全壽命理論在寧海電廠-蒼巖線路導線選型中的應用

卞 榮

（1.浙江省電力公司，杭州 310007；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

全壽命理論在寧海電廠-蒼巖線路導線選型中的應用

卞 榮1,2

（1.浙江省電力公司，杭州 310007；2.華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206）

導線選型是輸電線路設計中一個重要內容，本文對寧海電廠-蒼巖500 kV輸電線路的導線選型進行了比較分析，并應用全壽命設計理論建立了一個簡化的導線經濟比較模型。通過對普通鋼芯鋁絞線和鋁包鋼芯鋁絞線路全壽命成本比較，得出了鋁包鋼芯鋁絞線的全壽命周期費用及節能效益均具有明顯優勢的結論。

輸電線路；導線；全壽命；分析

超高壓輸電線路中的分裂導線投資占整個本體工程投資的30%左右，同時導線選型還會影響桿塔、基礎等其它方面的投資，因此合理選擇導線對輸電線路的技術經濟性能具有重大影響。

寧海電廠-蒼巖500 kV輸電線路是國華寧海電廠二期送出工程。新建線路長度為2×96 km。沿線絕大部分為山地和丘陵地形，途中還需翻越海拔700 m以上的天臺山脈。全線分二個風速區，分別為37 m/s和33 m/s（基準高度20 m），根據海拔高度不同設計冰厚值分別取為10 mm，15 mm，20 mm。線路大部分按同塔雙回路建設，高山段按二個單回路，局部路徑按同塔三回路建設。

根據規劃，寧海電廠三期將再建設2×1 000 MW機組，同時再建設一回線路，將全部6 400 MW機組通過三回線路送出。按廠用電6%、功率因數0.9考慮，每回線路正常情況下的輸送容量為2 223 MVA，同時應滿足極限輸送3 340 MVA的要求，設計階段以此為依據選擇導線。

在導線選型中應用全壽命設計理念對幾種成熟導線進行了分析比較，得出了技術性能和全壽命周期效益最佳的選型結果。

1 全壽命周期成本理論及導線比較模型

1.1 全壽命周期成本理論

建設工程項目全壽命周期成本 （Life Cycle Cost，LCC）管理是現代管理理論——系統論、控制論和信息論與建設項目相結合的產物。其基本思想是，在滿足可靠性要求的基礎上，使項目的初期設想到項目拆除的整個全壽命周期內擁有成本為最低的全過程管理。

上個世紀50年代美國國防部門首先提出了全壽命周期成本的概念，70年代全壽命周期成本分析（LCC）方法逐漸在歐洲、日本等工業國家得到應用，國際電工委員會（IEC）發布了壽命周期的相關標準。我國也于同期開展了壽命周期費用的研究，并成立了壽命周期費用委員會。在此后的時間里，世界各行業都逐步引入了全壽命周期成本分析的理念和方法，并將研究范圍拓展到全壽命周期各階段、方面和環節的管理當中。

全壽命周期成本管理將一般工程建設成本的外延擴大，要求人們從工程項目全壽命周期（包括建設前期、建設期、使用期、改造翻新期與拆除期等階段）出發去考慮成本問題，它覆蓋工程項目的整個壽命周期。全壽命周期成本（LCC）包括社會成本（S）、建設成本（C）和使用成本（M），即：

式中：S指在項目全壽命過程中，對環境資源的占用及產生影響的程度，其中環境是一個廣義的環境，包括大氣環境、聲環境、水環境、生態環境以及人文環境等；C指從項目決策到項目竣工驗收投入使用整個過程中所投入全部費用的總和，也就是通常所說的建設工程總造價；M指項目交付使用后，在使用壽命周期中，實現使用價值全過程所消耗的成本，主要包括維修成本、能耗成本、污染物排放成本及拆除成本等。

1.2 導線簡化比較模型

在參與比選的導線結構較類似的情況下，有些全壽命組成成本差別很小。針對這個特點，可以建立一個簡化的導線全壽命比較模型。在建立比較模型時主要考慮建設成本（C）、能耗成本（N）、維修成本（W）、資金成本等幾個因素。其它如社會成本、污染物排放成本及拆除成本基本一致，不作為導線比較因素。

比較的方法是輸電線其余部分相同的情況下，比較不同導線從開始建設至壽命結束時間段內的全壽命成本（L），以全壽命段費用最小的導線為最優。

式中：η為銀行利率；Ln為第n年年末的壽命成本；C為初始建設成本；N為年能耗成本；W為年維修成本。

根據近期有關輸電線路全壽命周期設計研究的初步結論，500 kV線路的使用年限按50年考慮，一般導線的使用壽命也可按50年考慮。

2 導線選擇

2.1 導線截面及分裂導線根數

500 kV線路采用的分裂導線根數有2根、3根、4根、6根及8根等幾種，通常是綜合權衡了制造、施工及運行等方面的具體情況而定。

按滿足每回線路正常情況下輸送容量為2 223 MVA，極限輸送3 340 MVA的要求，滿足條件的有3×800 mm2，4 630 mm2，6×400 mm2等幾種型式可供選擇。

從設計及運行來看，增加分裂導線根數（如6 ×400 mm2）對線路的電氣參數等方面有較多的改善；而減少分裂導線根數（如3×800 mm2）對導線的弧垂及鐵塔的外荷載等方面要求均有所減小，可取得一定的經濟性。經以往大量的論證分析和工程實踐，我國絕大部分500 kV線路采用4分裂導線，僅在大跨越段有極個別情況采用3分裂或雙分裂等線。

因此工程中采用了4×630 mm2分裂導線，分裂間距500 mm，該類導線已有成熟的施工和運行經驗。

2.2 導線結構型式確定

對于630 mm2規格的導線，常規型號有LGJ-630/45，LGJ-630/55等，目前國內常用的是LGJ-630/45型導線，其鋁鋼截面比14.47。相關技術參數顯示，LGJ-630/55相比LGJ-630/45，單位重量、使用張力、水平荷載等參數要大一些，而直流電阻、弧垂等要小些，同時LGJ-630/ 55抗冰過載能力比LGJ-630/45要大。

經綜合比較LGJ-630/55的全壽命周期成本上要略大于LGJ-630/45，但線路抗冰能力略高，因此可以考慮在中冰區線路中使用。

3 鋁包鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁絞線技術經濟比較

鋁包鋼芯鋁絞線在國外有較長的使用歷史，我國近年來也具備了規模生產能力，產品已廣泛應用于華東、華北等地區的 110 kV，220 kV，500 kV線路和大跨越工程。若與相同結構的普通鋼芯鋁絞線等長等價的原則供貨，則抗腐性能好、能耗低的JL/LB20A-630/45會帶來不小的經濟效益。以常用的LGJ-630/45鋼芯鋁絞線與JL/LB20A-630/45鋁包鋼芯鋁絞線為例，對二者進行技術性能及全壽命周期經濟比較。

3.1 二種導線的技術性能比較

普通鋼芯鋁絞線的內層鋁單絲與鍍鋅鋼絲直接接觸，在外界水汽和污染物浸漬下二種具有不同電勢的金屬之間產生電位腐蝕，會加速鋼芯的老化。而鋁包鋼芯鋁絞線的鋼絲上被鋁層包裹而不與鋁股接觸，避免了電腐蝕，進一步提高了抗腐能力，延長導線使用壽命。

鋁包鋼芯比鍍鋅鋼芯、稀土鋅鋁合金鍍層鋼芯和鍍鋁鋅鋼芯的耐鹽霧腐蝕能力分別提高11倍、5.5倍和2.1倍，可見采用鋁包鋼芯對延長導線使用壽命有顯著效果。但三層鋁絞線結構的大截面導線，由于鋁絞線的溫升效應對鋼芯起到明顯的保護作用，從而達到防腐的效果，二者相比差異并不明顯。

LGJ-630/45與JL/LB20A-630/45主要技術參數比較如表1所示。通過表1數據的對比可以得出以下結論：

（1）同條件下JL/LB20A-630/45的抗冰過載能力與LGJ-630/45相當。

（2）二種導線的水平荷載相同。

（3）二種導線最大使用張力相差不大，JL/LB 20A-630/45約高1.9%。但由于單位自重約輕2.5%，弧垂性能（T/W）約高4.6%，弧垂也相應減少4%。

表1 LGJ-630/45與JL/LB20A-630/45主要技術參數

（4）JL/LB20A-630/45的直流電阻要比LGJ-630/45小2.3%左右。

由于對能耗產生影響的主要是交流電阻，因此需要對二種導線的交流電阻進行研究和計算。

二種導線結構基本相似，但由于鋁包鋼芯鋁絞線增加的鋁截面都處于導線芯部位置，因此考慮電流的集膚效應及鋼芯損耗后，盡管 JL/ LB20A-630/45直流電阻比LGJ-630/45小2.3%左右，但交流電阻的減小幅度應該與直流電阻有所不同。上海電纜研究所對上述二種導線的結構進行模擬計算后，得出了二種導線的不同工作溫度下的交流電阻及載流量，如表2所示。

表2 二種導線的交流電阻及載流量

表2中，工作溫度60℃時的載流量與線路每回2 223 MVA輸送容量相近，可以得出此時JL/ LB20A-630/45的交流電阻值（0.0543Ω）比LGJ-630/45交流電阻值（0.0554Ω）小2.03%，應能產生2.03%的節能效果。

3.2 二種導線的全壽命周期經濟比較

（1）由于JL/LB20A-630/45比LGJ-630/45弧垂相應減少4%，因此部分塔高可以適當降低。以典型航測斷面推斷，估計可節約塔材0.7%，按雙回路指標可節約塔材1.12 t/km，考慮運輸安裝后可節省約1.08萬元/km。

（2）經向有關廠家詢價，LGJ-630/45價格為2.2萬元/t，JL/LB20A-630/45價格為2.27萬元/ t，由于JL/LB20A-630/45比LGJ-630/45要輕，鋁包鋼芯鋁絞線較鋼芯鋁絞線按雙回路增加0.58萬元/km，雙回路96 km線路增加56萬元。

因此采用JL/LB20A-630/45鋁包鋼芯鋁絞線比LGJ-630/45鋼芯鋁絞線從基建投資上可節約0.5萬元/km，全線96 km可節約48萬元。

若按每回正常輸送容量2 223 MVA，年最大負荷運行時間5 000 h，對應損耗小時數為3 200 h，上網電價0.35元/kWh電價推算，96 km線路導線采用JL/LB20A-630/45較LGJ-630/45，每年可以減少電阻損耗約343萬kWh，減少電能損失119.3萬元。折合1.24萬元/（km·年）。

基于上述導線全壽命比較模型計算得出二種導線在各壽命的壽命成本如表3所示。

通過上述比較可見，采用JL/LB20A-630/45導線后，線路全壽命周期中總計可節約33 400萬元，優勢相當明顯。且施工運行經驗及生產工藝均已成熟，同時線路全壽命周期中可節約電能1.37億kWh，在我國目前資源緊張，大力提倡節能減排的形勢下，具有相當的社會效益。

4 結論

（1）鋼芯鋁絞線型式中LGJ-630/55的全壽命周期成本上要略大于LGJ-630/45，但對線路抗冰能力提高有一定的好處。

（2）通過以LGJ-630/45，JL/LB20A-630/45為例的鋁包鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁絞線全壽命成本對比，鋁包鋼芯鋁絞線優勢明顯。同時線路節能減排效益也相當明顯。

（3）綜合考慮線路全壽命周期成本及適當提高抗冰過載能力，線路在低山輕冰區段采用JL/ LB20A-630/45鋁包鋼芯鋁絞線，在中冰區采用JL/LB20A-630/55鋁包鋼芯鋁絞線。

表3 鋁包鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁絞線全壽命成本對比表

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2004.

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[3]邵長利，喬光林.±500 kV直流輸電線路絕緣設計方案全壽命費用決策[J].吉林電力，2006（4）∶5-7.

[4]趙全江，謝幫華，徐維毅.750 kV同塔雙回線路導線選擇研究[J].電力建設，2007（2）∶11-15.

（本文編輯：楊 勇）

Application of Life Cycle Theory to Conductor Selection of Ninghai-Cangyan Transmission Line

BIAN Rong1，2
（1.Zhejiang Electric Power Corporation,Hangzhou 310007，China；2.Schoolof Electricaland Electronic Engineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China）

Conductor selection is important in transimission line design.This paper mainly performs the comparison and analysis of conductor selection of Ning Hai-Cang Yan 500 kV transmission line，builds a simplified cost comparison model of conductor based on life cycle theory.The result of the life cycle cost comparison between normal ACSR and aluminum-clad ACSR reveals that the latter is superior in life cycle cost and energy conservation.

transmission line；conductor；life cycle；analysis

TM751

B

1007-1881（2010）09-0011-04

2010-04-21

卞 榮（1970-），男，浙江諸暨人，高級工程師，從事輸電線路設計工作。