±800kV特高压直流输电线路工程导线选型

柏晓路，葛秦岭，徐大成，张冯硕，胡守松

（中南电力设计院，湖北武汉430071）

±800kV特高压直流输电线路工程导线选型

柏晓路，葛秦岭，徐大成，张冯硕，胡守松

（中南电力设计院，湖北武汉430071）

在输电线路工程中，导线担负着传输电能的责任，因此导线选型是输电线路设计中的关键课题之一。导线的选型既要满足电学特性，又要满足力学特性，同时还要兼顾到经济性。自2008年以来，我国建成和将要建设多条±800kV特高压直流输电线路工程。本文从导线的电学特性、机械特性、经济性3方面简要分析了我国±800kV特高压直流输电线路工程导线选型的特点，并给出±800kV特高压直流输电线路导线选型的一些建议。

1 工程概况

自2008年以来，我国已建成2条±800kV特高压直流输电线路工程，分别为向家坝—上海特高压直流输电线路工程、云广特高压直流输电线路工程；将要建成2条±800kV特高压直流输电线路工程，分别为锦屏—苏南特高压直流输电线路工程、糯扎渡送电广东特高压直流输电线路工程。以上工程概况见表1。由表1可知，特高压直流输电线路输送容量大，线路长，是跨区电网联网的重要保障。而目前±800kV特高压直流输电线路导线主要采用了3种导线型式：6×LGJ-630/45、6×LGJ-720/50和6×LGJ-900/75。

表1 我国±800kV特高压直流输电线路工程概况Tab.1 General situation of±800kV HVDC transmission line project in china

2 电学特性

导线的电学特性是对线路周边电磁环境的一个制约因素，选择合理的电学参数是导线选型必须解决的首要问题。

根据文献[1]，±800kV特高压输电线路导线电学特性必须满足以下条件：

1）导线截面的选择应满足导线载流量最大允许值；

2）晴天时，一般非居民区地面合成场强不超过30kV/m；

3）晴天时，一般非居民区地面离子流密度不超过100nA/m2；

4）海拔1000m及以下区域，距线路正极性导线对地投影外20m处，晴天由电晕产生的可听噪声50%值不超过45dB（A）；海拔高度大于1000m且经过非居民区时，不超过50dB（A）；

5）海拔1000m及以下区域，距线路正极性导线对地投影外20m处，80%时间，具有80%置信度，频率0.5MHz时的无线电干扰限值为58dB(μV/m)。

2.1 载流量

载流量的计算采用摩根公式[2]，计算条件为：环境气温宜采用最热月平均最高温度；风速采用0.5m/s（大跨越采用0.6m/s）；太阳辐射功率密度采用0.1W/cm2。3种导线载流量计算值见表2。由表2可知，3种导线均满足载流量的要求，且裕度较大，由此可见，载流量不是±800kV直流输电线路的控制条件。

表2 导线载流量Tab.2 Current carrying capacity of the conductor

2.2 电场强度

导线对地面的最大合成场强是影响当地电磁环境、确定导线对地高度以及走廊宽度的重要指标。

文献[1]规定：在非居民区，当悬垂串采用V串时，±800kV特高压直流输电线路导线对地面的最小距离为18m。

当极间距为22m，线高为18m，导线起晕场强取18kV/cm时，计算干导线地表最大合成场强值[3-4]与子导线截面的关系如图1所示。

晴天时，一般非居民区地面合成场强不得超过30kV/m，由图1可知，导线的地表场强随导线截面的增大而减小，单根导线截面大于600mm2，导线对地面的最大合成场强均满足规程要求。

图1 导线地面最大合成场强值与子导线截面的关系Fig.1 Variation of maximum total electric field with sub-conductors cross section

2.3 离子流密度

导线的离子流密度也是影响当地电磁环境的重要指标之一。

当极间距为22m，线高为18m，导线起晕场强取18kV/cm时，计算干导线地表最大离子流密度与子导线截面的关系如图2所示。

文献[1]规定：晴天时，一般非居民区地面离子流密度不超过100nA/m2。由图2可知，导线的离子流密度[3-5]随导线截面的增大而减小，导线的离子流密度远小于规程的限值，导线的离子流密度不是导线选型的控制条件。

图2 导线地面最大离子流密度值与子导线截面的关系Fig.2 Variation of maximum ion current density with sub-conductors cross section

2.4 无线电干扰

文献[1]规定：海拔1000m及以下区域，距线路正极性导线对地投影外20m处，80%时间，具有80%置信度，频率0.5MHz时的无线电干扰限值为58dB（μV/m）。

根据国际无线电干扰特别委员会（CISPR）提出的适用于双极直流线路无线电干扰计算公式，计算无线电干扰与子导线截面的关系如图3所示。由图3知，导线的无线电干扰值随导线截面的增大而减小，随海拔的升高而增大。当海拔低于2000m时，导线的无线电干扰值均小于规程限值；根据曲线的趋势可以看出，而当海拔较高时，导线的无线电干扰值将成为导线选型的控制条件。

图3 导线无线电干扰与海拔的关系Fig.3 Variation of radio interference field with altitude

2.5 可听噪声

超高压架空输电线路上电晕所产生的可听噪音强度取决于导线的几何特性、运行电压、对地距离和天气条件。文献[1]要求：海拔1000m及以下区域，距线路正极性导线对地投影外20m处晴天由电晕产生的可听噪声50%值不超过45dB（A）；海拔高度大于1000m且经过非居民区时，不超过50dB（A）。

根据美国BPA计算L50噪声公式，计算可听噪声与子导线截面的关系如图4所示。由图4可知，导线的可听噪声随导线截面的增大而减小，随海拔的升高而增大。当海拔低于2000m时，导线的可听噪声均小于规程限值；根据曲线的趋势可以看出，而当海拔较高时，导线的可听噪声将成为导线选型的控制条件。

3 机械特性

导线的机械特性是维持输电线路长期安全稳定运行的重要保证，也是影响线路造价的关键因素。

按照最大覆冰厚度为10mm，最大风速为27m/s的气象条件进行导线的机械特性计算，将3种导线的机械特性[6-8]见表3。由表3知，导线截面越大，覆冰过载能力越强，而且导线JL/G2A-900/75的覆冰过载能力明显高于其他2种导线；而3种导线的弧垂特性基本相当。

图4 导线可听噪声与海拔的关系Fig.4 Variation of audible noise with altitude

计算3种导线的荷载情况见表4。从表4可以看出，导线JL/G2A-900/75的荷载远大于其他2种导线，其对铁塔负载能力的要求更加严格，所使用的铁塔造价也越高；对于匹配的绝缘子串，导线JL/G2A-900/75所适用的绝缘子强度也是最大的，造价也是最高的；相对而言，使用导线LGJ－630/45时的铁塔和绝缘子串造价最低。

表3 导线的机械特性Tab.3 Mechanical characteristics of the conductor

总体来说，3种导线均能满足一般冰区对导线机械性能的要求。

4 经济性

经济性是线路工程建设可行性的重要支撑，也是输电线路运行的合理依据。

表4 导线的各种荷载Tab.4 Diffrent loading of the conductor

以下从经济电流密度和工程造价2方面进行分析。

4.1 经济电流密度

经济电流密度[9]是综合考虑各个时期导线材料、最大负荷利用小时数、线路长度和电价等因素，比较得出的最合理的电流密度，采用这一电流密度进行设计可使线路投资、损耗、运行等综合费用最小。

我国幅员辽阔，西部有丰富的水电资源，而东部则以火电为主，电网送电成本存在明显差异，因此，各地区的经济电流密度亦应有所不同，但目前我国尚未制订出合适的数值，交流输电线路仍采用1956年水电部颁发的经济电流密度值，见表5。按照该标准，目前输电线路常用的经济电流密度一般在0.9～1.1A/mm2。

表5 经济电流密度值Tab.5 Economic current density

而目前，我国建设的几条特高压直流输电线路的电流密度值见表6，电流密度维持在0.7～0.9A/mm2范围内，较常规交流输电线路的经济电流密度稍低。而文献[10]指出直流线路的经济电流密度为0.6～1A/mm2。今后的特高压直流输电线路的经济电流密度可参考已有工程的电流密度执行，对远距离输电降低损耗有重大意义。

表6 不同导线的电流密度值Tab.6 Economic current density of diffrent conductor

4.2 造价比较

±660kV直流线路和±500kV同塔双回直流输电线路的本体投资以及输电能力，与±800kV特高压直流输电线路进行比较，见表7。

表7 不同直流线路工程的输送容量和造价Tab.7 Transmission capacity and cost of various DC transmission lines project

±800kV输电线路的输送容量可以相当于2回±500kV直流线路的容量，比±660kV直流线路大25%～60%；单位功率单位长度的线路本体造价也是最低的，比±660kV直流线路低10%左右，比±500kV同塔双回直流线路低36%左右。

由此可见，±800kV特高压直流输电线路相对于其他直流输电线路，有着输送容量大，本体投资低的特点。

5 结论

综上所述，对于±800kV特高压直流输电线路工程的导线选型今后建议注意以下几点：

1）由于导线的地表场强控制，导线采用六分裂型式时，截面必须大于600mm2。

2）当海拔低于2000m时，导线的其他电学特性都不成为制约因素；当海拔较高时，导线的无线电干扰和可听噪声将成为导线选型的制约因素。

3）3 种导线的弧垂特性相当，导线JL/G2A-900/75的覆冰过载能力最强，明显高于其他2种导线；在铁塔荷载和绝缘子串选配方面，导线JL/G2A-900/75要求最严格，造价最高，导线LGJ-630/45要求较低，造价最低。

4）导线的载流量不是导线截面选择的控制因素，导线的经济电流密度制约着导线截面的选择；根据已有特高压直流线路的工程经验，推荐今后特高压直流线路工程的经济电流密度取0.7～0.9A/mm2。

5）±800kV特高压直流输电线路相对于其他直流输电线路，有着输送容量大，本体投资低的特点。

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Conductor Schemes of±800kV UHVDC Transmission Line Project

BAI Xiao-lu，GE Qin-ling，XU Da-cheng，ZHANG Feng-shuo，HU Shou-song

（Central Southern China Electric Power Design Institute,Wuhan 430071,Hubei Province,China）

The conductor scheme is one of key issues in the designing of the UHVDC transmission project,and it is also significant to the construction cost and the safe operation of the transmission line.In this paper,the electrical characteristics are analyzed in terms of the current-carrying capacity,electric field strength,ion current density,radio interference strength and audible noise while the mechanical characteristics analyzed in terms of the overload capabilities,sagging characteristics and load conditions.Based on the experience in the previous projects,the paper elaborates the economic current density and economic characteristics of the project，It offers some suggestions for the later projects.

UHV;transmission line;conductor schemes;electrical characteristics;mechanical characteristics

导线选型是±800kV特高压直流输电线路设计中的关键课题之一，对工程造价和安全运行有着十分重要的意义。从载流量、电场强度、离子流密度、无线电干扰、可听噪声5个方面分析了导线的电学特性；从过载能力、弧垂特性、荷载情况等方面比较了导线的机械特性；总结以往工程经验，分析了导线的经济电流密度和经济性，为今后工程提出了一些建议。

特高压；输电线路；导线选型；电学特性；机械特性

Supported by Science and Technology Fund of China Power Engineering Consulting Group Corporation（DG1-D003-2007）。

1674-3814（2011）12-0023-07

T TM 751

A

中国电力工程顾问集团科技项目（DG1-D003-2007）。

2011-03-07。

柏晓路（1984—），男，硕士，工程师，从事送电线路电气设计。

（编辑 董小兵）