粤港澳大湾区500 kV外环线路北江大跨越导线选型

邢 明，吴才亮，任美玲，高 幸

(佛山电力设计院，广东 佛山 528200)

粤港澳大湾区500 kV外环线路工程主要为湾区汇聚电力，解决广东电网短路电流超标、珠三角核心区域潮流穿越引起电网安全稳定问题，对提前实现碳达峰具有重要意义。

线路跨越北江，跨越档档距1500 m，耐张段长度2700 m，两岸均为平地，没有天然地形可利用。由于本工程陆上一般线路段导线输送容量大，大跨越段合理选择满足输送容量要求的导线对大跨越线路降低杆塔投资、降低运行损耗有着十分深远的意义。

1 导线选型边界条件

导线作为输电线路最主要部件之一，首先需满足输送电能的要求，同时能保证安全可靠地运行，并保证导线在电气特性和机械性能两方面满足相关规程、规范等的要求，对超高压输电线路还需特别考虑环境影响问题，而且在经济上是合理的。

1.1 系统条件

系统额定电压500 kV，正常运行输送容量1003MVA，最大利用小时数5300 h，极限输送容量6928 MVA。

1.2 导线最高允许温度

钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度可采用90℃[3]，耐热钢芯铝合金绞线可采用150℃。

1.3 电磁环境

500 kV线路电场环境限值如表1所示。

表1 500 kV线路电磁环境限值标准

1.4 机械强度

导线在弧垂最低点的最大使用张力不应大于拉断力的40%，悬挂点张力不超过拉断力的44%[3]。

平均运行应力是导线在平均气温状态的综合应力，确定导线平均运行应力，应使铝股或铝合金股的应力不大于各自的疲劳极限。高强铝合金的疲劳极限应力在8～9 kg/mm2，使特强钢芯高强度铝合金绞线平均运行张力控制在20%左右是合适的[1]。

2 导线型式初选

2.1 导线截面

根据系统输送容量要求，导线分裂数可选择4、6、8三种组合方式，如表2所示。

表2 各种分裂数载流量

2.2 导线材质选择

随着导线生产制造技术的不断提升，适用于大跨越输电工程的导线种类也越来越多。根据我国几十年来的大跨越输电设计经验，目前仍被广泛应用于大跨越输电工程的导线主要有：特强钢芯高强铝合金绞线、特强钢芯高强耐热铝合金线等。这两种导线加强芯都是采用的特高强度镀锌钢线，抗拉强度≥1770 MPa、1%伸长应力≥1550 MPa、镀锌层质量≥260 g/m2[2]。

特强钢芯高强铝合金绞线导电基体部分采用高强度铝合金线，抗拉强度≥315MPa，电阻率≤32.84nΩm。[7]特强钢芯高强耐热铝合金绞线导电基体部分采用高强度耐热铝合金线，抗拉强度≥225 MPa、电阻率≤31.347 nΩm。

2.3 导线结构初选

根据以往大跨越输电导线选择经验，对档距处于1000～1500 m的，拉重比不宜＜12；对跨越超过1500 m的，拉重比不宜＜15[2]。

根据对以往大跨越导线统计，导线的弧垂特性还取决于铝钢截面比。选取合适的导线铝钢截面比对于大跨越工程十分重要。通过对我国大跨越工程导线使用情况的统计，结果表明对于跨越档距为1.2～2 km的大跨越，导线铝（铝合金）钢比一般取为1.8～3.8，导线结构还直接影响耐振性能，优先采用多股多层导线，有利于降低导线的动弯应变[1]。

根据以上经验值，再结合系统输送容量要求，选择了拉重比处于13～16.5、铝（铝合金）钢比处于1.8～3.8的8种导线进行比选，根据其载流量的要求，组成。初选导线结构如表3所示。

表3 初选导线结构表

3 导线电气性能比较

3.1 允许载流量

根据系统条件，事故时极限输送容量为6928 MVA，在导线选择时应使导线温升不超过允许值，经计算各种导线允许载流量如表4所示。

表4 导线载流量及最大允许输送容量

根据计算结果，各方案导线在允许温度下均满足极限输送容量要求，且具备较大的扩容空间。

3.2 电磁环境分析

导线电磁环境计算[5]，结果如表5所示。

表5 500 kV线路电磁环境计算结果

3.3 电能损耗

3.3.1 电阻损耗

根据电阻损耗计算公式，计算得到不同导线电阻损耗如表6所示。

表6 线路年电阻损耗电能 万kWh

3.3.2 电晕损耗

根据导线表面平均场强的有效值和电晕起始场强，利用试验和运行线路的数据，计算得到修正后不同气象的小时数和导线平均电晕损耗功率，如表7所示。

表7 修正后气象小时数及各导线电晕损耗功率

3.3.3 年损耗电能

根据电阻损耗和电晕损耗计算结果，电能损耗结果如表8所示。

表8 线路年损耗电能 万kWh

由计算结果可知，若采用小界面导线，全年电能损耗约48.0～59.3万kWh。采用800 mm2以上界面导线，每年可节约电能损耗约19.7万kWh以上，节能经济效益较为显著。

4 导线机械性能比较

4.1 弧垂特性比较

根据导线载流量计算结果，各导线在满足极限输送容量情况下，根据导线力学特性，结合规程规范及工程气象条件，计算得到各导线在实际档距下的弧垂，如表9所示。

表9 允许温度下导线弧垂

4.2 机械特性比较

根据导线的参数，计算得到各导线方案的机械特性如表10所示。

表10 导线荷载一览表

5 经济性比较

5.1 本体费用

根据本工程条件，综合导线、铁塔、基础等材料费用和施工费用等，各导线方案的本体投资如表11所示。

表11 各导线方案本体投资 万元

5.2 经济性分析

年费用法为财务评价方法之一，能反映工程投资的合理性和经济性。年费用包含初投资年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的时间价值（计利息），是将各方案按照资金的时间价值折算到某基准年的总费用平均分布到项目运行期的各年，年费用低的方案在经济上最优。

5.2.1 计算方法

按电力工业部（82）电计字第44号文《颁发“电力工程经济分析暂行条例”的通知》第十五条经济计算方法，等年值费用计算公式进行计算。

5.2.2 经济参数选取

建设年限两年。线路工程经济使用期30年。设备运行维护费为1.5%本体费用。电力工程回收率取为7%。上网电价根据发改价格〔2015〕748号《国家发改委关于降低燃煤发电上网电价和工商业用电价格的通知》，广东省的燃煤发电标杆上网电价为0.4735元/kWh。另外，考虑电价波动，分别按0.45元/kWh、0.4735元/kWh和0.5元/kWh进行计算。

5.2.3 年费用比较

根据不同导线结构的电阻损失、电晕损失、工程投资等因素，计算得到各导线方案的经济特性表12所示。

表12 各导线方案经济特性表

5.3 导线业绩分析

5.3.1 供货业绩及产能

厂家的供货业绩及产能对于导线的采购、工程进度和质量的管控以及运行的便利都有着十分重要的意义。目前国内主要导线厂家均能生产特强钢芯耐热铝合金绞线和特强钢芯铝合金绞线。

5.3.2 运行维护

统计20年投产大跨越工程，其导线多为特强钢芯耐热铝合金绞线，导线截面主要以2×610/270、2×720/300、2×1000/260为主。

因此对于特强钢芯耐热铝合金绞线运行维护难度小，经验比较丰富，而特强钢芯铝合金绞线运行经验相对较少。

6 导线选型结论及建议

本专题从载流量、电磁环境、电能损耗、弧垂特性、杆塔荷载、本体投资和运行周期年费用等多个方面对特强钢芯耐热铝合金导线、特强钢芯铝合金导线进行了详细的技术经济比较。

所选导线均能满足系统输送容量的要求，电气性能满足相关规程规范的要求。

在正常输送容量情况下，各种导线的电流密度约为0.241～0.478A/mm2，相对于经济电流密度来说均偏小。

电磁环境方面，本专题从地面电场强度、地面磁场强度、无线电干扰和可听噪声4个方面对比选导线进行了计算，结果表明：地面磁场强度、无线电干扰和可听噪声远小于规程规范的限值要求。

导线弧垂特性方面，特强钢芯耐热铝合金导线系列中拉重比最大JNRLH2/G4A-500/230导线弧垂最小。拉重比最小JNRLH2/G4A-1000/260导线弧垂最大。特强钢芯铝合金导线系列中拉重比最大LHA1/G4A-800/450导线弧垂最小。拉重比最小的JLHA1/G4A-630/170导线弧垂最大。

综合导线荷载、风偏角、弧垂特性等对线路杆塔和基础材料量的影响，不同导线方案的铁塔耗钢量和基础方量的比较结果为：8×JLHA1/G4A-630/170导线水平荷载最大，4×JNRLHA2/G4A-900/240导线水平荷载最小。6×JLHA1/G4A-800/450导线垂直荷载最大，8×JNRLH2/G4A0300/80导线垂直荷载最小。6×JLHA1/G4A-800/450导线纵向荷载最大，8×JNRLH2/G4A-300/80导线纵向荷载最小。6×JLHA1/G4A-800/450导线铁塔塔重最大，6×JNRLH2/G4A-500/230导线铁塔塔重最小。6×JLHA1/G4A-800/450导线基础砼最大，6×JNRLH2/G4A-500/130导线基础砼最小。

本体投资方面，8×JNRLH2/G4A-300/80导线的投资最小。

导线节能效益方面，特强钢芯耐热铝合金绞线损耗相对特强钢芯铝合金绞线损耗较大。特强钢芯耐热铝合金绞线系列中4×JNRLH2/G4A-1000/260导线损耗最小。

综合考虑工程本体投资、电能损耗费用和资金的时间价值，各导线年费用比较结果为铝包钢芯铝绞线6×JNRLH2/G4A-500/130导线的年费用最小，经济最优。其次是4×JNRLH2/G4A-900/240导线。

对于导线选型，还需考虑导线生产能力和运行经验等因素：厂家的供货业绩及产能对于导线的采购、工程进度和质量的管控以及运行的便利都有着十分重要的意义。目前国内主要导线厂家均能生产特强钢芯耐热铝合金绞线和特强钢芯铝合金绞线。

统计广东省内近20年投产大跨越工程，其导线多为特强钢芯耐热铝合金绞线，导线截面主要以2×610/270、2×720/300、2×1000/260为主。因此对于特强钢芯耐热铝合金绞线运行维护难度小，经验比较丰富，而特强钢芯铝合金绞线运行经验相对较少。

综上所述，考虑到本工程线路的重要性，推荐具有成熟的生产、设计、施工和运行经验的特强钢芯耐热铝合金绞线系列中4×JNRLH2/G4A-1000/260。