高壓導線選型研究

敖麗華

【摘 要】導線是架空輸電線路的最基本組成元件之一，架線工程投資占工程本體投資30%左右，其對整條架空輸電線路的桿塔、基礎、絕緣子和金具強度、經濟技術指標等起著決定性影響。

為將更多的新技術、新材料、新工藝應用到電網建設中，在導線的選型過程中，從電能損耗和載流量、弧垂、過載能力、桿塔荷載、電磁影響等方面。本專題主要有以下研究結論：（1）通過載流量的計算，系統極限輸送容量時，采用鋼芯鋁合金絞線（JLHA2/G1A-300/20和JLHA2/G1A-300/50）導線溫度達到72℃，其余選擇導線溫度均小于70℃。（2）通過表面電場、無線電干擾、可聽噪聲分析，上述導線均不受影響。本專題還對地線選型進行了研究，根據本線路兩端母線單相短路電流相差較大的特點，經過短路電流分布計算，結合本線路冰區劃分和桿塔設計，對地線進行分段選擇。

【關鍵詞】原則；參數；選擇

一、導線選擇的主要原則

導線的選擇是高壓輸電技術的重要課題，它對線路的輸送容量、傳輸性能、環境問題（靜電感應、電暈、無線電干擾、噪聲等）對輸電線路的技術經濟指標都有很大的影響，因此，導線選擇對是現社會高壓輸電線路技術難關和降低造價有著十分深遠的意義。

根據高壓輸電線路的特點，導線選擇時，在電氣特性、機械性能、經濟性等方面需綜合考慮以下因素：

· 導線的允許溫升

· 對環境的影響：包括無線電干擾、電暈噪聲等

· 經濟電流密度

· 電暈臨界電壓

· 必要的機械強度

· 年費用

· 其它方面（如導線的電暈損失、對桿塔重量及絕緣子金具的影響及制造、施工條件等）

導線標準

根據《圓線同心絞架空導線》（GB/T 1179-2008）以及國網頒發的《鋼芯高導電率鋁絞線》（Q/GDW 632-2011）、《鋁合金芯高導鋁絞線》（報批稿）和《中強度鋁合金絞線》（報批稿）等技術標準選擇導線型號。

· 通過經濟電流密度的計算，初步確定導線總截面。

· 計算各備選導線方案（分裂間距及分裂半徑、子導線根數和直徑）地面電場強度、無線電干擾、可聽噪聲，并進行電磁環境影響的研究。

· 計算各備選導線方案電暈與電阻損失，采用年費用最小法進行綜合經濟比較。

· 對各備選導線方案綜合技術經濟特性進行比較。

二、導線選擇的主要參數

（一）導線電流密度

在一般輸電線路設計中，各國均根據不同時期的導線及鋼材、水泥等材料價格、電能成本及線路工程特點等因素，通過分析計算，提出一個最為經濟的導線單位截面的輸送電流，稱之為經濟電流密度。對于經濟電流密度，由于各國、各時期的情況各不相同，所取的數值也大不相同。

雖然上述經濟電流密度已經不能用于決定最優導線截面，但其實際的經濟電流密度應該在其附近，因此作為導線截面的初步選取的參考仍然可以，本研究報告中取1.15A/mm2電流密度作為導線初選的參考值。

（二）導線最高允許溫度

導線最高允許溫度是控制導線載流量的主要依據，導線允許最高溫度主要由導線經過長期運行后的強度損失和連接金具的發熱而定，當工作溫度越高，運行時間越長，則導線的強度損失越大，但根據國外一些研究數據，從導線耐熱的角度考慮，鋼芯鋁絞線可采用150℃，主要應考慮導線接頭的氧化和連接金具的發熱情況。

我國根據以往線路的運行經驗，在《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545-2010）中規定，驗算導線允許載流量時鋼芯鋁絞線和鋼芯鋁合金絞線的允許溫度采用+70℃，必要時可采用+80℃。

環境氣溫應采用歷年最高氣溫月的最高平均氣溫，并考慮太陽輻射的影響。太陽輻射功率密度應采用0.1W/cm2，相應風速為0.5m/s。

（三）無線電干擾

輸電線路的無線電干擾主要是由導線、絕緣子或線路金具等的電暈放電產生，電暈形成的電流脈沖注入導線，并沿導線向注入點兩邊流動。從而在導線周圍產生磁場，即無線電干擾場。

三、導線選擇

（一）導線型號

在進行導線型號的選取時，首先應立腳于國內也有成熟制造經驗的導線型式，所以我們主要根據我國的導線制造標準，參考國內輸電線路常用的導線型號，對導線型式進行選擇，對標準中沒有的導線型式，我們參考了國際上常用的導線標準（主要是美國標準），我們初步選定如下幾種導線型號作為本次投標階段導線比較的型式。

（二）導線分裂根數

根據上述國內外220kV線路的導線實際采用情況，目前已經建成的220kV線路采用單、二、四分裂方式，為解決電暈問題，一般都需要增加分裂導線根數和導線截面，所以我們以二分裂為基礎選擇分裂方式，按照上述總截面的要求，組成了如下四種導線分裂型式進行電氣和機械性能的計算。

（三）導線分裂間距

導線分裂間距的選取要考慮分裂導線的次檔距振蕩和電氣兩個方面的特性，次檔距振蕩是由迎風側子導線的尾流所誘發的背風側子導線的不穩定振動現象，一般認為分裂導線間保持足夠的距離就可以避免出現次檔距振蕩現象，根據國外一些研究成果認為當分裂間距與子導線直徑之比S/d>16-18時，就可以避免出現次檔距振蕩；從電氣方面看，有一個最佳分裂間距，在此分裂間距時，導線的表面最大值電場強度最小。

（四）導線電氣性能計算：導線電流密度、長期允許載流量的校驗、導線表面電場強度計算、導線無線電干擾計算、導線可聽噪聲計算

導線電氣性能的計算主要包括導線電流密度、過負荷溫度、傳輸功率及功率損耗，探討分析表面電場強度、電暈損耗、無線電干擾、電暈可聽噪聲及地面標稱場強等內容。

根據招標文件以及當地氣象統計資料，計算導線載流量的環境溫度取35℃。日照強度1000w/m2，風速0.5m/s，導線表面輻射、吸熱系數均取0.9，根據《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545-2010）條文說明5.0.6公式計算。

導線表面電場強度是導線選擇的最基本條件，導線表面電場強度過高將會引起導線全面電暈，不但電暈損耗急劇增加，而且會帶來其他很多問題，所以在特高壓線路設計中必須限制導線表面電場強度，對于導線表明電場強度一般按照導線表面最大電場強度和導線臨界電場強度的比值來控制。

經分析，可聽噪聲大小與導線對地高度和排列方式有直接關系，對地高度越高，可聽噪聲越小；同時導線外徑越小，可聽噪聲越大。上述選擇的導線方案，邊導線20m處可聽噪聲最大27.5dB，滿足規范要求，不影響導線選擇

（五）導線經濟性比較

根據《電力系統設計手冊》，線路最大負荷利用小時數與損耗小時數τ的關系。當最大負荷利用小時數為4500h時，損耗小時為2700h。

交流電阻計算采用先假設導線溫度，通過集膚效應計算出假定的交流電阻，在校核該溫度下導線通過的電流，反復迭代至負荷電流和校核電流相等或接近。

單回交流輸電線路的電阻熱損失為：

WQ——功率熱損耗（MW/km）；

N——分裂根數；

I——單回路每根導線的額定工作電流（A）；

re——導線的交流電阻（Ω/km）。

高壓線路架線工程投資一般要占工程本體投資的較大比例，再加上導線方案變化引起的桿塔和基礎工程量的變化，其對整個工程的造價影響是極其巨大的，直接關系到整個線路工程的建設費用以及建成后的技術特性和運行成本，所以在整個輸電線路的技術經濟比較中，應該對導線的截面和分裂型式進行充分的技術經濟比較，推薦出滿足技術要求而且經濟合理的導線截面和分裂型式。

【參考文獻】

[1]《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》（GB 50545-2010）

[2]《電力系統設計手冊》