会的发展，资源和环境问题日益突出，特高压线路应以建设“环境友好型、资源节约型”工程为目标，优化设计方案，既要确保电磁环境满足标准要求，又要保证具有技术经济性。与常规导线相比，等截面的扩径导线外径增大，改善了电磁环境;等外径的扩径导线则铝截面减少，节省铝材，降低了工程投资。依托特高压输电线路工程，进行扩径导线的应用研究有着重要意义［1-9］。

20世纪70年代初，我国研制生产的LGJK－272型扩径导线成功用于西北330 kV刘家峡—关中输电线路，至今运行良好。在750 kV官亭—兰州东和乌北—玛纳斯、兰州东—平凉—乾县和乾县—渭南的输电线路工程中，分别采用了LGJK－300/50、LGJK－ 400/45扩径导线，均运行良好。由此可见，扩径导线已在750 kV超高压输电线路工程中得到成功应用，积累了一定的经验。本文将依托1 000 kV锡盟—南京特高压交流输电线路工程，对常规导线LGJ－630/45与在其基础上开发的扩径导线JL/G1A－545(630)/45进行比较分析，探讨扩径导线在特高压输电线路工程中的应用［10-11］。

1 电气特性

1.1 系统参数

依据前期相关研究成果［7］、1 000 kV锡盟—南京输电线路工程所确定的系统参数如下:系统额定电压为1 000 kV;系统最高运行电压为1 080 kV;系统输送功率为4 500～6 000 MVA;极限输送功率为9 000～12 000 MVA;功率因数为0.95;最大负荷利用小时数为5 000、5 500 h。

1.2 导线参数

由前期科研成果可知，1 000 kV锡盟—南京输电线路工程采用8×LGJ－630/45导线既能满足输送容量要求，又能满足电磁环境的要求。

常规导线与扩径导线参数见表1［5］。

表1 导线主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of conductor

从表1可看出，扩径导线JL/G1A－545(630)/ 45是从常规导线LGJ－630/45的邻外层15股铝股中抽出6股，采用新工艺研制而成，外径相同，但是铝截面减少84.52 mm2，减少约13.4%。

常规导线LGJ－630/45与JL/G1A－545(630)/ 45扩径导线的截面结构如图1所示。

图1 常规导线与扩径导线截面结构Fig.1 Section structure of conventional conductors and diameter-extended conductor

1.3 导线总截面校核

由该工程的系统参数可知，线路的最大正常电流为3 646 A，若经济电流密度取0.9 A/mm2，需要相导线总铝截面为4 051 mm2。而扩径导线8×JL/G1A－545(630)/45的铝截面积为4 363.84 mm2，满足系统输送功率的要求。

1.4 极限输送容量校核

根据文献［1］可知，在验算导线允许载流量时钢芯铝绞线宜采用+70℃，必要时可采用+80℃，本文按照导线最高温度+70℃或+80℃进行校核，且该工程所经过地区的月平均最高气温为 30.9～31.6℃，因此环境温度为35℃［7］。

根据系统要求，极限输送容量为 9 000、12 000 MVA，此时每相的电流为5 470、7 292 A，导线的最高温度计算结果见表2［6］。

表2 事故时导线输送不同功率的温度Tab.2 Temperature of Accident wire with different transmission power

从表2可以看出，当线路输送功率为9 000 MVA时，2种导线的温度为61.80、63.6℃，未超过70℃的允许值，当输送功率为12 000 MVA时，2种导线温度为71.75、74.80℃，未超过80℃的允许值，因此2种导线均可以满足极限输送容量的要求。

1.5 电磁环境

由于扩径导线的外径与LGJ－630/45相同，因此2种导线在海拔500 m及以下地区，距边相导线投影外20 m、离地2 m高度处、湿导线的可听噪声和天气情况良好情况下无线电干扰的计算值均为52.59 dB(A)和53.65 dB(μV/m)，满足电磁环境要求。

2 机械特性

机械特性的比较主要指对扩径导线与常规导线的弧垂特性、荷载特性(水平荷载、垂直荷载、张力)和过载能力进行技术比较，计算结果如表3所示［6］。

从表3可以看出，JL/G1A－545(630)/45扩径导线与LGJ－63045常规导线相比，扩经导线的最大使用应力和平均运行应力稍大，过载能力稍差，但均能满足要求，2种导线的弧垂特性相当，而在荷载特性方面扩径导线具有一定优势。综合比较可以发现，JL/G1A－545(630)/45扩径导线在机械特性方面完全能够满足工程需要。

3 经济比较

导线方案对工程造价的影响主要体现在初投资和年费用2个方面，而初投资包括导线、塔材和绝缘子等费用。本文主要从初投资和年费用2个方面进行经济性比较。

表3 常规导线与扩径导线的机械特性比较Tab.3 Comparison of mechanical performances between diameter-extended conductor and conventional conductors

3.1 初投资的比较

根据前期研究成果［6］，2种导线方案的导线费用、铁塔费用以及本体投资估算如表4所示。

表4 2种导线方案差价比较Tab.4 Price comparison between two conductor programs

从表4可知，由于扩径导线铝材使用量的减少，每km导线投资少于常规导线。由机械特性计算结果可知，扩径导线在导线荷载、弧垂特性等方面优于常规导线，也使得每km的铁塔钢材费用少于常规导线。综合来说，在每km工程初投资上，扩径导线JL/G1A－545(630)/45优于常规导线LGJ－630/45。

3.2 年费用的比较

3.2.1 计算条件

根据1 000 kV锡盟—南京输电线路工程的实际情况，年费用的计算条件如下:

(1)开工为2011年初，投产为2013年底，经济使用年限为30年。

(2)2011年投资60%，2013年投资为40%。

(3)补充投资按5 000元/kW计。

(4)年损耗小时数按3 200、3 750 h计。

(5)设备运行维护费率为1.4%。

(6)电力工程回收率按8%、10%、12%共3种利率计。

(7)上网电价按 0.2、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50元/(kW·h)共7种电价计。

3.2.2 电能损耗计算

电能损耗包括电阻损耗和电晕损耗2个部分，电晕损耗在一般地区(海拔500 m以下)相对较小。其计算结果如表5［6］所示。

由表5计算结果可知，当同塔双回线路输送功率为2×4 500～2×6 000 MVA时，扩径导线JL/G1A－545(630)/45的电阻损耗高于LGJ－630/45常规导线，由于2种导线外径相同，因此电晕损耗相同，均为56.2万kW·h/km。

表5 2种导线方案电能损耗计算结果Tab.5 Calculation results of energy consumption of two conductor programs

4 结论

(1)扩径导线已成功应用于750 kV输电线路工程，经过多年的实践和总结，其设计、制造和施工工艺已有一定的经验。在电磁环境控制导线截面的特高压输电线路上应用扩径导线，可以有效降低工程投资，符合“资源节约型、环境友好型”的工程建设理念，具有良好的应用前景。

(2)在电气特性方面，根据本文的依托工程，按照经济电流密度进行铝截面积的选择，扩径导线满足要求;按照极限输送容量计算导线温度，扩径导线满足最高允许温度的要求。等直径扩径导线的电磁环境特性与相应常规导线相同，满足限值要求。

(3)在机械特性方面，通过对导线荷载能力、过载能力和弧垂特性方面的综合比较可知，扩径导线的机械特性满足工程应用需求。

(4)在经济性方面，与常规导线相比，扩径导线工程初投资较省;在上网电价低、年损耗小时数和输送容量较小的情况下扩径导线年费用较低;在上网电价高、年损耗小时数和输送容量大的情况下钢芯铝绞线导线略优。

［1］GB 50665—2011 1 000 kV架空输电线路设计规范［S］.

［2］西北电力设计院.西北电网750 kV输变电工程关键技术研究—扩径导线的开发研制研究报告［R］.北京:国家电网公司，2004.

［3］衣立东，吕世荣.750 kV输变电示范工程施工关键技术的研究与应用［J］.电网技术，2006，30(3):61-66.

［4］刘本粹，喻新强.扩径导线在超高压大容量输电工程中的应用展望［J］.电网技术，2007，31(21):1-5.

［5］GB/T 1179—2008圆线同心绞架空导线［S］.

［6］西北电力设计院.1 000 kV锡盟—南京特高压交流线路工程导地线选型及新型导线应用研究报告［R］.北京:国家电网公司，2004.

［7］中国电力工程顾问集团.1 000 kV锡盟—南京特高压交流输变电工可行性研究报告［R］.北京:国家电网公司，2004.

［8］中国电力科学研究院.特高压交流线路串长及串型优化研究报告［R］.北京:国家电网公司，2004.

［9］万建成，刘臻.扩径导线的分类与扩径方式的选择［J］.电力建设，2010，31(6):113-118.

［10］冯玉昌，李云阁.750 kV扩径导线的运行情况总结［J］.电力建设，2007，28(10):43-46.

［11］刘斌.1 000 kV特高压输电线路用扩径导线的研制［J］.电器工业，2010(3):45-51.