±800kV特高壓直流輸電線路工程導線選型

柏曉路，葛秦嶺，徐大成，張馮碩，胡守松

（中南電力設計院，湖北武漢430071）

±800kV特高壓直流輸電線路工程導線選型

柏曉路，葛秦嶺，徐大成，張馮碩，胡守松

（中南電力設計院，湖北武漢430071）

在輸電線路工程中，導線擔負著傳輸電能的責任，因此導線選型是輸電線路設計中的關鍵課題之一。導線的選型既要滿足電學特性，又要滿足力學特性，同時還要兼顧到經濟性。自2008年以來，我國建成和將要建設多條±800kV特高壓直流輸電線路工程。本文從導線的電學特性、機械特性、經濟性3方面簡要分析了我國±800kV特高壓直流輸電線路工程導線選型的特點，并給出±800kV特高壓直流輸電線路導線選型的一些建議。

1 工程概況

自2008年以來，我國已建成2條±800kV特高壓直流輸電線路工程，分別為向家壩—上海特高壓直流輸電線路工程、云廣特高壓直流輸電線路工程；將要建成2條±800kV特高壓直流輸電線路工程，分別為錦屏—蘇南特高壓直流輸電線路工程、糯扎渡送電廣東特高壓直流輸電線路工程。以上工程概況見表1。由表1可知，特高壓直流輸電線路輸送容量大，線路長，是跨區(qū)電網聯網的重要保障。而目前±800kV特高壓直流輸電線路導線主要采用了3種導線型式：6×LGJ-630/45、6×LGJ-720/50和6×LGJ-900/75。

表1 我國±800kV特高壓直流輸電線路工程概況Tab.1 General situation of±800kV HVDC transmission line project in china

2 電學特性

導線的電學特性是對線路周邊電磁環(huán)境的一個制約因素，選擇合理的電學參數是導線選型必須解決的首要問題。

根據文獻[1]，±800kV特高壓輸電線路導線電學特性必須滿足以下條件：

1）導線截面的選擇應滿足導線載流量最大允許值；

2）晴天時，一般非居民區(qū)地面合成場強不超過30kV/m；

3）晴天時，一般非居民區(qū)地面離子流密度不超過100nA/m2；

4）海拔1000m及以下區(qū)域，距線路正極性導線對地投影外20m處，晴天由電暈產生的可聽噪聲50%值不超過45dB（A）；海拔高度大于1000m且經過非居民區(qū)時，不超過50dB（A）；

5）海拔1000m及以下區(qū)域，距線路正極性導線對地投影外20m處，80%時間，具有80%置信度，頻率0.5MHz時的無線電干擾限值為58dB(μV/m)。

2.1 載流量

載流量的計算采用摩根公式[2]，計算條件為：環(huán)境氣溫宜采用最熱月平均最高溫度；風速采用0.5m/s（大跨越采用0.6m/s）；太陽輻射功率密度采用0.1W/cm2。3種導線載流量計算值見表2。由表2可知，3種導線均滿足載流量的要求，且裕度較大，由此可見，載流量不是±800kV直流輸電線路的控制條件。

表2 導線載流量Tab.2 Current carrying capacity of the conductor

2.2 電場強度

導線對地面的最大合成場強是影響當地電磁環(huán)境、確定導線對地高度以及走廊寬度的重要指標。

文獻[1]規(guī)定：在非居民區(qū)，當懸垂串采用V串時，±800kV特高壓直流輸電線路導線對地面的最小距離為18m。

當極間距為22m，線高為18m，導線起暈場強取18kV/cm時，計算干導線地表最大合成場強值[3-4]與子導線截面的關系如圖1所示。

晴天時，一般非居民區(qū)地面合成場強不得超過30kV/m，由圖1可知，導線的地表場強隨導線截面的增大而減小，單根導線截面大于600mm2，導線對地面的最大合成場強均滿足規(guī)程要求。

圖1 導線地面最大合成場強值與子導線截面的關系Fig.1 Variation of maximum total electric field with sub-conductors cross section

2.3 離子流密度

導線的離子流密度也是影響當地電磁環(huán)境的重要指標之一。

當極間距為22m，線高為18m，導線起暈場強取18kV/cm時，計算干導線地表最大離子流密度與子導線截面的關系如圖2所示。

文獻[1]規(guī)定：晴天時，一般非居民區(qū)地面離子流密度不超過100nA/m2。由圖2可知，導線的離子流密度[3-5]隨導線截面的增大而減小，導線的離子流密度遠小于規(guī)程的限值，導線的離子流密度不是導線選型的控制條件。

圖2 導線地面最大離子流密度值與子導線截面的關系Fig.2 Variation of maximum ion current density with sub-conductors cross section

2.4 無線電干擾

文獻[1]規(guī)定：海拔1000m及以下區(qū)域，距線路正極性導線對地投影外20m處，80%時間，具有80%置信度，頻率0.5MHz時的無線電干擾限值為58dB（μV/m）。

根據國際無線電干擾特別委員會（CISPR）提出的適用于雙極直流線路無線電干擾計算公式，計算無線電干擾與子導線截面的關系如圖3所示。由圖3知，導線的無線電干擾值隨導線截面的增大而減小，隨海拔的升高而增大。當海拔低于2000m時，導線的無線電干擾值均小于規(guī)程限值；根據曲線的趨勢可以看出，而當海拔較高時，導線的無線電干擾值將成為導線選型的控制條件。

圖3 導線無線電干擾與海拔的關系Fig.3 Variation of radio interference field with altitude

2.5 可聽噪聲

超高壓架空輸電線路上電暈所產生的可聽噪音強度取決于導線的幾何特性、運行電壓、對地距離和天氣條件。文獻[1]要求：海拔1000m及以下區(qū)域，距線路正極性導線對地投影外20m處晴天由電暈產生的可聽噪聲50%值不超過45dB（A）；海拔高度大于1000m且經過非居民區(qū)時，不超過50dB（A）。

根據美國BPA計算L50噪聲公式，計算可聽噪聲與子導線截面的關系如圖4所示。由圖4可知，導線的可聽噪聲隨導線截面的增大而減小，隨海拔的升高而增大。當海拔低于2000m時，導線的可聽噪聲均小于規(guī)程限值；根據曲線的趨勢可以看出，而當海拔較高時，導線的可聽噪聲將成為導線選型的控制條件。

3 機械特性

導線的機械特性是維持輸電線路長期安全穩(wěn)定運行的重要保證，也是影響線路造價的關鍵因素。

按照最大覆冰厚度為10mm，最大風速為27m/s的氣象條件進行導線的機械特性計算，將3種導線的機械特性[6-8]見表3。由表3知，導線截面越大，覆冰過載能力越強，而且導線JL/G2A-900/75的覆冰過載能力明顯高于其他2種導線；而3種導線的弧垂特性基本相當。

圖4 導線可聽噪聲與海拔的關系Fig.4 Variation of audible noise with altitude

計算3種導線的荷載情況見表4。從表4可以看出，導線JL/G2A-900/75的荷載遠大于其他2種導線，其對鐵塔負載能力的要求更加嚴格，所使用的鐵塔造價也越高；對于匹配的絕緣子串，導線JL/G2A-900/75所適用的絕緣子強度也是最大的，造價也是最高的；相對而言，使用導線LGJ－630/45時的鐵塔和絕緣子串造價最低。

表3 導線的機械特性Tab.3 Mechanical characteristics of the conductor

總體來說，3種導線均能滿足一般冰區(qū)對導線機械性能的要求。

4 經濟性

經濟性是線路工程建設可行性的重要支撐，也是輸電線路運行的合理依據。

表4 導線的各種荷載Tab.4 Diffrent loading of the conductor

以下從經濟電流密度和工程造價2方面進行分析。

4.1 經濟電流密度

經濟電流密度[9]是綜合考慮各個時期導線材料、最大負荷利用小時數、線路長度和電價等因素，比較得出的最合理的電流密度，采用這一電流密度進行設計可使線路投資、損耗、運行等綜合費用最小。

我國幅員遼闊，西部有豐富的水電資源，而東部則以火電為主，電網送電成本存在明顯差異，因此，各地區(qū)的經濟電流密度亦應有所不同，但目前我國尚未制訂出合適的數值，交流輸電線路仍采用1956年水電部頒發(fā)的經濟電流密度值，見表5。按照該標準，目前輸電線路常用的經濟電流密度一般在0.9～1.1A/mm2。

表5 經濟電流密度值Tab.5 Economic current density

而目前，我國建設的幾條特高壓直流輸電線路的電流密度值見表6，電流密度維持在0.7～0.9A/mm2范圍內，較常規(guī)交流輸電線路的經濟電流密度稍低。而文獻[10]指出直流線路的經濟電流密度為0.6～1A/mm2。今后的特高壓直流輸電線路的經濟電流密度可參考已有工程的電流密度執(zhí)行，對遠距離輸電降低損耗有重大意義。

表6 不同導線的電流密度值Tab.6 Economic current density of diffrent conductor

4.2 造價比較

±660kV直流線路和±500kV同塔雙回直流輸電線路的本體投資以及輸電能力，與±800kV特高壓直流輸電線路進行比較，見表7。

表7 不同直流線路工程的輸送容量和造價Tab.7 Transmission capacity and cost of various DC transmission lines project

±800kV輸電線路的輸送容量可以相當于2回±500kV直流線路的容量，比±660kV直流線路大25%～60%；單位功率單位長度的線路本體造價也是最低的，比±660kV直流線路低10%左右，比±500kV同塔雙回直流線路低36%左右。

由此可見，±800kV特高壓直流輸電線路相對于其他直流輸電線路，有著輸送容量大，本體投資低的特點。

5 結論

綜上所述，對于±800kV特高壓直流輸電線路工程的導線選型今后建議注意以下幾點：

1）由于導線的地表場強控制，導線采用六分裂型式時，截面必須大于600mm2。

2）當海拔低于2000m時，導線的其他電學特性都不成為制約因素；當海拔較高時，導線的無線電干擾和可聽噪聲將成為導線選型的制約因素。

3）3 種導線的弧垂特性相當，導線JL/G2A-900/75的覆冰過載能力最強，明顯高于其他2種導線；在鐵塔荷載和絕緣子串選配方面，導線JL/G2A-900/75要求最嚴格，造價最高，導線LGJ-630/45要求較低，造價最低。

4）導線的載流量不是導線截面選擇的控制因素，導線的經濟電流密度制約著導線截面的選擇；根據已有特高壓直流線路的工程經驗，推薦今后特高壓直流線路工程的經濟電流密度取0.7～0.9A/mm2。

5）±800kV特高壓直流輸電線路相對于其他直流輸電線路，有著輸送容量大，本體投資低的特點。

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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

導線選型是±800kV特高壓直流輸電線路設計中的關鍵課題之一，對工程造價和安全運行有著十分重要的意義。從載流量、電場強度、離子流密度、無線電干擾、可聽噪聲5個方面分析了導線的電學特性；從過載能力、弧垂特性、荷載情況等方面比較了導線的機械特性；總結以往工程經驗，分析了導線的經濟電流密度和經濟性，為今后工程提出了一些建議。

特高壓；輸電線路；導線選型；電學特性；機械特性

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

中國電力工程顧問集團科技項目（DG1-D003-2007）。

2011-03-07。

柏曉路（1984—），男，碩士，工程師，從事送電線路電氣設計。

（編輯 董小兵）