220kV输电线路节能导线设计方法

220kV输电线路节能导线设计方法

欧阳丽

（中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司）

1、概述

导线的选择是输电线路的重要课题，它对线路的输送容量、传输性能、环境问题对输电线路的技术经济指标都有很大的影响，因此，导线选择对攻克超高压输电线路技术难关和降低造价有着十分深远的意义。

220kV线路工程架线工程投资一般要占工程本体投资的较大比例，再加上导线方案变化引起的杆塔和基础工程量的变化，其对整个工程的造价影响是极其巨大的，直接关系到整个线路工程的建设费用以及建成后的技术特性和运行成本，所以在整个输电线路的技术经济比较中，应该对导线的截面和型式进行充分的技术经济比较，推荐出满足技术要求而且经济合理的导线截面和型式。

2、导线截面与型号的选择

2.1、导线截面初步选择

在一般的输电线路设计中，各国均根据各个时期的导线价格、电能成本及线路工程特点等因素分析确定，提出了一个最为经济的导线单位截面的输送电流，称之为经济电流密度，对于经济电流密度，由于各国的情况各不相同，所取的数值也大不相同，我国规定的经济电流密度见下表。

虽然经济电流密度已经不能用于决定最优导线截面，但其实际的经济电流密度应该在其附近，因此经济电流密度仍然可以作为导线截面初步选取的参考，

3、导线电气性能比较

3.1、载流量的比较

根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545—2010），在系统最大输送容量下，导线的允许温度应按以下规定取值：钢芯铝绞线宜采用70℃，必要时可采用80℃。根据系统条件，系统正常时单回线最大负荷305MVA，此时每相通过的电流为800A；在事故时极限负荷达到575MVA，此时每相通过的电流为1434A。对初步选定的各种导线方案在最大输送容量下导线的载流量见表3.1-1。

从上表可看出，当导线允许温度从70℃上升至80℃，导线载流量提高约16%。铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220、JL1X/LHA1-270/230载流量增加最为明显,增加约9.5%,10.7%，其他节能导线比普通导线的极限输送功率增加0.7~6%。

3.2交流电阻损失比较

在计算时选取利用小时数为4000小时（对应的损耗小时数为2200小时）、在N-1极限事故负荷575MW、正常负荷305MW和轻载150MW输送容量下，铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220、JL1X/LHA1-270/230导线由于铝截面略大于其他导线，其电阻损耗较JL/G1A-400/35小17、18%；其他节能导线的电阻损耗较普通钢芯铝绞线减小2%-11%，且随着线路输送容量的增加节能效益更明显。

4、导线机械性能比较

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。导线弧垂特性的优劣决定线路铁塔数量、呼高等的使用，从而影响到工程技术经济指标。以JL/G1A-400/35为基准，JL/G1A-400/35导线是参比导线中弧垂最大的，其他导线弧垂特性均比较优异；JL3/G1A-400/50导线基本与JL/G1A-400/50一致；JL3/G1A-400/50-X导线由于外径较小，抗冰能力较强，在5mm覆冰时比JL/G1A-400/50导线稍大，10mm以上时，弧垂明显比其他导线小，且随着覆冰厚度增加，弧垂特性优势越来越明显。JL1/LHA1-220/230与JLHA3-450导线弧垂趋势基本一致，在5mm冰区，较JL/G1A-400/50导线有一定的优势，10mm冰区及其以上时，弧垂并无优势，且覆冰厚度增加时，弧垂增加较快。JL1X/LHA1-270/230导线由于导线较重，弧垂较大，仅次于JL/G1A-400/35导线，但随着覆冰厚度增加，弧垂增加较慢，弧垂优势逐渐显现。

JL3/G1A-400/50-X导线由于外径较小，抗冰能力较强，10mm以上时，弧垂明显比其他导线小，且随着覆冰厚度增加，弧垂特性优势越来越明显。建议在覆冰较重的地区适用。

5、导线全寿命周期的年费用比较

综合考虑工程建设投资以及每年的运行费用和损耗费用，进行全寿命周期费用计算，边界条件选取如下：

1.经济使用年限为30年，施工期按两年计，前一年投资为60％，后一年投资为40％；

2.设备运行维护费率1.4%；

3.电网的上网电价按0.3元/kw•h、0.40元/kw•h、0.5元/kw•h、0.6元/kw•h；

4.电力工程回收率按工程投资的8%计列。

经济使用年限30年，节能导线全寿命周期费用（Tmax=4000h）

6、结论

在考虑线路电流经济密度、导线机械特性、导线经济性等条件下，对12种不同导线截面积的组合比选研究，完成了导线选型研究工作。具体建议如下：

1）、所选导线均满足载流量及输送容量的要求，且所选导线比钢芯铝绞线JL/G1A-400/35在载流量及输送容量方面均有不同程度的提高。铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220与JL1X/LHA1-270/230载流量增加最为明显,增加约9.5%,10.7%，其他节能导线比普通导线的极限输送功率增加0.7~6%。

2）、在电阻损失方面，铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220、JL1X/LHA1-270/230导线由于铝截面略大于其他导线，其电阻损耗较JL/G1A-400/35小17、18%；其他节能导线的电阻损耗较普通钢芯铝绞线减小2%-11%，且随着线路输送容量的增加节能效益更明显。

3）、覆冰过载方面，所选导线覆冰过载能力均比钢芯铝绞线JL/G1A-400/35优异，JL3/G1A-400/50-X导线明显过载能力最强，JL/G1A-400/35导线明显过载能力最弱，在相同截面导线中（与400/50导线相当），JL1/LHA1-220/230、JL1X/LHA1-270/230、JLHA3-450导线过载能力较差，而且随着代表档距的增加过载能力下降较快。但对于本次设计方案，均能满足设计要求。

4）、悬挂点应力方面，所选导线允许高差均比钢芯铝绞线JL/G1A-400/35优异，按照允许高差由大到小排序为：JLHA3-425>JL1X/LHA1-255/220>JL1/LHA1-210/220>JL3/G1A-400/50

-X>JL3/G1A-400/50>JL/G1A-400/50>JL3/G1A-400/35-X>JL3/G1A-400

/35>JLHA3-450>JL1X/LHA1-270/230>JL1/LHA1-220/230>JL/G1A-400/35。

5）、初期投资方面，参比导线均增加了导线用量投资。其中铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-270/230投资增加最多，其次是铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220。

6）、JL1X/LHA1-255/220与JL1X/LHA1-270/230年费用最低。这两种导线比选后，考虑到铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220对南方电网公司输电线路标准设计铁塔的适应性较好，可直接套用。铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-270/230使用南方电网公司输电线路标准设计铁塔时，需对部分塔材加强，适用性受到一定的限制，另外，由于导线自重较重，弧垂特性不如JL1X/LHA1-255/220优异。

综上所述，铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220各项电气、机械性能均比普通的钢芯铝绞线JL1/G1A-400/35优异，能较好适应南方电网公司输电线路标准设计铁塔，虽然初期导线投资较大，但正常运行条件下，0.2元电价时，8年回收初期投资多出的部分；0.4元电价时，4年回收初期投资多出的部分；0.6元电价时，3年即可回收初期投资多出的部分。在所选导线中，回收年限最短。综合考虑后，推荐采用铝合金芯高导铝型线JL1X/LHA1-255/220。

中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司欧阳丽

新疆乌鲁木齐830002