重冰区架空输电线路导线选型及分裂数选择研究

重冰区架空输电线路导线选型及分裂数选择研究

张伟

四川电力设计咨询有限责任公司，成都，610016

摘  要 本文针对重冰区220kV架空输电线路导线选型和分裂数选择进行研究，对小截面分裂导线和大截面单导线不同的导线型号配置方案进行比选计算，充分对比了导线电流密度、表面电场强度、无线电干扰水平、可听噪声、机械强度、年费用等各方面特性参数，通过分析得出大截面单导线代替小截面分裂导线具有一定的技术可行性和经济性，值得在后续工程中推广应用。

关键字：重冰区；架空输电线路；大截面导线；分裂数；选型

1引言

重覆冰区架空线路导线覆冰厚度大，重覆冰工况下铁塔各个部件所承受的荷载较轻冰区线路成倍地增长。研究减少杆塔荷载，提高重覆冰线路的安全可靠度，一直是困扰重覆冰区输电线路设计的主要难题。近年来，随着导线制造技术的成熟，大截面导线在工程中成功应用。采用大截面导线时，相比较于同等载流截面的多分裂导线，线路荷载有显著的降低。在重覆冰区采用大截面导线降低线路荷载，是比较理想的方案，因此有必要开展重覆冰区线路减少分裂根数的导线方案研究及应用。

2. 重冰区导线选型原则

架空送电线路的导线截面一般按照经济电流密度来选择，并根据电晕、机械强度以及事故情况下的发热条件进行校验。导线选型综合考虑以下因素：导线电流密度、导线最高允许温度、表面电场强度、无线电干扰水平、可听噪声、机械强度、年费用。

根据电力系统设计手册，220kV电力线路输送容量在100MW-500MW区间。本文以220kV输电线路20mm冰区为背景进行导线选型计算。拟定线路输送容量为300MW，功率因素为0.90，经济电流密度1.15 A/mm2。

按照经济电流密度，在300MW输送容量要求下导线截面为761mm2，对应可选择2×300、2×400、630、720、800截面导线。参考GB/T 1179-2017标准内的通用导线型号，选择2×JL/G1A-300/25、2×JL/G1A -400/35、JL/G1A-630/45、JL/G2A-720/50和JL/G1A-800/55五种导线进行比选。

3.导线比选分析

3.1 导线允许载流量校核

按照本文导线比选输入条件，导线正常工作电流为875A。环境温度选择35℃，最高允许温度80℃，散热和吸热系数均为0.9，风速为0.5m/s，日照功率密度1000W/m2。计算各导线最大允许载流量结果见表3.1。

表3.1  各导线组合情况最大载流量

这几种导线均能够满足线路额定正常输送功率下的载流量要求，在输送容量为300MW情况下，四种导线组合均未过载。这几种导线组合中，2×JL/G1A-400/35导线的过载能力最强，能够允许事故或者过载情况下额外722A的电流，对应过载容量为248MW；JL/G2A-720/50导线的过载能力最弱，能够允许的过载电流为301A，相应过载容量为103MW。

3.2 导线电流密度和电能损耗

按照经济电流密度1.15A/mm2，最大负荷利用小时数4000h进行导线选型计算，线路输送距离100km，不同导线组合计算结果如表3.2所示。

表3.2  导线电阻损耗计算

从上述表格内计算结果可以看出，在输送容量相同时，导线铝截面越大，电能损耗越小。如表所示，JL/G1A-800/55年电能损耗为2193万kWh，而2×JL/G1A-400/35年电能损耗为2226万kWh。在同等截面下，单导线电阻损耗比双分裂导线损耗略低。

3.3 导线表面起晕场强和最大场强

导线表面电场强度一般按照导线表面最大电场强度Em和导线临界电场强度E0的比值来控制。表面电场强度不宜大于全面电晕电场强度的85%左右，以避免导线出现全面电晕。

表3.3  表面场强与临界场强的比值

从表格中可以看出，上述导线组合均能够满足Em/E0＜0.85的要求。分裂导线组合下导线的电晕特性要略优于大截面导线；大截面导线JL/G2A-720/50和JL/G1A-800/55导线的电晕特性和采用分裂小截面导线时接近；随着海拔高度的升高，导线表面场强与临界场强的比值增加较多，高海拔下导线更容易起晕。

3.4 电晕损失计算

根据本文的系统边界条件，上述导线在表面粗糙系数为0.82，海拔5000m时的电晕损失计算结果如表3.4所示。

表3.4  电晕损失计算结果  单位：kW/km

3.5 无线电干扰

220kV交流线路，海拔不超过1000m时，距离输电线路边相导线投影外20m处离地2m高无线电干扰值应当小于53dB（μV/m）。本次选取的220kV几种导线组合的计算结果如下。

表3.5  无线电干扰计算值   单位：μV/m

从表格中可以看出，随着海拔高度的增加，导线的无线电干扰水平大幅度上升；双分裂导线组合的无线电干扰明显低于大截面单导线。其中JL/G1A-630/45导线在海拔高度达到5000m时，导线的无线电干扰水平已不满足设计规范要求。

3.6 可听噪声校核

根据规程规范，距离输电线路边相导线投影外20m处，湿导线条件下可听噪声需小于55dB。不同海拔下导线可听噪声计算结果如下。

表3.6  导线可听噪声计算值  单位：dB

从以上计算可知，上述几种导线均满足规程规范对可听噪声限值的要求；随着海拔高度的增加，导线可听噪声计算值明显增大；单根大截面导线的可听噪声值明显大于双分裂小截面导线的可听噪声值。

3.7 导线机械性能比较

选取以上几种导线型式计算20mm冰区不同档距下导线的弧垂值，计算结果对比见下表。

表3.7 导线弧垂特性计算 单位：m

从分裂导线换成大截面单导线时，导线弧垂特性有较好的提升，在各档距下大截面导线的弧垂值小于双分裂导线。以档距400m为例，2×JL/G1A-400/35导线更换为JL/G2A-720/50为例，导线弧垂从20.74m减小到17.64m，弧垂减小了3.07m，对应可以降低铁塔高度。因此多分裂导线换大截面单导线后，对降低塔高具有显著优势。

各种型式导线在不同档距下过载覆冰厚度计算如表所示。

表4.3.2  导线极限覆冰厚度  单位：mm

从以上计算数值可知，几种导线组合的覆冰过载能力均满足要求，随着单导线截面的增加，导线的覆冰过载能力也随着提高。将分裂导线替换为大截面单导线后，导线的覆冰过载能力有明显提升。

3.8 导线经济性能比较

参考近期工程主要材料价格，测算采用不同型号导线时工程的综合投资，计算结果如表所示。

表3.8  各导线组合下工程本体投资

从上表可以看出，采用2×JL/G1A-400/35导线时，线路工程本体投资最高。将双分裂导线换为大截面单导线后，工程本体投资有显著降低，采用单导线JL/G2A-720/50时工程本体投资最低，更换导线的经济性最明显。

采用最小年费用计算法，进一步测算将双分裂导线更换为大截面单导线工程的年运行费用情况。其中2×JL/G1A-300/25、2×JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45这三种导线年运行费用相近，而JL/G2A-720/50、JL/G1A-800/55这两种导线年费用较低。在不同回收率下，JL/G1A-800/55的年费用最小，2×JL/G1A-300/25的年费用最大。

4 结论

通过对220kV重冰区架空输电线路导线选型进行详细计算分析可知，在重冰区采用大截面导线代替多分裂小截面导线，从而达到降低铁塔荷载的方案具有一定的可行性。大截面单导线电气特性满足工程实际需求，机械特性和经济性具有明显优势，值得在后期工程设计中有针对性地推广应用。

参 考 文 献：

[1]梁明,王婷婷.重覆冰500kV输电线路减少导线分裂根数研究.电气时代,2016,06

[2]中国电力工程顾问集团有限公司.电力工程设计手册.架空输电线路设计[M].中国电力出版社,2019.

[3]DL/T 5440-2020, 重覆冰架空输电线路设计技术规程[S].

[4]周唯,刘翰柱.重冰区特高压直流线路大截面多分裂导线选型研究[J].四川电力技术,2017,02