林建營

(福建永福工程顧問有限公司線路設(shè)計部， 350003)

寧德核電廠500kV送出線路導線選擇

林建營

(福建永福工程顧問有限公司線路設(shè)計部， 350003)

合理選擇導線及其結(jié)構(gòu)，對降低架空送電線路投資具有重要的意義。本文擬從LCC(全壽命周期成本)分析出發(fā)，提供導線選擇的一種新思路，從而有效控制工程建設(shè)投資和運營費用。

導線；LCC；建設(shè)投資；運行費用。

在500 kV送電線路建設(shè)中，導線本身在投資中所占比例比較大，一般為20 %～30 %，且它也影響到鐵塔荷載、鐵塔高度、基礎(chǔ)力及線路的運行線損、電網(wǎng)調(diào)度的靈活性、安全性。因此，合理選擇導線截面、材質(zhì)及其結(jié)構(gòu)，對降低送電線路投資具有重要的意義。

本文結(jié)合寧德核電廠500 kV送出線路工程，從導線的電氣機械性能和全壽命周期成本比較分析，推薦滿足工程需要且年費用最小的導線。

1 工程概況

寧德核電廠500 kV送出線路由500 kV寧德核電～寧德雙回線路(長約98 km)和500 kV寧德核電～福州西雙回線路(長約218 km)組成，線路路徑大部分屬于福建省沿海地區(qū)，全線為5 mm冰區(qū)，設(shè)計基本風速為31 m/s、35 m/s、42 m/s，污穢等級劃分為C2、D1和E級污穢區(qū)。

寧德核電廠裝機規(guī)模4×1085+2×1250MW，送出線路年大正常運行方式潮流分別為2×1900 MW和2×1380 MW。在N-1的情況下，上述兩個送電通道中的任一通道的持續(xù)極限輸送容量均為3420MW(環(huán)境溫度40 ℃、導線溫度80 ℃)。

2 導線截面選擇

按照經(jīng)濟電流密度進行導線截面選擇、并按電暈條件和持續(xù)極限輸送容量進行校核。

2.1 按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面

年大正常運行方式下導線截面的計算如公式⑴：

式中：S為導線截面，mm2； P為送電容量，kW；Ue為線路額定電壓，kV；J為經(jīng)濟電流密度，A/mm2。

核電年發(fā)電利用小時數(shù)7500 h，送出線路經(jīng)濟電流密度可取0.9，功率因數(shù)取0.95，電壓取525 kV。導線截面選擇見表1。

表1 導線截面選擇

2.2 按電暈條件檢驗導線截面

在高壓輸電線路中，導線周圍產(chǎn)生很強的電場，當電場強度達到一定數(shù)值時，導線周圍的空氣就發(fā)生游離，形成放電，這種現(xiàn)象就是電暈。輸電線路的導線截面和分裂型式應(yīng)滿足電暈要求。

根據(jù)《110～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》GB50545-2010第5.0.2條規(guī)定，海拔不超過1000 m地區(qū)，采用現(xiàn)行國標中鋼芯鋁絞線時外徑不小于表2數(shù)值，可不必驗算電暈。

表2 導線外徑選擇

因此，本工程導線截面選擇滿足電暈要求。

2.3 按持續(xù)極限輸送容量檢驗導線截面

容許發(fā)熱條件的持續(xù)極限輸送容量的計算如公式⑵：

式中：Wmax為極限輸送容量，MVA；Ue為線路額定電壓，kV；Imax為導線持續(xù)容許電流，kA。

寧德核電送出線路共有兩個同塔雙回送出通道， N-1情況按保守考慮，在失去一個雙回路通道的情況下，6臺機組滿發(fā)出力6840 MW僅通過雙回線路外送，單回線路送電3420 MW。4×630 mm2導線持續(xù)極限輸送容量可達3480 MVA(環(huán)境溫度40 ℃、導線溫度80 ℃)，可滿足核電送出需要。

結(jié)果表明，按照以上方法進行導線截面選擇，寧德核電送出線路導線截面選擇應(yīng)選4×630 mm2。

然而，需要指出的是，核電廠利用小時數(shù)高達7500 h，降低線路送電損耗有較大的經(jīng)濟效益，選擇更大截面導線雖然綜合造價、維護費用提高了，但送電損耗更小，綜合經(jīng)濟性有可能更好，故下面針對寧德核電送出線路的特點，截面采用4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2幾種情況進行了進一步的、更詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較。

3 導線材質(zhì)比選

目前，福建省已經(jīng)掛網(wǎng)運行的導線主要有：(稀土)鋼芯鋁絞線、鋁包鋼芯鋁絞線、高強度鋁包鋼芯鋁絞線、耐熱鋁合金導線、高強度耐熱鋁合金導線、全鋁合金導線、碳纖維導線、鋼芯軟鋁導線、間隙型導線等。

由于本工程屬常規(guī)性新建工程，導線選型不需考慮相對于普通導線線損更高的“高溫低弧垂導線”，如鋼芯(或碳纖維芯、鋁基陶瓷纖維芯)耐熱鋁合金導線、間隙型超耐熱鋁合金導線、殷鋼(超)耐熱鋁合金導線等特殊導線，考慮寧德核電廠500 kV送出線路工程特點，本工程選用耐腐蝕性能較好的鋁包鋼芯鋁絞線，并框選出五種導線：JL/LB20A-630/45(導線一)、JL/LB20A-630/55(導線二)、JL/LB20A-720/50(導線三)、JL/LB20A-800/55(導線四)和JL/LB20A-800/70(導線五)，通過對各種導線的電氣機械性能和全壽命周期成本比較分析，推薦滿足工程需要且年費用最小的導線。

4 導線性能比較

導線性能比較有電氣性能比較和機械性能比較，主要有電磁環(huán)境(噪音、無線電干擾、導線表面場強、地面場強)、載流量、導線弧垂、抗風過載能力及微風振動特性等。通過計算，上述五種導線性能比較分析如下：

⑴電磁環(huán)境：均在國家規(guī)范允許范圍內(nèi)。

⑵載流量：環(huán)境溫度40 ℃、導線溫度80℃情況下，上述五種導線單根載流量分別為990.2 A、1011.2 A、1085.3 A、1168.5 A和1169.0 A，均能滿足本工程需要。

⑶弧垂：上述五種導線平均檔距弧垂分別為19.5 m、17.5 m、20.1 m、18.8 m和18.2 m，弧垂最小最大值差2.6 m。

⑷抗風過載能力：上述五種導線平均檔距抗風過載能力分別為69 m/s、70.1 m/s、69.3 m/s、70.7 m/s和71.5 m/s，均能滿足本工程需要。

⑸導線微風振動特性：限制導線振動水平，一般采用“Te/m限值法”，其中Te為導線最低氣溫月的平均氣溫、無風、無冰下的張力(N)，m為電線單位質(zhì)量(kg/km)，其比值越大，其振動越嚴重。上述五種導線平均檔距微風振動特性分別為18.2、20.8、17.4、18.9和19.7，JL/LB20A-720/50型鋁包鋼芯鋁絞線略好，但目前分裂導線采用常規(guī)的防振措施均能滿足安全要求。

5 導線全壽命周期成本(LCC)分析

導線的全壽命周期成本由一次投資費用(IC)、年運行費用(OC)、故障中斷供電損失成本(FC)和報廢成本(DC)構(gòu)成，工程竣工驗收之前的費用均歸為IC，竣工驗收之后的費用則分別在OC、FC和DC中計列。其中年運行費用主要由導線的電能損耗、運行巡視等費用構(gòu)成。

5.1 分析計算條件

⑴寧德核電年利用小時數(shù)取7500 h，功率因數(shù)取0.95，對應(yīng)的年損耗利用小時數(shù)取6500 h。

⑵線路建設(shè)年限按12個月，年貼現(xiàn)率取8%，核電送出線路運行期取50年。

⑶損耗電價取0.4136元/kWh(寧德核電可研審定的財務(wù)可行的含稅上網(wǎng)電價)。

⑷線路年維護費率取1.4 %，導線凈殘值率取5%。

⑸導線施工費用按120萬元/km，鐵塔材料及施工費用按1.3萬元/t，基礎(chǔ)材料及施工費用按0.25萬元/m3，鋼筋材料及施工費用按0.7萬元/m3。

⑹ 資金等值公式

資金回收系數(shù)：

式中：A為年金；P為現(xiàn)值；F為終值；i為折現(xiàn)率；n為計算周期。

5.2 一次投資費用(IC)

送電線路一次投資費用主要由導線及其附件、絕緣子及其附件、鐵塔、基礎(chǔ)、鋼筋等組成。在線路路徑、氣象條件相同的情況下，不同型號導線鐵塔耗鋼量、基礎(chǔ)量、鋼筋與鐵塔的平均呼高、導線的計算拉斷力、線徑及耐張轉(zhuǎn)角塔比例有關(guān)，并表現(xiàn)出正比趨勢。

經(jīng)計算，折合到50年年費用時，500 kV寧德核電～寧德雙回線路上述五種導線的年費用分別為4585萬元、4685萬元、5012萬元、5560萬元和5616萬元，500 kV寧德核電～福州西雙回線路上述五種導線的年費用分別為9277萬元、9443萬元、10157萬元、11120萬元和11198萬元。

5.3 正常輸送功率年運行費用(OC)

送電線路導線功率損耗計算公式如下：

式中：W為導線損耗功率(W)；I為正常輸送容量時導線額定電流(A)；R為額定電流時交流電阻(Ω)。

500 kV寧德核電～寧德雙回線路正常輸送容量為1900 MW，考慮線路的運行維護費，經(jīng)計算，折合到50年年費用時，上述五種導線的年運行費用分別為9775.7萬元、9470.7萬元、8572.7萬元、7793.3萬元和7812.8萬元。

500 kV寧德核電～福州西雙回線路正常輸送容量為1380 MW，考慮線路的運行維護費，經(jīng)計算，折合到50年年費用時，上述五種導線的年運行費用分別為120121.8萬元、11710.2萬元、10717.0萬元、9862.7萬元和9901.8萬元。

5.4 故障中斷供電損失成本(FC)

考慮電網(wǎng)故障中斷供電損失成本(FC)涉及到方方面面的問題難于預(yù)計，本工程線路暫不考慮故障中斷供電損失成本(FC)。

5.5 報廢成本(DC)

考慮導線凈殘值率取5%時，經(jīng)計算，折合到50年年金時，500 kV寧德核電～寧德雙回線路上述五種導線年金分別為0.98萬元、0.82萬元、0.88萬元、1.13萬元和1.16萬元，500 kV寧德核電～福州西雙回線路上述五種導線年金分別為1.83萬元、1.95萬元、2.18萬元、2.51萬元和2.59萬元。

5.6 LCC年費用比較及導線選型結(jié)論

綜合上述一次投資費用(IC)、年運行費用(OC)和報廢成本(DC)，500 kV寧德核電～寧德雙回線路和500 kV寧德核電～福州西雙回線路的合計年費用分別為表3和表4。

表3 500kV寧德核電～寧德雙回線路合計年費用

表4 500kV寧德核電～福州西雙回線路的合計年費用

根據(jù)表3和表4可知，年大正常運行方式潮流為2×1900 MW時，導線選用4×JL/LB20A-800/55型鋁包鋼芯鋁絞線在線路50年全壽命周期內(nèi)年費用最小，可減少231.3萬元～1008.2萬元；年大正常運行方式潮流為2×1380 MW時，導線選用4×JL/LB20A-720/50型鋁包鋼芯鋁絞線在線路50年全壽命周期內(nèi)年費用最小，可減少107.8萬元～415.5萬元。因此，建議500 kV寧德核電～寧德雙回線路工程導線采用4×JL/LB20A-800/55型鋁包鋼芯鋁絞線，500kV寧德核電～福州西雙回線路工程導線采用4×JL/LB20A-720/50型鋁包鋼芯鋁絞線。

6 結(jié)語

在滿足寧德核電廠500 kV送出線路經(jīng)濟輸送容量、極限輸送容量和電氣機械性能的情況，根據(jù)工程實際情況，合理選用導線的材質(zhì)并通過LCC分析比較4×630 mm2、4×720 mm2、4×800 mm2截面導線的一次投資費用、年運行費用，最終選用年費用最小的4×JL/LB20A-800/55型鋁包鋼芯鋁絞線、4×JL/LB20A-720/50型鋁包鋼芯鋁絞線，不僅有效降低線路的運行費用，而且提高了電網(wǎng)調(diào)度的靈活性、安全性。

[1]東北電力設(shè)計院．電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊(2版)[K]．北京 ：電力工業(yè)出版社，1999．

[2]GB 50545-2010，110～750kV，架空輸電線路設(shè)計規(guī)范[S].

Option of the Wire in the Ningde Nuclear Power Plant 500kV Transmission Line

LIN Jian-ying
(Department for Transmission in Fujian Yongfu Project Consultant Co.,Ltd., Fuzhou 350003, China)

Reasonable choice of wire and its structure, reduce the overhead transmission line investment is of great signi fi cance. This paper from the LCC (Life Cycle Cost) analysis, we provide a new way wire options to effectively control construction investment and operating costs.

conducting wire; LCC; capital investment; operation expenses.

TM721

B

1671-9913(2011)01-0072-04

2010-12-03

林建營(1971- )，男，福建漳浦人，工程師。