±500kV柔性直流輸電線路金屬回流線選型研究

中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司 李締華 葉世順 徐 鵬

±500kV柔性直流輸電線路金屬回流線選型研究

中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司 李締華 葉世順 徐 鵬

±500kV柔性直流輸電線路的金屬回流線全線與直流線路同塔架設，直接影響工程總體造價。本文對多種導線在電氣性能、機械性能及工程造價方面進行了分析比選，并從中推薦出合適的導線型號，在滿足工程要求的同時節省工程造價。

柔性直流；金屬回流線；選型

1.引言

金屬回流線是由一個換流站引接至另一個換流站，且全線與直流線路同塔架設，鐵塔呼高是由金屬回流線的對地距離及交叉跨越距離控制，因此金屬回流線的選型對于工程本體造價影響較大。

2.計算條件

這里我們根據某直流500kV線路的實際工程的情況，極導線型號采用4×JL/G2A-720/50鋼芯鋁絞線，系統雙極最大輸送功率為3000MW，額定電流為3000A，短時過負荷電流(1分鐘)為4500A，設計風速29m/s，設計覆冰10mm。

3.回流線組合方案

按照文獻[1]，金屬回流線導線截面選擇按允許載流量選擇，不需考慮經濟電流密度。金屬回流線路工作電壓低，不需考慮地面電場強度、離子流密度等電磁場效應，不需考慮電暈損耗、無線電干擾、可聽噪聲等電暈效應等。因此導線宜選擇總截面較小、分裂根數少、便于布置、可靠性高的組合方式。為簡化鐵塔受力，回流線分為兩組布置在鐵塔的兩側，本文也僅考慮子導線為雙數的情況。

參選金屬回流線導線組合如表1所示：

表1 參選回流線導線方案

4.電氣性能比較

載流量比較：當環境溫度為35℃時，回流線導線的載流量按下式計算：

式中WR為導線輻射散熱功率(W/m)，WF為導線對流散熱功率(W/m)，WS為導線日照吸熱功率(W/m)，RZ為導線直流電阻(Ω/m)，風速取0.5m/s，太陽輻射功率取0.1W/cm2，導線表面輻射散熱系數取0.9，導線表面吸熱系數取0.9。

表2 回流線導線載流量計算結果

驗算導線允許載流量時驗算鋼芯鋁絞線時的長期允許使用溫度采用+70℃，短時過負荷采用80℃。鋼芯耐熱鋁合金絞線的長期允許使用溫度取130℃，碳纖維復合芯導線的長期允許使用溫度為120℃，耐熱鋁合金導線按180℃，碳纖維導線按200℃效驗短時過負荷。

由表2可知，參選導線組合均能滿足正常輸送容量和短時過負荷要求。

5.機械性能比較

導線對桿塔荷載的影響及覆冰過載能力計算如表3所示。

表3 參選導線荷載比較表

從表4可看出：2×2×JL/G2A-720/50導線荷載最大，約為其他參選導線的1.5-1.7倍，2×1導線組合因分裂數小，負荷也相對較小；JLRX/F1A-720/65碳纖維導線覆冰過載能力相對較強，JNRLH60/G1A-400/35覆冰過載能力最小。

6.工程造價分析

(1)導線費用比較：根據2017年第一季度國家電網公司《電網工程設備材料信息價》鋼芯鋁絞線價格JL/G2A-720/50取1.57萬元/t；根據廠家詢價：JNRLH60/G1A-400/35、JNRLH60/G1A-800/55耐熱鋁合金導線1.82萬元/t；碳纖維芯導線JLRX/F1A-400/35、JLRX/F1A-720/65價格分別取3.146萬元/t、3.17萬元/t、2.49萬元/t、2.43萬元/t。

(2)鐵塔費用比較：鐵塔鋼材單價取0.6萬元/t，考慮運輸安裝時鐵塔鋼材綜合費用取1.0萬元/t，根據測算直線塔水平荷載增加10%，塔重增加約5%，縱向荷載不影響，垂直荷載增加10%，塔重增加約0.75%；耐張塔水平荷載增加10%，塔重增加約5%，縱向荷載增加10%，塔重增加約5.8%，垂直荷載增加10%，塔重增加約0.65%。參考可研結論，本工程耐張塔比例17%。

(3)基礎費用比較：基礎混凝土單價取0.2(萬元/m3)，考慮施工運輸時基礎混凝土綜合費用取0.3(萬元/m3)。

綜合以上可得工程投資比較如表4所示：

表4 導線組合方案工程投資比較表

由表4可知，2×2×JL/G2A-720/50導線因導線費用高、截面積大、桿塔受力大，本體造價最高；2×1×JNRLH60/G1A-800/55、2×1×JLRX/F1A-720/65導線桿塔受力較小，導線費用低，本體造價較優。

7.分析和結論

本文選擇了5種導線組合，比較結論如下。

1)參選導線在長期允許運行溫度下，均滿足系統額定輸送電流要求。

2)2×2×JL/G2A-720/50導線荷載最大，2×1導線組合因分裂數小；JLRX/F1A-720/65碳纖維導線覆冰過載能力相對較強，JNRLH60/G1A-400/35覆冰過載能力最小。

3)2×2×JL/G2A-720/50導線費用高、截面積大、桿塔受力大，本體造價最高；2×1×JNRLH60/G1A-800/55、2×1×JLRX/F1A-720/65導線桿塔受力較小，導線費用低，本體造價較優。

綜合考慮電氣性能、機械性能及工程造價，且考慮到大截面碳纖維導線施工工藝復雜，本工程推薦采用2×1×JNRLH60/G1A-800/55耐熱鋁合金導線。

[1]DL/T 5224－2014高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規定,國家能源局.

[2]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊(第二版)[M].中國電力出版社,2002.

李締華（1985—），男，漢，湖南長沙人，工學碩士，工程師，從事高壓線路設計。