浅析±500kV直流架空输电线路导线选型设计-中国期刊网

浅析 ±500kV直流架空输电线路导线选型设计

薛腾磊

中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司

摘要: 导线的经济电流密度是制定导线选型方案的重要参考和依据，导线的电气性能决定了架空输电线路的输送容量和效率，机械性能保障了架空输电线路供电的安全可靠性。在满足一定技术性能的前提下，应结合工程实际情况和架空输电线路的全寿命周期，兼顾工程适用性和经济性，因此宜采用年费用最小法对导线选型进行综合比较。

关键词: ±500kV直流; 架空输电线路; 导线选型

目前，高压直流线路架线工程投资一般占本体投资的30%左右，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，应该对导线的选型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型式。

1导线选择需考虑的因素

根据高压直流输电线路的特点，导线选择时，在经济电流密度、电气特性、机械性能、经济性等方面需综合考虑以下因素：

（1）经济电流密度。

（2）导线的电气特性，包括导线运行电流密度、导线允许载流量、导线正常运行最高允许温度、传输效率、电能损失等。

（3）导线电磁环境，包括地面标称电场强度、地面合成电场强度、地面离子流密度、无线电干扰水平(RI)、电晕可听噪声(AN)等。

（4）机械特性：导线过载能力、弧垂特性、荷载特性、对杆塔重量及绝缘子金具的影响及制造等。

（5）经济性，主要采用年费用最小法。

（6）其它方面，如导线的施工条件、运行经验等。

2导线选型方案的确立

参照国内标准，根据具体线路输送容量，按合理的经济电流密度，制定导线选择比选方案。经济电流密度应根据输电线路本体造价、电能生产和输出成本、节能环保要求、工程特定等因素决定，且随着输电线路本体造价的降低和使用寿命的延长，经济电流密度有下降的趋势， 1956年原水电部颁发的经济电流密度表可作为参考，如下表所示：

最大负荷利用小时数（h）	铝线经济电流密度（A/mm²）
3000以下	1.65
3000~5000	1.15
5000以上	0.9

根据经济电流密度表及以往工程运行经验，±500kV直流系统输送功率通常为双极3000MW，单极1500MW，导线选型采用如下6种导线做对比：4×JL/G1A-630/45、4×JL/G2A-720/50、4×JL/G1A-800/55、4×JL3/G1A -630/45、4×JL3/G2A-720/50、4×JL3/G1A-800/55，相应经济电流密度值如下表：

导线型号	JL/G1A-630/45	JL/G2A-720/50	JL/G1A-800/55	JL3/G1A-630/45	JL3/G2A-720/50	JL3/G1A-800/55
导线截面	674	775.41	870.6	672.81	775.41	870.6
电流密度	1.11	0.97	0.86	1.11	0.97	0.86

通过上表计算值可得，参与比选的导线电流密度均满足要求。

3导线电气性能比较

导线的电气性能主要考虑以下因素：导线的允许载流量，导线过负荷温度，电能导线传输效率。

3.1导线允许载流量计算

按照钢芯铝绞线和高导电率钢芯铝绞线允许温度为70℃；温度最高月最高平均温度按照30℃，分裂数按照4分裂，允许载流量计算如下表：

导线型号	导线外径（mm）	20℃直流电阻（Ω/m）	允许载流量(kA)
JL/G1A-630/45	33.8	0.0000459	3.94
JL/G2A-720/50	36.23	0.0000398	4.29
JL/G1A-800/55	38.4	0.0000355	4.61
JL3/G1A-630/45	33.8	0.0000448	3.98
JL3/G2A-720/50	36.2	0.0000389	4.35
JL3/G1A-800/55	38.4	0.0000346	4.67

3.2导线过负荷温度计算

导线选择应考虑保证线路过负荷运行的安全，在过负荷情况下，导线的温度应满足导线允许温度的要求，由此计算出各种导线方案每极导线运行温度及过负荷温度，见下表：

导线型号	额定电流(A)	额定电流运行导线温度（℃）	导线过负荷温度（℃）
JL/G1A-630/45	3000	59.3	60.8
JL/G2A-720/50	3000	57.1	58.4
JL/G1A-800/55	3000	55.7	56.8
JL3/G1A-630/45	3000	58.9	60.4
JL3/G2A-720/50	3000	56.8	58
JL3/G1A-800/55	3000	55.5	56.5

3.3导线电能传输效率计算

由于高压直流线路较长，若导线截面过小，则线路电压降很大，使线路传输效率降低，通常认为线路传输效率低于93%是不经济的。取线路长度200km，导线电阻按照额定功率运行下导线温度，计算各种导线的导线电压降和传输效率见下表。

序号	导线	电压降(kV)	传输效率
1	JL/G1A-630/45	6.68	98.66%
2	JL/G2A-720/50	5.76	98.85%
3	JL/G1A-800/55	5.1	98.98%
4	JL3/G1A-630/45	6.51	98.70%
5	JL3/G2A-720/50	5.61	98.88%
6	JL3/G1A-800/55	4.97	99.01%

根据上述计算，相同分裂数时，导线截面约大，电气性能约优越。

4导线机械性能比较

导线的电气性能主要考虑以下因素：弧垂特性，过载能力、导线荷载。

4.1导线的弧垂特性和过载能力

架空输电线路的导线弧垂，直接决定了铁塔呼高，因此导线弧垂越小，要求的铁塔高度就能降低，从而可有效降低钢材用量，经济性更优。导线过载能力直接影响架空输电线路的安全可靠度，因此必要要求导线有一定的过载能力。弧垂特性和过载能力比较如下表：

导线型号		JL/G1A-630/45	JL/G2A-720/50	JL/G1A-800/55	JL3/G1A-630/45	JL3/G2A-720/50	JL3/G1A-800/55
安全系数		2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
铝钢截面比		14.45	14.46	14.46	14.5	14.46	14.46
过载冰厚(mm)	Lp＝300	26	30.6	30.1	26	32.4	30.1
	Lp＝400	22.9	27.6	26.7	22.9	29.2	26.7
	Lp＝500	21.3	26	24.9	21.3	27.5	24.9
最大弧垂40℃ (m)	Lp＝300	8.65	8.25	8.41	8.66	8.25	8.41
	Lp＝400	14.75	14.02	14.25	14.77	14	14.26
	Lp＝500	22.53	21.36	21.7	22.56	21.34	21.71

根据上表可得，JL/G2A-720/50和JL3/G2A-720/50弧垂较小，过载能力高，机械性能略有优势。

4.2 导线荷载

导线荷载直接决定了铁塔重量和基础材料量，随导线截面增大，导线荷重随之增大，随之塔重、杆塔基础耗材都会增加，整体上增加了工程前期投资费用，因此小截面导线占明显优势。

5 经济性比较

导线的电气性能和机械性能比较统称为技术性能比较，在满足一定技术性能的前提下，需兼顾经济性要求。根据上述技术性能比较结果，导线截面越大，电气性能更高，同等截面下铝钢截面比越大，机械性能更高，同时本体工程材料量耗费更高，因此应综合考虑技术性和经济性，采用年费用最小法进行综合比较。

年费用最小法应综合考虑架空输电线路全寿命周期、年最大负荷小时数、设备运行维护费率、折现率、电价等因素，本文根据常用边界条件，计算年费用最小值如下表所示：

折现率	年最大负荷小时数	电价	4×JL/G1A-	4×JL/G2A-	4×JL/G1A-	4×JL3/G1A-	4×JL3/G2A-	4×JL3/G1A-
折现率	年最大负荷小时数	电价	630/45	720/50	800/55	630/45	720/50	800/55
8%	3000 h	0.3	35.04	33.65	35.27	35.16	34.16	35.93
		0.4	41.47	39.11	40.49	41.43	39.55	41.03
		0.5	47.89	44.58	45.72	47.71	44.95	46.13
		0.6	54.31	50.05	50.95	53.98	50.35	51.23
	4000 h	0.3	41.47	39.11	40.49	41.43	39.55	41.03
		0.4	50.03	46.4	47.46	49.8	46.75	47.83
		0.5	58.6	53.69	54.43	58.16	53.94	54.63
		0.6	67.16	60.98	61.4	66.52	61.14	61.43
	5000 h	0.3	47.89	44.58	45.72	47.71	44.95	46.13
		0.4	58.6	53.69	54.43	58.16	53.94	54.63
		0.5	69.3	62.81	63.14	68.61	62.94	63.13
		0.6	80.01	71.92	71.85	79.07	71.93	71.63
	6000 h	0.3	54.31	50.05	50.95	53.98	50.35	51.23
		0.4	67.16	60.98	61.4	66.52	61.14	61.43
		0.5	80.01	71.92	71.85	79.07	71.93	71.63
		0.6	92.86	82.85	82.3	91.61	82.72	81.83
10%	3000 h	0.3	37.89	36.76	38.81	38.12	37.4	39.65
		0.4	44.31	42.23	44.04	44.39	42.8	44.75
		0.5	50.74	47.7	49.26	50.66	48.2	49.85
		0.6	57.16	53.17	54.49	56.93	53.59	54.96
	4000 h	0.3	44.31	42.23	44.04	44.39	42.8	44.75
		0.4	52.88	49.52	51	52.75	50	51.55
		0.5	61.45	56.81	57.97	61.11	57.19	58.36
		0.6	70.01	64.1	64.94	69.48	64.39	65.16
	5000 h	0.3	50.74	47.7	49.26	50.66	48.2	49.85
		0.4	61.45	56.81	57.97	61.11	57.19	58.36
		0.5	72.15	65.92	66.68	71.57	66.18	66.86
		0.6	82.86	75.03	75.39	82.02	75.18	75.36
	6000 h	0.3	57.16	53.17	54.49	56.93	53.59	54.96
		0.4	70.01	64.1	64.94	69.48	64.39	65.16
		0.5	82.86	75.03	75.39	82.02	75.18	75.36
		0.6	95.71	85.97	85.84	94.56	85.97	85.56

通过上表可得，在不同的年负荷小时数、折现率和电价时，年费用差别较大，应根据工程具体边界条件确定导线方案的选取。

6结论

本工程结合±500kV直流架空输电线路工程，分析了决定导线选择的控制因素。根据国内外标准和建设经验，讨论了制定导线选型方案的方法，详细分析电气性能、机械性能和经济性能比较的要点，并通过具体数据为导线选型提供参考依据。

参考文献

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