±800 kV特高压直流线路黄河大跨越导线选型

陈　鹏 ，韩延峰 ，何桂明 ，吴允良，王彦婷

（1.山东电力工程咨询院有限公司，山东　济南　250013；2.国网山东省电力公司，山东　济南　250001；

3.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东　临沂　276003；4.国网山东省电力公司滨州供电公司，山东　滨州　256610）

0　引言

为优化能源结构，我国将实施 “西电东送”山西—江苏±800 kV特高压直流输电工程。该工程在河南省台前县跨越黄河，采用“耐-直-直-耐”的跨越方式，主跨档距1 037 m，跨越塔有效呼高110 m。大跨越导线选型是大跨越设计的关键技术之一，导线的特性决定了跨越塔的高度和运行张力，对输电线路的电磁环境特性也具有显著影响。因此合理选择导线型号对线路运行安全、确保满足环保要求、降低工程造价具有十分重要意义。

1　大跨越导线选型原则

根据±800 kV特高压线路工程设计条件和跨越条件，参考我国超高压线路大跨越的有关设计规定，结合国内外大跨越工程、特高压线路的设计、运行经验，导线选型主要按以下原则考虑[1]。

载流量。大跨越导线的选型应使导线截面满足载流量要求，避免大跨越线路成为全线路输送容量的瓶颈。

弧垂特性。为了尽可能降低跨越塔塔高，节约总体投资，便于施工运行维护，须考虑采用抗拉强度较大，自重较轻的导线，通常以导线拉断力与单位长度重量之比（T／W）来表征导线的弧垂特性。

年平均运行应力。《架空送电线路大跨越设计技术规定（试行）》指出：“导线和避雷线平均运行应力的上限，应根据防振措施确定。悬挂点的平均运行应力不宜超过抗拉强度的25%，或按运行经验确定。”根据大跨越设计和运行经验，特强钢芯铝合金线的平均运行应力可取为其破坏应力的20%。

电磁环境指标。大跨越线路导线在使用中，必须限制导线表面电场强度，并要满足有关电磁环境影响方面的要求。

制造条件。导线材料性能、绞制结构、单盘不接头长度和重量等既要满足本工程的需要，又要照顾到目前生产厂家可能达到的制造水平。

其他因素。大跨越导线方案选择还需考虑金具的影响，对杆塔荷载的影响，以及电能损耗、施工、运行等。具有良好的综合特性，能较大幅度地降低工程造价。

导线型式初步选择。大跨越工程由于档距大，不能采用普通钢芯铝绞线，我国在20世纪60年代前后，高压送电线路在跨越大档距的江河中，受当时条件限制，大跨越多采用加强型钢芯铝绞线或镀锌钢绞线，随着500 kV送电线路的发展，大跨越线路开始采用高强 （或特强）钢芯铝合金绞线和铝包钢绞线。针对工程的具体情况，可采用特强钢芯高强铝合金绞线系列进行技术经济比较[2]。

2　导线性能比较

2.1　导线电气性能比较

对几种可行的特强钢芯高强度铝合金导线进行载流量计算[3]，如表1所示，环境温度取35℃，导线最高允许温度取90℃。

表1　参选导线的允许载流量

由表1可知，所选导线载流量在环境温度取35℃时均满足额定输送容量要求。

对比选导线的地面合成场强、无线电干扰及可听噪声进行计算[4-5]，如表2所示。

表2　参选导线的电磁环境计算

由表2可知，所选导线晴天电场均满足25 kV／m、无线电干扰 58 dB（μV／m）及可听噪声 45 dB（A）的限值要求，电磁环境不是导线选型的控制因素。

2.2　导线机械性能比较

对各种导线方案，进行最大使用应力、年平均运行应力、最大弧垂、垂直水平荷载情况以及所需绝缘子串强度等计算，各导线方案的机械特性和荷载情况列于表3。表3可知，从对塔高的影响看，JLHA1／G4A-640／290、JLHA1／G4A-900／320 导线方案的塔高最小，4×JLHA3／G4A-900／240 导线方案塔高最高，4×JLHA1／G4A-1 000／125 及 4×JLHA1 ／G4A-1 000／125次之，其余导线方案塔高相差不大。从水平、垂直荷载看，6分裂导线方案的水平荷载明显大于 4 分裂导线方案，6×JLHA1／G4A-640／290 导线方案荷载最大，4×JLHA1／G4A-1 000／125 导线方案荷载最小。 从纵向张力看，6×JLHA1／G4A-640／290 导线方案张力最大，4×JLHA1／G4A-1 000／125 导线方案张力最小。以上导线力学特性均由平均气温条件控制，覆冰工况下导线安全系数均大于2.5，验算冰工况张力小于拉断力的60%。综合来看，4×JLHA1／G4A-1 000／170的水平、垂直荷载具有优势，同时张力也较小，其次为 4×JLHA1／G4A-900／240 导线，6×JLHA1／G4A-640／290的荷载及张力最大。从结构上看，4分裂金具、绝缘子、跳线等较6分裂要简单，可靠性也要高。

2.3　综合经济性分析比较

对比选导线的经济性进行计算，如表4所示。

导线本体造价、能耗等数据，参与比选的各导线组合的年费用见表4，其中工程本体造价为估算值。通过对各导线方案年费用比较，得出以下结论。

表3　参选导线的机械特性比较

表4　比选导线的年费用比较

1）因6分裂导线荷载明显大于4分裂，6分裂导线方案的初期投资大于4分裂导线，其中6×JLHA1／G4A-640／290 初期投资最高，6×JLHA1／G4A-640／190 次之，4×JLHA1／G4A-1000／125、4×JLHA1／G4A-1000／170 及 4×JLHA1／G4A-900／240 初期投资较小 ；4×JLHA1／G4A-1000／260、4×JLHA1／G4A-900／320 以及 4×JLHA3／G4A-900／240 初期投资居中。

2）从与一般线路匹配情况来看，6×640及 4×1 000截面的导线方案优于4×900截面的导线方案。

3）本工程主跨档距为1 037 m，主跨塔呼高仅100 m左右，各导线方案引起的主跨塔呼高变化并不明显；而锚塔地处黄河河滩，基础费用所占比重较大，JLHA1／G4A-1 000／125 与 JLHA1／G4A-1000／170张力较小，在所选的导线方案中初期投资较小，而这两种导线截面大、损耗低，综合起来其年费用最低。

4）与 JLHA1／G4A-900／240 相比，JLHA1／G4A-1000／125 与 JLHA1／G4A-1000／170 年费用稍占优势，但优势不明显。

5）与 JLHA1／G4A-900／240 相比，JLHA3／G4A-900／240在电能损耗方面具有优势，但因初期投资较大，其能耗的优势不能完全体现。

6）JLHA1／G4A-1000／125 与JLHA1／G4A-1000／170方案虽然年费用稍低，但无成熟及定型的产品，导线需要新研制。

7）JLHA1／G4A-900／240 已成功应用于哈郑线黄河大跨越、溪浙线赣江大跨越等工程中，无需重新研制。

综合而言，本工程主跨档距仅1 037 m、主跨塔呼高仅为100 m左右，大跨越耐张段位于黄河河滩，锚塔基础费用占本体费用比重较大，JLHA1／G4A-1000／125与JLHA1／G4A-1000／170的年费用最低，比JLHA1／G4A-900／240方案稍占优势，但优势并不明显。

对已建的哈郑线黄河大跨越、溪浙线赣江大跨越，在建的灵绍线长江大跨越，以及与本工程同期开展的锡盟—江苏黄河大跨越、上海庙—山东黄河大跨越导线选型情况进行了对比分析，如表5所示。

表5　近期已建及拟建特高压直流线路大跨越

灵绍线长江大跨越主跨档距长达2 269 m，主跨塔高达275 m，四基塔均位于长江大堤之外，地质条件较好，因此尽可能降低跨越塔塔高，节约总体投资，便于施工运行维护，因此灵绍线大跨越采用6×JLHA1／G4A-640／290 导线方案。

与灵绍线大跨越相比，溪浙线赣江大跨越和哈郑线黄河大跨越的主跨档距及主跨塔呼高稍小，综合考虑主跨塔呼高及锚塔纵向荷载，应选择导线张力稍小，导线截面稍大，并尽量减小分裂根数，减小铁塔荷载，因此采用 4×JLHA1／G4A-900／240 导线方案。

JLHA1／G4A-900／240多次用于近期的特高压直流特高压大跨越中，目前已有成熟的制造工艺，也积累了一定的运行经验，与本工程同期开展设计的上海庙—山东、锡盟—江苏线路推荐采用JLHA1／G4A-900／240。

4　结语

结合工程跨越、塔高、气象条件、地质条件等工程特点，通过对参选导线的载流量、电磁环境和机械性能进行分析比较，推荐综合经济性能较优，工程初始投资增加不多且不用新研制的4×JLHA1／G4A-900／240导线方案。

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