新型节能导线在高压输电线路设计中的选型研究 7页

新型节能导线在高压输电线路设计中的选型研究摘要：导线是架空输电线路的最基本组成元件之一，架线工程投资占工程本体投资30%左右，其对整条架空输电线路的杆塔、基础、绝缘子和金具强度、经济技术指标等起着决定性影响。关键词：架空输电线路；超高压；节能导线；电网建设中图分类号：TE08文献标识码：AStudyofNewTypeEnergySavingWireApplicationinHighVoltageTransmissionLineXiaoXiao，WangQing（JiangxiElectricPowerDesingInstitute，NanChang，China330096）ABSTRACT：Conductorisoneofthemostbasiccomponentsofoverheadtransmissionlines，wiringengineeringinvestmentaccountedforabout30%ofthebodyofinvestmentproject，anditplaysadecisiveroleinThewholeofoverheadtransmissionlinetower，foundation，insulatorsandfittingsstrength，economicandtechnicalindicators.Inordertoencouragemoreandmorenewtechnology，materials，processtothepowerconstruction，AccordingtotheStateGridPowerInfrastructureDepartment（2013）No.99document“onthestrengtheningofenergy-savingStateGridCorptransmissionlinewireapplicationworknotice"requirements，intheselectionprocessofwire，Wemadeadetailedcomparitionforordinarysteelcorealuminumstrandedwireandthreekindsofenergywires，suchasthepowerloss，loadflow，sag，overloadcapacity，towerload，windyawangle，investmentanalysisandannualfees. KEYWORDS：ultra-highvoltage；overheadtransmissionline；energysavingconductor；electricpowerconstruction1引言导线作为输送功率的载体，一直是输电线路设计的核心内容，导线每次的技术进步和改良创新都能够带来巨大的经济和社会效益。目前在我国新建输电线路中，应用最为广泛的是圆线同心绞钢芯铝绞线，多年的运行实践证明其具有稳定的机械电气性能，施工运行和维护方便，能够较好的适应我国大部分地区的条件和环境。进入21世纪，国家大力提倡节能减排，国家电网公司也积极应用“新材料、新技术和新工艺”，以达到友好和资源节约，因此输电线路的节能成为了关注点。同时随着我国电线电缆行业制造技术和工艺的进步，五花八门的新型导线层出不穷，在提供了更多选择的同时，也造成了一定的混乱甚至是安全隐患。因此，为了有针对性的合理选择新型导线，更好的贯彻“两型三新”的建设原则，在国家电网公司基建部的大力推动和指导下，经过建设、可研、设计单位和制造企业的同理合作，总结和规范了适合新建线路应用的新型节能导线，并开展了系统的试点应用和推广工作。本文以国网公司某500kV新建输变电工程为例，开展了新型导线在输电线路的应用研究。2导线选择各种导线的主要技术参数见表1：3导线电气性能比较3.1导线载流量比较 在事故运行方式下，交流输电线路可能出现的最大容量由系统的过负荷能力所决定。导线载流量与导线所处气象条件（环境温度、风速、日照强度）有关，在计算导线载流量时，应使导线不超过某一温度，目的在于使导线在长期运行或在事故条件下，由于导线的温升，不致影响导线强度，以保证导线的使用寿命。各种导线载流量和输送功率见表2：从表2可看出，参加比选的6种导线的每回线极限输送功率为均高于3000MW，满足系统要求。各种导线的载流量和极限输送功率相差不大，节能导线要比普通导线高出1.4～3%。表1导线型号及技术参数一览表Tab.1Thewireoftransmissionlinemodelandparameterlist表2各导线载流量对比Tab.2thecomparationofcurrentcarryingcapacityofvariouswires表3各种导线组合的电阻损耗（kW/km）Tab.3Theresistancelossofvariouswires（kW/km）导线组合3.2交流电阻损失双回交流输电线路的电阻热损失为：（3.2-1）――功率热损耗（kW/km）；――分裂根数；――单回路每根导线的额定工作电流（A）；――导线的交流电阻（Ω/km）。各种导线结构的电能热损失见表3。铝合金芯高导电率铝绞线、中强度铝合金绞线及钢芯高导电率铝绞线的节能效果较好。在输送功率较大的线路其节能效益更明显。 3.3小结（1）同截面的各种导线的载流量和允许输送功率基本相当，均可满足工程的要求。4导线机械特性比较4.1导线弧垂及杆塔重量比较导线的弧垂特性与导线的计算拉断力、铝钢截面比、自重等因素有关。各导线40℃弧垂杆塔重量的计算结果见表4。以钢芯铝绞线弧垂特性为基准，中强度铝合金绞线弧垂最小，钢芯高导电率铝绞线与钢芯铝绞线相同，铝合金芯高导铝绞线略大。4.2导线风偏角当基本风速为27m/s时，各种导线结构的风偏角见表5：表4导线40℃弧垂比较表Tab.4comparisonof40°Cwiresag表527m/s风速各种导线风偏角（Kv=0.85）Tab.5AllkindsofwirewindyawangleInthe27m/swindspeed（Kv=0.85）10mm轻冰区表6各种导线结构的每相单位荷载（N/m）Tab.6theunitloadofvariousconductorstructure（N/m） 铝合金芯高导电率铝绞线和中强度铝合金绞线的垂直荷载相对较小，导线风偏角相对较大，可采用通用设计塔型，但需注意校验实际Kv值，对部分临界塔型应跳一档使用。若塔型固定，采用铝合金芯高导电率铝绞线和中强度铝合金绞线时摇摆角系数偏大，临界塔型需要通过加高塔高或更换塔型来解决摇摆角问题。4.3导线对杆塔荷载的影响从表6可看出：各导线的水平荷载相当；钢芯铝绞线和钢芯高导电率铝绞线的垂直荷载较大，铝合金芯高导铝绞线和中强度铝合金绞线的垂直荷载与纵向荷载相对较小。4.4导线耐张串强度选择随着导线铝钢截面比的减少，自重、张力及绝缘子串的受力随之增加。不同导线结构的耐张串安全系数见表7。从表7可知，六种导线均需采用2×420KN耐张串。5线路造价分析5.1导线用量计算Tab.7ThesafetycoefficienttableofWiretensionresistantinsulatorstring（Ldb=400～600m）表8各种导线每公里材料量及费用对比表Tab.8TheComparationofdifferentConductormaterialquantityandcost表9杆塔耗钢量比较表Tab.9ThecomparisontableofTowersteelconsumption5.2杆塔耗钢量比较直线塔耗钢量与导线水平荷载、横担长度及导线弧垂有关，铝合金芯高导铝绞线和中强度铝合金绞线的垂直荷载相对较小，导线风偏角相对较大，部分直线塔需通过加高塔高或更换塔型来解决摇摆角问题；耐张塔耗钢量主要与导线张力、水平荷载有关，垂直荷载对塔重的影响不大。 通过对10mm冰区不同导线结构综合分析，钢芯高导电率铝绞线与钢芯铝绞线的机械特性基本一致，故其耗钢量相等；铝合金芯高导铝绞线和中强度铝合金绞线，综合考虑导线张力、垂直荷载、导线风偏角的影响，耗钢量略大。具体详细见表8：5.3导线的经济性比较各种导线的经济性比较见表9：1）从节能效果来看，从高到低依次为铝合金芯高导铝绞线、中强度铝合金绞线JLHA3-675、钢芯高导电率铝绞线JL4/G1A-630/45、钢芯高导电率铝绞线JL3/G1A-630/45、普通钢芯铝绞线JL/G1A-630/45；2）从本体投资来看，从高到低依次为钢芯高导电率铝绞线JL4/G1A-630/45、中强度铝合金绞线JLHA3-675、铝合金芯高导铝绞线、钢芯高导电率铝绞线JL3/G1A-630/45、普通钢芯铝绞线JL/G1A-630/45；9导线的经济性比较Tab.9theEconomiccomparisonofwire 表10不同输送功率的年费用Tab.9Theannualcostofvariouswiresindifferenttransmissionpower注：年最大损耗小时数3200h、电力工程回收率8%、40年。5.4年费用计算根据示例工程的实际情况，进行最小年费用计算条件如下：①经济使用年限为40年，施工期按2年计，前一年投资为60%，后一年投资为40%。②年最大损耗小时数按3200h（查表所得）计。③设备运行维护费率为1.4%。④电力工程回收率按工程投资的8%计。⑤电价按江西本地实际上网电价0.387元/度计。不同导线在不同输送功率下的年费用比较详见表10。6结论（2）高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线的交流电阻较低，电阻损失少，在输送功率较大的线路中其节能效益更明显。相比之下，常规钢芯铝绞线无节能效益，年费用较高，故不推荐采用；（3）六种导线均能直接应用于通用设计杆塔，采用铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线时摇摆角系数偏大，部分直线塔需要通过加高塔高或更换塔型来解决摇摆角问题，但二者垂直荷载、导线张力小，杆塔耗钢指标与普通钢芯铝绞线基本相当；