架空输电线路大跨越工程导线选型浅析

湖北省华网电力工程有限公司 王 凯 韶关市擎能设计有限公司 刘达明

1 前言

我国幅员辽阔，西北、西南地区分布有高原、山岭，中部地区分布有盆地和平原，东南沿海地区分布有浅滩和沙地；河流、湖泊密布，主要有珠江、长江、黄河、淮河、辽河、海河、松花江七大水系。受复杂的地理环境影响，我国高电压、长距离输电线路的设计、施工难度和运行维护成本比世界上其他国家都要高[1]。大跨越工程已成为我国高电压、长距离输电线路建设工程投资的重要影响因素。大跨越工程的导线选型[2]，对线路建设本体工程和后期运行维护的成本影响较大。合理选择大跨越工程的导线型号和组合方式，既能保证输电线路的安全、可靠、稳定运行，又能节约工程投资、降低施工难度[3]。

大跨越工程的导线选型，应综合考虑以下几点：

导线的选择与电网远期规划和发展相配合，并适量保留裕度；跨越段线路不应成为整条线路输送容量的“瓶颈”；导线应具有良好的电气性能和机械性能，载流量应满足输送容量的要求，导线弧垂应满足交叉跨越安全间距的要求，过载能力应满足负荷波动的要求[4]；导线生产、运输和施工成本有效可控，线路投产后运维、检修便利，线路运行损耗小，电能传输利用率高[5]；导线生产工艺和施工技术成熟，具有较为成功的运行经验；大跨越工程的导线选型，还应满足防振和防舞的相关要求[6]。

2 工程概况

为完善输电网架结构，加强区域电网之间的联络，扩充河西地区风电、光伏等新能源送出断面，计划建设220kV 新能源送出线路。根据系统规划，该线路一般段导线采用2×JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线，导线分裂间距为400mm；新建线路在N77-N80段跨越长江一级支流，跨越段详细情况如表1。

表1 N77-N80段大跨越情况表

设计气象条件：基本风速29m/s、覆冰15mm（导线提高5mm，地线提高10mm 验冰）。

3 导线选型

3.1 导线的电气性能

按照系统规划最大输送容量为440MVA，按正常运行时输送容量为240MVA 进行计算，导线的载流量为663A，大跨越工程导线的载流量应满足的要求：一般段导线载流量1326A，大跨越工程导线载流量＞1326A。

导线载流量计算条件：钢芯铝合金绞线的允许温度取90℃，铝包钢绞线的允许温度取100℃。最高月平均气温取40℃，相对风速取0.6m/s，太阳辐射功率密度取0.1W/cm²，导线表面辐射散热系数取0.9，导线表面吸热系数取0.9。

结合一般段线路导线选型（2×JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线），大跨越工程选用表2中四种导线进行比较。

表2 大跨越工程导线组合方案表

通过比较，所选的导线方案中，1×JNRLH2/G5A-640/290导线输送容量最大，2×JLHA1/G5A-300/170输送容量其次，2×JLB30-420输送容量最小。

3.2 导线的机械特性

为了尽量降低大跨越工程杆塔的呼高，节约工程投资、便于运行和维护，应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（Δ=T/W）来表征导线的弧垂特性。根据国内外110kV～500kV 大跨越工程的设计经验，大跨越弧垂特性与跨越档距的函数关系如下：

当L ＜1000m 时，则取Δ＞8km；当L＞1000 m 时，则取Δ＞12km；当L＞1500m 时，则取Δ＞15km。本工程新建线路大跨越档距为1400m，弧垂特性取值范围Δ＞12km。

据统计国内大跨越工程平均运行应力与UTS 比值主要分布在18.63%～25%之间，详见表3。

表3 导线平均运行应力统计表

从上表可以看出，约有66.7%的工程钢芯铝合金导线的最低点平均运行应力选在20.5%～22.4%UTS之间，项目投产后多年运行状况良好。

结合一般段线路导线选型（2×JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线），大跨越工程选用表4中四种导线进行比较。

表4 导线组合方案对比表

通过比较，所选的导线方案中，在同等呼高条件下2×JLHA1/G5A-300/170导线杆塔荷载最大；1×JNRLH2/G5A-500/230在最大荷载条件下，安全储备较高。1×JNRLH2/G5A-500/230导线杆塔荷载较小。

3.3 导线的经济性

结合一般段线路导线选型（2×JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线），大跨越工程选用以下四种导线进行比较，各种导线方案的全年电阻电能损耗，详见表5。

表5 导线组合方案电阻损耗统计表

为了进一步分析各种导线的经济性，可以采用年费用法对各种导线型式的年费用进行计算。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-年费行最小法的计算方法，线路工程简化计算公式为：

折算到工程投运年的总投资：

NF=Z[r0(1＋r0)n/(1＋r0)n－1]＋u

式中，NF—年平均费用（万元）（平均分布在m+l 到m+n 期间的n年内），n—工程的经济使用年限，Z—折算后的工程总投资（万元）；

t—从开工这一年起到计算年的年数，m—工程施工年数，Zt—第t年的建设投资（万元），r0—电力工业投资回收率，μ—折算年运行费用（万元）；

t0—工程部分投产的年份，ut—运行费用（万元）。

按照上述计算原则，简化后计算结果如下：

表6 导线组合方案年综合费用统计表

通过比较，所选的导线方案中，2×JLB40-120导线采购价格和年运行维护费用最高，1×JNRLH2/G5A-640/290其次，1×JNRLH2/G5A-500/230导线采购价格和年运行维护费用较少，2×JLHA1/G5A-300/170导线最少。

3.4 电磁环境影响

当线路跨越非长期住人的建筑物或邻近民房时，房屋所在位置离地面1.5m 高处未畸变电场不得超过4kV/m。海拔不超过1000m 时，距输电线路边相导线地面水平投影外侧20m、对地2m 高度且频率为0.5MHz 时，220kV 架空线路的无线电干扰设计控制值不应大于53dB（μV/m）。海拔不超过1000m时，距输电线路边相导线地面水平投影外侧20m，湿导线条件下，220kV 架空线路的可听噪声设计控制值不应大于55dB（A）。经建模计算，所选的导线方案均满足上述要求。

3.5 导线选型结论

通过对所选导线方案的电气性能、机械特性和经济性进行比较，发现：在电气性能方面，2×JLHA1/G5A-300/170和1×JNRLH2/G5A-640/290载流量最大；在机械特性方面，2×JLHA1/G5A-300/170弧垂最小、杆塔荷载利用率最高，其次是JNRLH2/G5A-640/290；在经济性方面，2×JLHA1/G5A-300/170线损和运行维护费用最少，其次是1×JNRLH2/G5A-640/290。结合本工程所在地区类似项目建设情况，确定新建线路大跨越工程的导线型号选用2×JLHA1/G5A-300/170。根据大跨越设计规范要求，分裂间距与子导线直径之比（S/d）不宜小于14，经论证导线分裂间距推荐采用500mm，按水平排列布置。

4 结语

区域电网主要通过高电压等级、长距离的跨区输电线路连通，长距离输电线路绝大部分包括山谷或河流的大跨越工程。大跨越工程受所在地区环境、城市规划、气象条件和施工技术水平的影响，在导线选型时应充分考虑系统输送容量、交叉跨越安全距离、导线的力学特性、施工成本和难度、运行维护费用和电磁环境等因素的影响，结合建设项目特点和施工环境，对拟定的导线组合方案进行分析、对比和论证，推选出适应工程、安全可靠、经济合理的导线型号。