全寿命理论在宁海电厂-苍岩线路导线选型中的应用

卞 荣

（1.浙江省电力公司，杭州 310007；2.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

全寿命理论在宁海电厂-苍岩线路导线选型中的应用

卞 荣1,2

（1.浙江省电力公司，杭州 310007；2.华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）

导线选型是输电线路设计中一个重要内容，本文对宁海电厂-苍岩500 kV输电线路的导线选型进行了比较分析，并应用全寿命设计理论建立了一个简化的导线经济比较模型。通过对普通钢芯铝绞线和铝包钢芯铝绞线路全寿命成本比较，得出了铝包钢芯铝绞线的全寿命周期费用及节能效益均具有明显优势的结论。

输电线路；导线；全寿命；分析

超高压输电线路中的分裂导线投资占整个本体工程投资的30%左右，同时导线选型还会影响杆塔、基础等其它方面的投资，因此合理选择导线对输电线路的技术经济性能具有重大影响。

宁海电厂-苍岩500 kV输电线路是国华宁海电厂二期送出工程。新建线路长度为2×96 km。沿线绝大部分为山地和丘陵地形，途中还需翻越海拔700 m以上的天台山脉。全线分二个风速区，分别为37 m/s和33 m/s（基准高度20 m），根据海拔高度不同设计冰厚值分别取为10 mm，15 mm，20 mm。线路大部分按同塔双回路建设，高山段按二个单回路，局部路径按同塔三回路建设。

根据规划，宁海电厂三期将再建设2×1 000 MW机组，同时再建设一回线路，将全部6 400 MW机组通过三回线路送出。按厂用电6%、功率因数0.9考虑，每回线路正常情况下的输送容量为2 223 MVA，同时应满足极限输送3 340 MVA的要求，设计阶段以此为依据选择导线。

在导线选型中应用全寿命设计理念对几种成熟导线进行了分析比较，得出了技术性能和全寿命周期效益最佳的选型结果。

1 全寿命周期成本理论及导线比较模型

1.1 全寿命周期成本理论

建设工程项目全寿命周期成本 （Life Cycle Cost，LCC）管理是现代管理理论——系统论、控制论和信息论与建设项目相结合的产物。其基本思想是，在满足可靠性要求的基础上，使项目的初期设想到项目拆除的整个全寿命周期内拥有成本为最低的全过程管理。

上个世纪50年代美国国防部门首先提出了全寿命周期成本的概念，70年代全寿命周期成本分析（LCC）方法逐渐在欧洲、日本等工业国家得到应用，国际电工委员会（IEC）发布了寿命周期的相关标准。我国也于同期开展了寿命周期费用的研究，并成立了寿命周期费用委员会。在此后的时间里，世界各行业都逐步引入了全寿命周期成本分析的理念和方法，并将研究范围拓展到全寿命周期各阶段、方面和环节的管理当中。

全寿命周期成本管理将一般工程建设成本的外延扩大，要求人们从工程项目全寿命周期（包括建设前期、建设期、使用期、改造翻新期与拆除期等阶段）出发去考虑成本问题，它覆盖工程项目的整个寿命周期。全寿命周期成本（LCC）包括社会成本（S）、建设成本（C）和使用成本（M），即：

式中：S指在项目全寿命过程中，对环境资源的占用及产生影响的程度，其中环境是一个广义的环境，包括大气环境、声环境、水环境、生态环境以及人文环境等；C指从项目决策到项目竣工验收投入使用整个过程中所投入全部费用的总和，也就是通常所说的建设工程总造价；M指项目交付使用后，在使用寿命周期中，实现使用价值全过程所消耗的成本，主要包括维修成本、能耗成本、污染物排放成本及拆除成本等。

1.2 导线简化比较模型

在参与比选的导线结构较类似的情况下，有些全寿命组成成本差别很小。针对这个特点，可以建立一个简化的导线全寿命比较模型。在建立比较模型时主要考虑建设成本（C）、能耗成本（N）、维修成本（W）、资金成本等几个因素。其它如社会成本、污染物排放成本及拆除成本基本一致，不作为导线比较因素。

比较的方法是输电线其余部分相同的情况下，比较不同导线从开始建设至寿命结束时间段内的全寿命成本（L），以全寿命段费用最小的导线为最优。

式中：η为银行利率；Ln为第n年年末的寿命成本；C为初始建设成本；N为年能耗成本；W为年维修成本。

根据近期有关输电线路全寿命周期设计研究的初步结论，500 kV线路的使用年限按50年考虑，一般导线的使用寿命也可按50年考虑。

2 导线选择

2.1 导线截面及分裂导线根数

500 kV线路采用的分裂导线根数有2根、3根、4根、6根及8根等几种，通常是综合权衡了制造、施工及运行等方面的具体情况而定。

按满足每回线路正常情况下输送容量为2 223 MVA，极限输送3 340 MVA的要求，满足条件的有3×800 mm2，4 630 mm2，6×400 mm2等几种型式可供选择。

从设计及运行来看，增加分裂导线根数（如6 ×400 mm2）对线路的电气参数等方面有较多的改善；而减少分裂导线根数（如3×800 mm2）对导线的弧垂及铁塔的外荷载等方面要求均有所减小，可取得一定的经济性。经以往大量的论证分析和工程实践，我国绝大部分500 kV线路采用4分裂导线，仅在大跨越段有极个别情况采用3分裂或双分裂等线。

因此工程中采用了4×630 mm2分裂导线，分裂间距500 mm，该类导线已有成熟的施工和运行经验。

2.2 导线结构型式确定

对于630 mm2规格的导线，常规型号有LGJ-630/45，LGJ-630/55等，目前国内常用的是LGJ-630/45型导线，其铝钢截面比14.47。相关技术参数显示，LGJ-630/55相比LGJ-630/45，单位重量、使用张力、水平荷载等参数要大一些，而直流电阻、弧垂等要小些，同时LGJ-630/ 55抗冰过载能力比LGJ-630/45要大。

经综合比较LGJ-630/55的全寿命周期成本上要略大于LGJ-630/45，但线路抗冰能力略高，因此可以考虑在中冰区线路中使用。

3 铝包钢芯铝绞线与钢芯铝绞线技术经济比较

铝包钢芯铝绞线在国外有较长的使用历史，我国近年来也具备了规模生产能力，产品已广泛应用于华东、华北等地区的 110 kV，220 kV，500 kV线路和大跨越工程。若与相同结构的普通钢芯铝绞线等长等价的原则供货，则抗腐性能好、能耗低的JL/LB20A-630/45会带来不小的经济效益。以常用的LGJ-630/45钢芯铝绞线与JL/LB20A-630/45铝包钢芯铝绞线为例，对二者进行技术性能及全寿命周期经济比较。

3.1 二种导线的技术性能比较

普通钢芯铝绞线的内层铝单丝与镀锌钢丝直接接触，在外界水汽和污染物浸渍下二种具有不同电势的金属之间产生电位腐蚀，会加速钢芯的老化。而铝包钢芯铝绞线的钢丝上被铝层包裹而不与铝股接触，避免了电腐蚀，进一步提高了抗腐能力，延长导线使用寿命。

铝包钢芯比镀锌钢芯、稀土锌铝合金镀层钢芯和镀铝锌钢芯的耐盐雾腐蚀能力分别提高11倍、5.5倍和2.1倍，可见采用铝包钢芯对延长导线使用寿命有显著效果。但三层铝绞线结构的大截面导线，由于铝绞线的温升效应对钢芯起到明显的保护作用，从而达到防腐的效果，二者相比差异并不明显。

LGJ-630/45与JL/LB20A-630/45主要技术参数比较如表1所示。通过表1数据的对比可以得出以下结论：

（1）同条件下JL/LB20A-630/45的抗冰过载能力与LGJ-630/45相当。

（2）二种导线的水平荷载相同。

（3）二种导线最大使用张力相差不大，JL/LB 20A-630/45约高1.9%。但由于单位自重约轻2.5%，弧垂性能（T/W）约高4.6%，弧垂也相应减少4%。

表1 LGJ-630/45与JL/LB20A-630/45主要技术参数

（4）JL/LB20A-630/45的直流电阻要比LGJ-630/45小2.3%左右。

由于对能耗产生影响的主要是交流电阻，因此需要对二种导线的交流电阻进行研究和计算。

二种导线结构基本相似，但由于铝包钢芯铝绞线增加的铝截面都处于导线芯部位置，因此考虑电流的集肤效应及钢芯损耗后，尽管 JL/ LB20A-630/45直流电阻比LGJ-630/45小2.3%左右，但交流电阻的减小幅度应该与直流电阻有所不同。上海电缆研究所对上述二种导线的结构进行模拟计算后，得出了二种导线的不同工作温度下的交流电阻及载流量，如表2所示。

表2 二种导线的交流电阻及载流量

表2中，工作温度60℃时的载流量与线路每回2 223 MVA输送容量相近，可以得出此时JL/ LB20A-630/45的交流电阻值（0.0543Ω）比LGJ-630/45交流电阻值（0.0554Ω）小2.03%，应能产生2.03%的节能效果。

3.2 二种导线的全寿命周期经济比较

（1）由于JL/LB20A-630/45比LGJ-630/45弧垂相应减少4%，因此部分塔高可以适当降低。以典型航测断面推断，估计可节约塔材0.7%，按双回路指标可节约塔材1.12 t/km，考虑运输安装后可节省约1.08万元/km。

（2）经向有关厂家询价，LGJ-630/45价格为2.2万元/t，JL/LB20A-630/45价格为2.27万元/ t，由于JL/LB20A-630/45比LGJ-630/45要轻，铝包钢芯铝绞线较钢芯铝绞线按双回路增加0.58万元/km，双回路96 km线路增加56万元。

因此采用JL/LB20A-630/45铝包钢芯铝绞线比LGJ-630/45钢芯铝绞线从基建投资上可节约0.5万元/km，全线96 km可节约48万元。

若按每回正常输送容量2 223 MVA，年最大负荷运行时间5 000 h，对应损耗小时数为3 200 h，上网电价0.35元/kWh电价推算，96 km线路导线采用JL/LB20A-630/45较LGJ-630/45，每年可以减少电阻损耗约343万kWh，减少电能损失119.3万元。折合1.24万元/（km·年）。

基于上述导线全寿命比较模型计算得出二种导线在各寿命的寿命成本如表3所示。

通过上述比较可见，采用JL/LB20A-630/45导线后，线路全寿命周期中总计可节约33 400万元，优势相当明显。且施工运行经验及生产工艺均已成熟，同时线路全寿命周期中可节约电能1.37亿kWh，在我国目前资源紧张，大力提倡节能减排的形势下，具有相当的社会效益。

4 结论

（1）钢芯铝绞线型式中LGJ-630/55的全寿命周期成本上要略大于LGJ-630/45，但对线路抗冰能力提高有一定的好处。

（2）通过以LGJ-630/45，JL/LB20A-630/45为例的铝包钢芯铝绞线与钢芯铝绞线全寿命成本对比，铝包钢芯铝绞线优势明显。同时线路节能减排效益也相当明显。

（3）综合考虑线路全寿命周期成本及适当提高抗冰过载能力，线路在低山轻冰区段采用JL/ LB20A-630/45铝包钢芯铝绞线，在中冰区采用JL/LB20A-630/55铝包钢芯铝绞线。

表3 铝包钢芯铝绞线与钢芯铝绞线全寿命成本对比表

[1]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]DL/T 5092-1999 110～500 kV架空输电线路设计技术规程[S].1999.

[3]邵长利，乔光林.±500 kV直流输电线路绝缘设计方案全寿命费用决策[J].吉林电力，2006（4）∶5-7.

[4]赵全江，谢帮华，徐维毅.750 kV同塔双回线路导线选择研究[J].电力建设，2007（2）∶11-15.

（本文编辑：杨 勇）

Application of Life Cycle Theory to Conductor Selection of Ninghai-Cangyan Transmission Line

BIAN Rong1，2
（1.Zhejiang Electric Power Corporation,Hangzhou 310007，China；2.Schoolof Electricaland Electronic Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

Conductor selection is important in transimission line design.This paper mainly performs the comparison and analysis of conductor selection of Ning Hai-Cang Yan 500 kV transmission line，builds a simplified cost comparison model of conductor based on life cycle theory.The result of the life cycle cost comparison between normal ACSR and aluminum-clad ACSR reveals that the latter is superior in life cycle cost and energy conservation.

transmission line；conductor；life cycle；analysis

TM751

B

1007-1881（2010）09-0011-04

2010-04-21

卞 荣（1970-），男，浙江诸暨人，高级工程师，从事输电线路设计工作。