±800 kV特高壓直流線路黃河大跨越導線選型

陳　鵬 ，韓延峰 ，何桂明 ，吳允良，王彥婷

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東　濟南　250013；2.國網山東省電力公司，山東　濟南　250001；

3.國網山東省電力公司臨沂供電公司，山東　臨沂　276003；4.國網山東省電力公司濱州供電公司，山東　濱州　256610）

0　引言

為優化能源結構，我國將實施 “西電東送”山西—江蘇±800 kV特高壓直流輸電工程。該工程在河南省臺前縣跨越黃河，采用“耐-直-直-耐”的跨越方式，主跨檔距1 037 m，跨越塔有效呼高110 m。大跨越導線選型是大跨越設計的關鍵技術之一，導線的特性決定了跨越塔的高度和運行張力，對輸電線路的電磁環境特性也具有顯著影響。因此合理選擇導線型號對線路運行安全、確保滿足環保要求、降低工程造價具有十分重要意義。

1　大跨越導線選型原則

根據±800 kV特高壓線路工程設計條件和跨越條件，參考我國超高壓線路大跨越的有關設計規定，結合國內外大跨越工程、特高壓線路的設計、運行經驗，導線選型主要按以下原則考慮[1]。

載流量。大跨越導線的選型應使導線截面滿足載流量要求，避免大跨越線路成為全線路輸送容量的瓶頸。

弧垂特性。為了盡可能降低跨越塔塔高，節約總體投資，便于施工運行維護，須考慮采用抗拉強度較大，自重較輕的導線，通常以導線拉斷力與單位長度重量之比（T／W）來表征導線的弧垂特性。

年平均運行應力。《架空送電線路大跨越設計技術規定（試行）》指出：“導線和避雷線平均運行應力的上限，應根據防振措施確定。懸掛點的平均運行應力不宜超過抗拉強度的25%，或按運行經驗確定。”根據大跨越設計和運行經驗，特強鋼芯鋁合金線的平均運行應力可取為其破壞應力的20%。

電磁環境指標。大跨越線路導線在使用中，必須限制導線表面電場強度，并要滿足有關電磁環境影響方面的要求。

制造條件。導線材料性能、絞制結構、單盤不接頭長度和重量等既要滿足本工程的需要，又要照顧到目前生產廠家可能達到的制造水平。

其他因素。大跨越導線方案選擇還需考慮金具的影響，對桿塔荷載的影響，以及電能損耗、施工、運行等。具有良好的綜合特性，能較大幅度地降低工程造價。

導線型式初步選擇。大跨越工程由于檔距大，不能采用普通鋼芯鋁絞線，我國在20世紀60年代前后，高壓送電線路在跨越大檔距的江河中，受當時條件限制，大跨越多采用加強型鋼芯鋁絞線或鍍鋅鋼絞線，隨著500 kV送電線路的發展，大跨越線路開始采用高強 （或特強）鋼芯鋁合金絞線和鋁包鋼絞線。針對工程的具體情況，可采用特強鋼芯高強鋁合金絞線系列進行技術經濟比較[2]。

2　導線性能比較

2.1　導線電氣性能比較

對幾種可行的特強鋼芯高強度鋁合金導線進行載流量計算[3]，如表1所示，環境溫度取35℃，導線最高允許溫度取90℃。

表1　參選導線的允許載流量

由表1可知，所選導線載流量在環境溫度取35℃時均滿足額定輸送容量要求。

對比選導線的地面合成場強、無線電干擾及可聽噪聲進行計算[4-5]，如表2所示。

表2　參選導線的電磁環境計算

由表2可知，所選導線晴天電場均滿足25 kV／m、無線電干擾 58 dB（μV／m）及可聽噪聲 45 dB（A）的限值要求，電磁環境不是導線選型的控制因素。

2.2　導線機械性能比較

對各種導線方案，進行最大使用應力、年平均運行應力、最大弧垂、垂直水平荷載情況以及所需絕緣子串強度等計算，各導線方案的機械特性和荷載情況列于表3。表3可知，從對塔高的影響看，JLHA1／G4A-640／290、JLHA1／G4A-900／320 導線方案的塔高最小，4×JLHA3／G4A-900／240 導線方案塔高最高，4×JLHA1／G4A-1 000／125 及 4×JLHA1 ／G4A-1 000／125次之，其余導線方案塔高相差不大。從水平、垂直荷載看，6分裂導線方案的水平荷載明顯大于 4 分裂導線方案，6×JLHA1／G4A-640／290 導線方案荷載最大，4×JLHA1／G4A-1 000／125 導線方案荷載最小。 從縱向張力看，6×JLHA1／G4A-640／290 導線方案張力最大，4×JLHA1／G4A-1 000／125 導線方案張力最小。以上導線力學特性均由平均氣溫條件控制，覆冰工況下導線安全系數均大于2.5，驗算冰工況張力小于拉斷力的60%。綜合來看，4×JLHA1／G4A-1 000／170的水平、垂直荷載具有優勢，同時張力也較小，其次為 4×JLHA1／G4A-900／240 導線，6×JLHA1／G4A-640／290的荷載及張力最大。從結構上看，4分裂金具、絕緣子、跳線等較6分裂要簡單，可靠性也要高。

2.3　綜合經濟性分析比較

對比選導線的經濟性進行計算，如表4所示。

導線本體造價、能耗等數據，參與比選的各導線組合的年費用見表4，其中工程本體造價為估算值。通過對各導線方案年費用比較，得出以下結論。

表3　參選導線的機械特性比較

表4　比選導線的年費用比較

1）因6分裂導線荷載明顯大于4分裂，6分裂導線方案的初期投資大于4分裂導線，其中6×JLHA1／G4A-640／290 初期投資最高，6×JLHA1／G4A-640／190 次之，4×JLHA1／G4A-1000／125、4×JLHA1／G4A-1000／170 及 4×JLHA1／G4A-900／240 初期投資較小 ；4×JLHA1／G4A-1000／260、4×JLHA1／G4A-900／320 以及 4×JLHA3／G4A-900／240 初期投資居中。

2）從與一般線路匹配情況來看，6×640及 4×1 000截面的導線方案優于4×900截面的導線方案。

3）本工程主跨檔距為1 037 m，主跨塔呼高僅100 m左右，各導線方案引起的主跨塔呼高變化并不明顯；而錨塔地處黃河河灘，基礎費用所占比重較大，JLHA1／G4A-1 000／125 與 JLHA1／G4A-1000／170張力較小，在所選的導線方案中初期投資較小，而這兩種導線截面大、損耗低，綜合起來其年費用最低。

4）與 JLHA1／G4A-900／240 相比，JLHA1／G4A-1000／125 與 JLHA1／G4A-1000／170 年費用稍占優勢，但優勢不明顯。

5）與 JLHA1／G4A-900／240 相比，JLHA3／G4A-900／240在電能損耗方面具有優勢，但因初期投資較大，其能耗的優勢不能完全體現。

6）JLHA1／G4A-1000／125 與JLHA1／G4A-1000／170方案雖然年費用稍低，但無成熟及定型的產品，導線需要新研制。

7）JLHA1／G4A-900／240 已成功應用于哈鄭線黃河大跨越、溪浙線贛江大跨越等工程中，無需重新研制。

綜合而言，本工程主跨檔距僅1 037 m、主跨塔呼高僅為100 m左右，大跨越耐張段位于黃河河灘，錨塔基礎費用占本體費用比重較大，JLHA1／G4A-1000／125與JLHA1／G4A-1000／170的年費用最低，比JLHA1／G4A-900／240方案稍占優勢，但優勢并不明顯。

對已建的哈鄭線黃河大跨越、溪浙線贛江大跨越，在建的靈紹線長江大跨越，以及與本工程同期開展的錫盟—江蘇黃河大跨越、上海廟—山東黃河大跨越導線選型情況進行了對比分析，如表5所示。

表5　近期已建及擬建特高壓直流線路大跨越

靈紹線長江大跨越主跨檔距長達2 269 m，主跨塔高達275 m，四基塔均位于長江大堤之外，地質條件較好，因此盡可能降低跨越塔塔高，節約總體投資，便于施工運行維護，因此靈紹線大跨越采用6×JLHA1／G4A-640／290 導線方案。

與靈紹線大跨越相比，溪浙線贛江大跨越和哈鄭線黃河大跨越的主跨檔距及主跨塔呼高稍小，綜合考慮主跨塔呼高及錨塔縱向荷載，應選擇導線張力稍小，導線截面稍大，并盡量減小分裂根數，減小鐵塔荷載，因此采用 4×JLHA1／G4A-900／240 導線方案。

JLHA1／G4A-900／240多次用于近期的特高壓直流特高壓大跨越中，目前已有成熟的制造工藝，也積累了一定的運行經驗，與本工程同期開展設計的上海廟—山東、錫盟—江蘇線路推薦采用JLHA1／G4A-900／240。

4　結語

結合工程跨越、塔高、氣象條件、地質條件等工程特點，通過對參選導線的載流量、電磁環境和機械性能進行分析比較，推薦綜合經濟性能較優，工程初始投資增加不多且不用新研制的4×JLHA1／G4A-900／240導線方案。

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