潘春平，莊志偉，鄭志源

（廣東省電力設(shè)計研究院，廣州市，510663）

0 引言

2008年年初，我國南方大部分地區(qū)出現(xiàn)了建國以來罕見的持續(xù)大范圍低溫、雨雪和凝凍極端天氣，輸變電設(shè)施覆冰積雪極為嚴重，輸電線路發(fā)生了大面積冰閃跳閘和倒塔斷線事故，電網(wǎng)所受到的威脅和損害無論從范圍還是持續(xù)時間上都是史無前例的。

重冰區(qū)線路由于冰荷載大，在每相導(dǎo)線總截面相同時，小截面的導(dǎo)線機械特性較弱，弧垂較大，單位長度線路的鐵塔基數(shù)較多；同時當(dāng)導(dǎo)線分裂數(shù)增加時，鐵塔承受的垂直、水平和縱向荷載也相應(yīng)增大，工程投資成倍增加。為了從技術(shù)上挖掘潛力，降低工程造價，有必要對重冰區(qū)導(dǎo)線的截面和分裂型式進行比較，選擇出滿足技術(shù)要求且經(jīng)濟合理的導(dǎo)線截面和分裂型式。

1 工程概況

廣東省韶關(guān)和清遠北部地區(qū)的電網(wǎng)在2008年年初的冰災(zāi)中受到重創(chuàng)。新建的500 kV坪石B電廠三期至曲江變電站送電線路所經(jīng)過的梅花、云巖、紅云和大橋一帶線路覆冰極為嚴重，通過該電力通道的眾多已建電力線在2008年冰災(zāi)中都遭受毀滅性破壞。其中500 kV橋（口）曲（江）甲線在該通道內(nèi)倒塔96基，500 kV橋（口）曲（江）乙線倒塔53基，±500 kV江城直流倒塔34基[1-2]。500 kV坪曲線全長約110 km，在2007年年底已完成施工圖設(shè)計，為了提高其抗冰能力，按照廣東電網(wǎng)公司的要求，根據(jù)2008年冰災(zāi)的冰情調(diào)查結(jié)果，重新劃分了冰區(qū)范圍，調(diào)整了設(shè)計冰厚。調(diào)整后30mm及以上重冰區(qū)段的長度約36 km，其中30、40及50mm冰區(qū)線路的長度分別為17.5、7及11.5 km[3-4]。

2 導(dǎo)線型號及分裂型式的選擇

2.1 導(dǎo)線的比較方案

根據(jù)系統(tǒng)的要求，本線路經(jīng)濟輸送容量為940MW，在環(huán)境溫度為35℃時的極限輸送功率為1.900GW，由此可得每相導(dǎo)線經(jīng)濟輸送電流為1.085 kA，按經(jīng)濟電流密度0.9A/mm2的參考值估算，每相導(dǎo)線的鋁截面不小于1 200mm2。

根據(jù)國內(nèi)超高壓輸電線路的導(dǎo)線實際選用情況，本工程可選擇四分裂和雙分裂兩種導(dǎo)線分裂方式。30mm及以上重冰區(qū)，由于覆冰荷載大，故導(dǎo)線材質(zhì)推薦采用鋼芯鋁合金絞線。現(xiàn)選擇表1所示的7種導(dǎo)線型號作為比較方案，并計算出各種導(dǎo)線相應(yīng)的允許電流值和極限輸送功率。

表1 導(dǎo)線型號及其基本參數(shù)Tab.1 Conductor types and the irbasic parameters

由表1可知，除JLHA1/G1A-720/50和JLHA1/ G1A-720/90兩種線型極限輸送功率接近1.900 GW外，其余5種線型均大于要求值。

2.2 電磁環(huán)境的計算

根據(jù)經(jīng)驗，一般導(dǎo)線最大表面電場強度不宜大于全面電暈電場強度的85％，以避免導(dǎo)線出現(xiàn)全面電暈。按本工程有代表性的2種海拔高程及中相采用I型及V型兩種絕緣子串型式對7種導(dǎo)線方案進行計算，結(jié)果見表2～4，表中Em為導(dǎo)線表面最大電場強度（有效值），Em0為導(dǎo)線臨界電場強度（有效值）。

表2 導(dǎo)線的臨界電場強度Tab.2 Critical electric field intensities of conductors

由計算結(jié)果可見，各種導(dǎo)線方案的表面最大電場強度與臨界電場強度的比值均小于85％，各種方案的導(dǎo)線表面電場強度基本不起控制作用；同時中相采用V型串后可縮小相間距離，減小塔頭尺寸，而導(dǎo)線表面場強僅比采用I串的大1％～2％。另外，根據(jù)文獻[5-6]的規(guī)定，對于500 kV線路，海拔不超過1 000m地區(qū)、采用現(xiàn)行國標(biāo)鋼芯鋁絞線，如雙分裂子導(dǎo)線外徑不小于36.24mm時，可不驗算電暈。即2×720mm2和2× 800mm2截面導(dǎo)線均能滿足規(guī)程的要求。

表3 導(dǎo)線水平排列中相采用V V串的導(dǎo)線表面最大電場強度Tab.3 The maximum electric field intensities on the surface ofconductors arranged horizontally and applied in‘V’string inthe middle phase

表4 導(dǎo)線水平排列中相采用i串的導(dǎo)線表面最大電場強度Tab.4 The maximum electric field intensities on the surface of conductors arranged horizontally and applied in‘I’string in the middle phase

計算各種導(dǎo)線排列方式的無線電干擾采用經(jīng)驗公式法，具體結(jié)果見表5。計算結(jié)果表明，各種方案均能滿足55 dB標(biāo)準(zhǔn)的要求，也就是說對于本線路設(shè)計所選的導(dǎo)線分裂方式無線電干擾不起控制作用。

對各種導(dǎo)線分裂方式在各種塔型下的可聽噪聲進行計算預(yù)測，結(jié)果如表6所示。按照55 dB（A）的控制條件，各種導(dǎo)線排列方式均滿足要求，而四分裂型式的噪聲水平更低。

根據(jù)以上電磁環(huán)境計算結(jié)果可知，四分裂小截面導(dǎo)線組合方案的電磁環(huán)境干擾值明顯小于雙分裂大截面導(dǎo)線組合方案。本工程重冰區(qū)段為林區(qū)，安全距離為樹木控制，導(dǎo)線對地距離較高，當(dāng)按工程實際的導(dǎo)線對地距離計算時，2×720mm2和2×800mm2雙分裂大截面導(dǎo)線組合方案的電磁環(huán)境干擾值也能滿足電磁環(huán)境要求。

表5 不同導(dǎo)線排列方式的無線電干擾Tab.5 Radio interruptions of different conductor arrangements

表6 不同導(dǎo)線排列方式的可聽噪聲計算結(jié)果Tab.66 Calculated audible noises of different conductorarrangements

2.3 30mm冰區(qū)各種線型的機械性能比較

2.3.1 物理參數(shù)

對處于30mm冰區(qū)的線路，每相導(dǎo)線選擇2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50和4×LHBGJ-300/50三種導(dǎo)線線型進行比較。經(jīng)綜合測算，大截面雙分裂導(dǎo)線的安全系數(shù)取3.37，四分裂小截面導(dǎo)線的安全系數(shù)取2.66。以上所選的3種導(dǎo)線線型的主要物理參數(shù)如表7所示。

2.3.2 導(dǎo)線采購費用比較

根據(jù)各種導(dǎo)線最新的參考報價，導(dǎo)線的采購費用見表8。

2.3.3 導(dǎo)線弧垂對工程投資的影響

最大設(shè)計冰厚取30mm時，3種線型在代表檔距為300m，實際檔距為300m、350m及400m時的最大弧垂值如表9所示。

從表9可見，LHBGJ-300/50線型的導(dǎo)線弧垂最大，在350m檔距時比雙分裂大截面導(dǎo)線大1.70m，同時該種導(dǎo)線的安全系數(shù)較小，為2.66。而LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50型雙分裂大截面導(dǎo)線的弧垂都較小，同時導(dǎo)線的安全系數(shù)卻較大，均為3.37。由于LHBGJ-300/50線型的弧垂較大，相應(yīng)的桿塔較高，故鐵塔質(zhì)量和基礎(chǔ)費用將增大。

表7 導(dǎo)線的機械物理特性表Tab.77 The mechanical and physical characteristics of variousconductors

表8 導(dǎo)線采購費用比較TTab.8 Cost comparison of different conductors

表9 導(dǎo)線弧垂對工程投資的影響Tab.9 Influences of conductor sag on project investment

2.3.4 導(dǎo)線荷載對工程投資的影響

3種線型的張力在代表檔距較大時均為覆冰情況控制，各種線型在代表檔距為300m時每相導(dǎo)線的荷載對比如表10所示。

對重冰區(qū)線路而言，影響直線塔及直線小轉(zhuǎn)角塔質(zhì)量的主要因素是不均勻覆冰工況；影響耐張塔質(zhì)量的主要因素為最大覆冰工況下的角度荷載；影響冰區(qū)分界耐張塔質(zhì)量的主要因素為最大覆冰工況下的角度荷載及不平衡張力差[7-8]。

表10 導(dǎo)線荷載對工程投資的影響Tab.10 Influences of conductor load on project investment

表11 不同懸垂絕緣子串型式的垂直檔距上限值Tab.11 The upper limit values of vertical span of differentsuspension insulator string types

從表11可見，在一般情況下3種線型采用雙聯(lián)210 kN懸垂絕緣子串基本可滿足工程要求，故懸垂絕緣子串的投資差別較小。

對于耐張絕緣子串，其強度主要由每相導(dǎo)線的懸掛點張力確定，該值近似取1.1倍的最大使用張力，3種線型采用不同的耐張絕緣子串型式時的絕緣子安全系數(shù)見表12。

從表12可見，4×LHBGJ-300/50線型采用雙聯(lián)300 kN級耐張絕緣子串在最大荷載時不能滿足設(shè)計規(guī)程對絕緣子機械強度安全系數(shù)不小于2.7的要求，需采用雙聯(lián)400 kN級耐張絕緣子串；而2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50線型則可采用雙聯(lián)300 kN級耐張絕緣子串，安全系數(shù)分別為3.20和3.41。

隨著大學(xué)生畢業(yè)人數(shù)逐年增加，就業(yè)形式愈發(fā)嚴峻，大學(xué)生創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)在高校教育中突顯極其重要的地位。尤其在新的歷史時期，黨的十九大報告中提出了要堅持新發(fā)展理念，要不斷壯大我國經(jīng)濟實力和綜合國力，大力建設(shè)創(chuàng)新型國家，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。新發(fā)展理念的科學(xué)內(nèi)涵包括創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念，新發(fā)展理念指明了“十三五”乃至更長時期我國的發(fā)展思路、發(fā)展方向和發(fā)展著力點，也為我國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)指明了方向。

表12 采用不同的耐張絕緣子串型式時的絕緣子安全系數(shù)Tab.12 Safety factors of insulator for different tensioninsulator string types

2.3.6 過載能力比較

按導(dǎo)線張力達到70％保證拉斷力的限值計算導(dǎo)線的容許過載冰厚，結(jié)果如表13所示。

表13 導(dǎo)線過載的校驗冰厚Tab.13 Check ice-thickness of conductor overload

從表13可見，在代表檔距為350～550m范圍內(nèi)LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50線型的過載能力相當(dāng)，而LHBGJ-300/50線型的過載能力相對較小。

2.3.7 投資比較

將3種線型的本體投資比較匯總?cè)绫?4所示。由表14的本體投資比較可見，采用JLHA1/G1A-720/ 50型導(dǎo)線具有最佳的經(jīng)濟特性，LHBGJ-800/55型導(dǎo)線需增加5.216 2萬元/km，而LHBGJ-300/50型導(dǎo)線經(jīng)濟性最差，與JLHA1/G1A-720/50型導(dǎo)線相比，需增加40.040 7萬元/km。

表14 30mm冰區(qū)每千米投資比較Tab.14 Per-kilometer investment comparison in30 mm icing area

2.4 50mm冰區(qū)各種線型的技術(shù)經(jīng)濟比較

表15 50mm冰區(qū)每千米投資比較Tab.15 Per-kilometer investment comparison in50 mm icing area

由表15的本體投資比較可見，采用JLHA1/ G1A-720/90型導(dǎo)線具有最佳的經(jīng)濟特性，LHBGJ-800/100型導(dǎo)線需增加7.279 6萬元/km，而JLHA1/G3A-366/60型導(dǎo)線經(jīng)濟性最差，與JLHA1/ G1A-720/90型導(dǎo)線相比需增加98.314 4萬元/km。

3 結(jié)論

從電磁環(huán)境的計算結(jié)果來看，當(dāng)按工程實際的導(dǎo)線對地距離計算時，各種線型均能滿足電磁環(huán)境的要求，但雙分裂大截面導(dǎo)線組合方案的電磁環(huán)境干擾值高于四分裂小截面導(dǎo)線組合方案。

從機械性能來看，雙分裂大截面導(dǎo)線明顯優(yōu)于四分裂小截面導(dǎo)線，具體表現(xiàn)為：（1）大截面導(dǎo)線機械特性好，弧垂小，過載能力強；（2）覆冰工況時作用于鐵塔上總的垂直、水平及縱向荷載都小，可減少鐵塔質(zhì)量及基礎(chǔ)費用；（3）雙分裂大截面導(dǎo)線選用的懸垂和耐張絕緣子串更加經(jīng)濟。

為使30mm及以上重冰區(qū)線路的極限輸送容量盡量接近20mm及以下冰區(qū)4×300mm2導(dǎo)線的輸送容量，同時考慮到2×800mm2大截面導(dǎo)線電磁干擾值優(yōu)于2×720mm2導(dǎo)線，而工程投資增加較少，運行費用優(yōu)于2×720mm2導(dǎo)線（按年費用最小法測算，線路運行約5年后可收回增加的投資），因此，本工程30mm重冰區(qū)線路導(dǎo)線推薦采用2×LHBGJ-800/55型鋼芯鋁合金絞線，50 mm重冰區(qū)線路每相導(dǎo)線推薦采用2× LHBGJ-800/100型鋼芯鋁合金絞線。選用2×800mm2導(dǎo)線后，在30 mm冰區(qū)每千米本體投資比4× LHBGJ-300/50型導(dǎo)線減少34.824 5萬元，在50mm冰區(qū)比4×JLHA1/G3A-366/60型導(dǎo)線減少91.034 8萬元，本工程36 km的30mm及以上重冰區(qū)段共節(jié)省本體投資約2 200萬元。上述設(shè)計方案于2008年4月中旬通過中國電力工程顧問集團公司的初設(shè)評審，該工程于2009年9月22日建成投運，并獲2009年度電力行業(yè)送電工程優(yōu)秀設(shè)計一等獎。

將雙分裂大截面導(dǎo)線應(yīng)用于500 kV重冰區(qū)線路，國內(nèi)尚無先例。本工程是我國第1條采用雙分裂導(dǎo)線的500 kV重冰區(qū)送電線路，它不但技術(shù)先進、經(jīng)濟性好，同時也為我國今后重冰區(qū)線路的導(dǎo)線選型提供了參考和借鑒。

[1]廣東省電力設(shè)計研究院.廣東電網(wǎng)冰災(zāi)事故分析與建議研究報告[R].廣州：廣東省電力設(shè)計研究院，2008.

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[3]廣東省電力設(shè)計研究院.500 kV坪石B電廠三期至500 kV曲江站線路工程提高抗冰能力方案初步設(shè)計說明書（S5071C-A0103-01）[R].廣州：廣東省電力設(shè)計研究院，2008.

[4]潘春平.廣東電網(wǎng)在建和新建工程提高抗冰能力的設(shè)計[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2008（5）：12-15.

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