雙分裂導(dǎo)線在500 kV重冰區(qū)線路中的應(yīng)用

潘春平，莊志偉，鄭志源

（廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣州市，510663）

0 引言

2008年年初，我國(guó)南方大部分地區(qū)出現(xiàn)了建國(guó)以來(lái)罕見(jiàn)的持續(xù)大范圍低溫、雨雪和凝凍極端天氣，輸變電設(shè)施覆冰積雪極為嚴(yán)重，輸電線路發(fā)生了大面積冰閃跳閘和倒塔斷線事故，電網(wǎng)所受到的威脅和損害無(wú)論從范圍還是持續(xù)時(shí)間上都是史無(wú)前例的。

重冰區(qū)線路由于冰荷載大，在每相導(dǎo)線總截面相同時(shí)，小截面的導(dǎo)線機(jī)械特性較弱，弧垂較大，單位長(zhǎng)度線路的鐵塔基數(shù)較多；同時(shí)當(dāng)導(dǎo)線分裂數(shù)增加時(shí)，鐵塔承受的垂直、水平和縱向荷載也相應(yīng)增大，工程投資成倍增加。為了從技術(shù)上挖掘潛力，降低工程造價(jià)，有必要對(duì)重冰區(qū)導(dǎo)線的截面和分裂型式進(jìn)行比較，選擇出滿足技術(shù)要求且經(jīng)濟(jì)合理的導(dǎo)線截面和分裂型式。

1 工程概況

廣東省韶關(guān)和清遠(yuǎn)北部地區(qū)的電網(wǎng)在2008年年初的冰災(zāi)中受到重創(chuàng)。新建的500 kV坪石B電廠三期至曲江變電站送電線路所經(jīng)過(guò)的梅花、云巖、紅云和大橋一帶線路覆冰極為嚴(yán)重，通過(guò)該電力通道的眾多已建電力線在2008年冰災(zāi)中都遭受毀滅性破壞。其中500 kV橋（口）曲（江）甲線在該通道內(nèi)倒塔96基，500 kV橋（口）曲（江）乙線倒塔53基，±500 kV江城直流倒塔34基[1-2]。500 kV坪曲線全長(zhǎng)約110 km，在2007年年底已完成施工圖設(shè)計(jì)，為了提高其抗冰能力，按照廣東電網(wǎng)公司的要求，根據(jù)2008年冰災(zāi)的冰情調(diào)查結(jié)果，重新劃分了冰區(qū)范圍，調(diào)整了設(shè)計(jì)冰厚。調(diào)整后30mm及以上重冰區(qū)段的長(zhǎng)度約36 km，其中30、40及50mm冰區(qū)線路的長(zhǎng)度分別為17.5、7及11.5 km[3-4]。

2 導(dǎo)線型號(hào)及分裂型式的選擇

2.1 導(dǎo)線的比較方案

根據(jù)系統(tǒng)的要求，本線路經(jīng)濟(jì)輸送容量為940MW，在環(huán)境溫度為35℃時(shí)的極限輸送功率為1.900GW，由此可得每相導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)輸送電流為1.085 kA，按經(jīng)濟(jì)電流密度0.9A/mm2的參考值估算，每相導(dǎo)線的鋁截面不小于1 200mm2。

根據(jù)國(guó)內(nèi)超高壓輸電線路的導(dǎo)線實(shí)際選用情況，本工程可選擇四分裂和雙分裂兩種導(dǎo)線分裂方式。30mm及以上重冰區(qū)，由于覆冰荷載大，故導(dǎo)線材質(zhì)推薦采用鋼芯鋁合金絞線?，F(xiàn)選擇表1所示的7種導(dǎo)線型號(hào)作為比較方案，并計(jì)算出各種導(dǎo)線相應(yīng)的允許電流值和極限輸送功率。

表1 導(dǎo)線型號(hào)及其基本參數(shù)Tab.1 Conductor types and the irbasic parameters

由表1可知，除JLHA1/G1A-720/50和JLHA1/ G1A-720/90兩種線型極限輸送功率接近1.900 GW外，其余5種線型均大于要求值。

2.2 電磁環(huán)境的計(jì)算

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般導(dǎo)線最大表面電場(chǎng)強(qiáng)度不宜大于全面電暈電場(chǎng)強(qiáng)度的85％，以避免導(dǎo)線出現(xiàn)全面電暈。按本工程有代表性的2種海拔高程及中相采用I型及V型兩種絕緣子串型式對(duì)7種導(dǎo)線方案進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2～4，表中Em為導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度（有效值），Em0為導(dǎo)線臨界電場(chǎng)強(qiáng)度（有效值）。

表2 導(dǎo)線的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度Tab.2 Critical electric field intensities of conductors

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，各種導(dǎo)線方案的表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度與臨界電場(chǎng)強(qiáng)度的比值均小于85％，各種方案的導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度基本不起控制作用；同時(shí)中相采用V型串后可縮小相間距離，減小塔頭尺寸，而導(dǎo)線表面場(chǎng)強(qiáng)僅比采用I串的大1％～2％。另外，根據(jù)文獻(xiàn)[5-6]的規(guī)定，對(duì)于500 kV線路，海拔不超過(guò)1 000m地區(qū)、采用現(xiàn)行國(guó)標(biāo)鋼芯鋁絞線，如雙分裂子導(dǎo)線外徑不小于36.24mm時(shí)，可不驗(yàn)算電暈。即2×720mm2和2× 800mm2截面導(dǎo)線均能滿足規(guī)程的要求。

表3 導(dǎo)線水平排列中相采用V V串的導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度Tab.3 The maximum electric field intensities on the surface ofconductors arranged horizontally and applied in‘V’string inthe middle phase

表4 導(dǎo)線水平排列中相采用i串的導(dǎo)線表面最大電場(chǎng)強(qiáng)度Tab.4 The maximum electric field intensities on the surface of conductors arranged horizontally and applied in‘I’string in the middle phase

計(jì)算各種導(dǎo)線排列方式的無(wú)線電干擾采用經(jīng)驗(yàn)公式法，具體結(jié)果見(jiàn)表5。計(jì)算結(jié)果表明，各種方案均能滿足55 dB標(biāo)準(zhǔn)的要求，也就是說(shuō)對(duì)于本線路設(shè)計(jì)所選的導(dǎo)線分裂方式無(wú)線電干擾不起控制作用。

對(duì)各種導(dǎo)線分裂方式在各種塔型下的可聽(tīng)噪聲進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)，結(jié)果如表6所示。按照55 dB（A）的控制條件，各種導(dǎo)線排列方式均滿足要求，而四分裂型式的噪聲水平更低。

根據(jù)以上電磁環(huán)境計(jì)算結(jié)果可知，四分裂小截面導(dǎo)線組合方案的電磁環(huán)境干擾值明顯小于雙分裂大截面導(dǎo)線組合方案。本工程重冰區(qū)段為林區(qū)，安全距離為樹木控制，導(dǎo)線對(duì)地距離較高，當(dāng)按工程實(shí)際的導(dǎo)線對(duì)地距離計(jì)算時(shí)，2×720mm2和2×800mm2雙分裂大截面導(dǎo)線組合方案的電磁環(huán)境干擾值也能滿足電磁環(huán)境要求。

表5 不同導(dǎo)線排列方式的無(wú)線電干擾Tab.5 Radio interruptions of different conductor arrangements

表6 不同導(dǎo)線排列方式的可聽(tīng)噪聲計(jì)算結(jié)果Tab.66 Calculated audible noises of different conductorarrangements

2.3 30mm冰區(qū)各種線型的機(jī)械性能比較

2.3.1 物理參數(shù)

對(duì)處于30mm冰區(qū)的線路，每相導(dǎo)線選擇2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50和4×LHBGJ-300/50三種導(dǎo)線線型進(jìn)行比較。經(jīng)綜合測(cè)算，大截面雙分裂導(dǎo)線的安全系數(shù)取3.37，四分裂小截面導(dǎo)線的安全系數(shù)取2.66。以上所選的3種導(dǎo)線線型的主要物理參數(shù)如表7所示。

2.3.2 導(dǎo)線采購(gòu)費(fèi)用比較

根據(jù)各種導(dǎo)線最新的參考報(bào)價(jià)，導(dǎo)線的采購(gòu)費(fèi)用見(jiàn)表8。

2.3.3 導(dǎo)線弧垂對(duì)工程投資的影響

最大設(shè)計(jì)冰厚取30mm時(shí)，3種線型在代表檔距為300m，實(shí)際檔距為300m、350m及400m時(shí)的最大弧垂值如表9所示。

從表9可見(jiàn)，LHBGJ-300/50線型的導(dǎo)線弧垂最大，在350m檔距時(shí)比雙分裂大截面導(dǎo)線大1.70m，同時(shí)該種導(dǎo)線的安全系數(shù)較小，為2.66。而LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50型雙分裂大截面導(dǎo)線的弧垂都較小，同時(shí)導(dǎo)線的安全系數(shù)卻較大，均為3.37。由于LHBGJ-300/50線型的弧垂較大，相應(yīng)的桿塔較高，故鐵塔質(zhì)量和基礎(chǔ)費(fèi)用將增大。

表7 導(dǎo)線的機(jī)械物理特性表Tab.77 The mechanical and physical characteristics of variousconductors

表8 導(dǎo)線采購(gòu)費(fèi)用比較TTab.8 Cost comparison of different conductors

表9 導(dǎo)線弧垂對(duì)工程投資的影響Tab.9 Influences of conductor sag on project investment

2.3.4 導(dǎo)線荷載對(duì)工程投資的影響

3種線型的張力在代表檔距較大時(shí)均為覆冰情況控制，各種線型在代表檔距為300m時(shí)每相導(dǎo)線的荷載對(duì)比如表10所示。

對(duì)重冰區(qū)線路而言，影響直線塔及直線小轉(zhuǎn)角塔質(zhì)量的主要因素是不均勻覆冰工況；影響耐張塔質(zhì)量的主要因素為最大覆冰工況下的角度荷載；影響冰區(qū)分界耐張塔質(zhì)量的主要因素為最大覆冰工況下的角度荷載及不平衡張力差[7-8]。

表10 導(dǎo)線荷載對(duì)工程投資的影響Tab.10 Influences of conductor load on project investment

表11 不同懸垂絕緣子串型式的垂直檔距上限值Tab.11 The upper limit values of vertical span of differentsuspension insulator string types

從表11可見(jiàn)，在一般情況下3種線型采用雙聯(lián)210 kN懸垂絕緣子串基本可滿足工程要求，故懸垂絕緣子串的投資差別較小。

對(duì)于耐張絕緣子串，其強(qiáng)度主要由每相導(dǎo)線的懸掛點(diǎn)張力確定，該值近似取1.1倍的最大使用張力，3種線型采用不同的耐張絕緣子串型式時(shí)的絕緣子安全系數(shù)見(jiàn)表12。

從表12可見(jiàn)，4×LHBGJ-300/50線型采用雙聯(lián)300 kN級(jí)耐張絕緣子串在最大荷載時(shí)不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)絕緣子機(jī)械強(qiáng)度安全系數(shù)不小于2.7的要求，需采用雙聯(lián)400 kN級(jí)耐張絕緣子串；而2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50線型則可采用雙聯(lián)300 kN級(jí)耐張絕緣子串，安全系數(shù)分別為3.20和3.41。

隨著大學(xué)生畢業(yè)人數(shù)逐年增加，就業(yè)形式愈發(fā)嚴(yán)峻，大學(xué)生創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)在高校教育中突顯極其重要的地位。尤其在新的歷史時(shí)期，黨的十九大報(bào)告中提出了要堅(jiān)持新發(fā)展理念，要不斷壯大我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力和綜合國(guó)力，大力建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。新發(fā)展理念的科學(xué)內(nèi)涵包括創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享五大發(fā)展理念，新發(fā)展理念指明了“十三五”乃至更長(zhǎng)時(shí)期我國(guó)的發(fā)展思路、發(fā)展方向和發(fā)展著力點(diǎn)，也為我國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)指明了方向。

表12 采用不同的耐張絕緣子串型式時(shí)的絕緣子安全系數(shù)Tab.12 Safety factors of insulator for different tensioninsulator string types

2.3.6 過(guò)載能力比較

按導(dǎo)線張力達(dá)到70％保證拉斷力的限值計(jì)算導(dǎo)線的容許過(guò)載冰厚，結(jié)果如表13所示。

表13 導(dǎo)線過(guò)載的校驗(yàn)冰厚Tab.13 Check ice-thickness of conductor overload

從表13可見(jiàn)，在代表檔距為350～550m范圍內(nèi)LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50線型的過(guò)載能力相當(dāng)，而LHBGJ-300/50線型的過(guò)載能力相對(duì)較小。

2.3.7 投資比較

將3種線型的本體投資比較匯總?cè)绫?4所示。由表14的本體投資比較可見(jiàn)，采用JLHA1/G1A-720/ 50型導(dǎo)線具有最佳的經(jīng)濟(jì)特性，LHBGJ-800/55型導(dǎo)線需增加5.216 2萬(wàn)元/km，而LHBGJ-300/50型導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)性最差，與JLHA1/G1A-720/50型導(dǎo)線相比，需增加40.040 7萬(wàn)元/km。

表14 30mm冰區(qū)每千米投資比較Tab.14 Per-kilometer investment comparison in30 mm icing area

2.4 50mm冰區(qū)各種線型的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

表15 50mm冰區(qū)每千米投資比較Tab.15 Per-kilometer investment comparison in50 mm icing area

由表15的本體投資比較可見(jiàn)，采用JLHA1/ G1A-720/90型導(dǎo)線具有最佳的經(jīng)濟(jì)特性，LHBGJ-800/100型導(dǎo)線需增加7.279 6萬(wàn)元/km，而JLHA1/G3A-366/60型導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)性最差，與JLHA1/ G1A-720/90型導(dǎo)線相比需增加98.314 4萬(wàn)元/km。

3 結(jié)論

從電磁環(huán)境的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，當(dāng)按工程實(shí)際的導(dǎo)線對(duì)地距離計(jì)算時(shí)，各種線型均能滿足電磁環(huán)境的要求，但雙分裂大截面導(dǎo)線組合方案的電磁環(huán)境干擾值高于四分裂小截面導(dǎo)線組合方案。

從機(jī)械性能來(lái)看，雙分裂大截面導(dǎo)線明顯優(yōu)于四分裂小截面導(dǎo)線，具體表現(xiàn)為：（1）大截面導(dǎo)線機(jī)械特性好，弧垂小，過(guò)載能力強(qiáng)；（2）覆冰工況時(shí)作用于鐵塔上總的垂直、水平及縱向荷載都小，可減少鐵塔質(zhì)量及基礎(chǔ)費(fèi)用；（3）雙分裂大截面導(dǎo)線選用的懸垂和耐張絕緣子串更加經(jīng)濟(jì)。

為使30mm及以上重冰區(qū)線路的極限輸送容量盡量接近20mm及以下冰區(qū)4×300mm2導(dǎo)線的輸送容量，同時(shí)考慮到2×800mm2大截面導(dǎo)線電磁干擾值優(yōu)于2×720mm2導(dǎo)線，而工程投資增加較少，運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)于2×720mm2導(dǎo)線（按年費(fèi)用最小法測(cè)算，線路運(yùn)行約5年后可收回增加的投資），因此，本工程30mm重冰區(qū)線路導(dǎo)線推薦采用2×LHBGJ-800/55型鋼芯鋁合金絞線，50 mm重冰區(qū)線路每相導(dǎo)線推薦采用2× LHBGJ-800/100型鋼芯鋁合金絞線。選用2×800mm2導(dǎo)線后，在30 mm冰區(qū)每千米本體投資比4× LHBGJ-300/50型導(dǎo)線減少34.824 5萬(wàn)元，在50mm冰區(qū)比4×JLHA1/G3A-366/60型導(dǎo)線減少91.034 8萬(wàn)元，本工程36 km的30mm及以上重冰區(qū)段共節(jié)省本體投資約2 200萬(wàn)元。上述設(shè)計(jì)方案于2008年4月中旬通過(guò)中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司的初設(shè)評(píng)審，該工程于2009年9月22日建成投運(yùn)，并獲2009年度電力行業(yè)送電工程優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。

將雙分裂大截面導(dǎo)線應(yīng)用于500 kV重冰區(qū)線路，國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例。本工程是我國(guó)第1條采用雙分裂導(dǎo)線的500 kV重冰區(qū)送電線路，它不但技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性好，同時(shí)也為我國(guó)今后重冰區(qū)線路的導(dǎo)線選型提供了參考和借鑒。

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