中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 李締華 葉世順 徐 鵬

±500kV柔性直流輸電線路金屬回流線選型研究

中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 李締華 葉世順 徐 鵬

±500kV柔性直流輸電線路的金屬回流線全線與直流線路同塔架設(shè)，直接影響工程總體造價(jià)。本文對(duì)多種導(dǎo)線在電氣性能、機(jī)械性能及工程造價(jià)方面進(jìn)行了分析比選，并從中推薦出合適的導(dǎo)線型號(hào)，在滿足工程要求的同時(shí)節(jié)省工程造價(jià)。

柔性直流；金屬回流線；選型

1.引言

金屬回流線是由一個(gè)換流站引接至另一個(gè)換流站，且全線與直流線路同塔架設(shè)，鐵塔呼高是由金屬回流線的對(duì)地距離及交叉跨越距離控制，因此金屬回流線的選型對(duì)于工程本體造價(jià)影響較大。

2.計(jì)算條件

這里我們根據(jù)某直流500kV線路的實(shí)際工程的情況，極導(dǎo)線型號(hào)采用4×JL/G2A-720/50鋼芯鋁絞線，系統(tǒng)雙極最大輸送功率為3000MW，額定電流為3000A，短時(shí)過(guò)負(fù)荷電流(1分鐘)為4500A，設(shè)計(jì)風(fēng)速29m/s，設(shè)計(jì)覆冰10mm。

3.回流線組合方案

按照文獻(xiàn)[1]，金屬回流線導(dǎo)線截面選擇按允許載流量選擇，不需考慮經(jīng)濟(jì)電流密度。金屬回流線路工作電壓低，不需考慮地面電場(chǎng)強(qiáng)度、離子流密度等電磁場(chǎng)效應(yīng)，不需考慮電暈損耗、無(wú)線電干擾、可聽(tīng)噪聲等電暈效應(yīng)等。因此導(dǎo)線宜選擇總截面較小、分裂根數(shù)少、便于布置、可靠性高的組合方式。為簡(jiǎn)化鐵塔受力，回流線分為兩組布置在鐵塔的兩側(cè)，本文也僅考慮子導(dǎo)線為雙數(shù)的情況。

參選金屬回流線導(dǎo)線組合如表1所示：

表1 參選回流線導(dǎo)線方案

4.電氣性能比較

載流量比較：當(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)，回流線導(dǎo)線的載流量按下式計(jì)算：

式中WR為導(dǎo)線輻射散熱功率(W/m)，WF為導(dǎo)線對(duì)流散熱功率(W/m)，WS為導(dǎo)線日照吸熱功率(W/m)，RZ為導(dǎo)線直流電阻(Ω/m)，風(fēng)速取0.5m/s，太陽(yáng)輻射功率取0.1W/cm2，導(dǎo)線表面輻射散熱系數(shù)取0.9，導(dǎo)線表面吸熱系數(shù)取0.9。

表2 回流線導(dǎo)線載流量計(jì)算結(jié)果

驗(yàn)算導(dǎo)線允許載流量時(shí)驗(yàn)算鋼芯鋁絞線時(shí)的長(zhǎng)期允許使用溫度采用+70℃，短時(shí)過(guò)負(fù)荷采用80℃。鋼芯耐熱鋁合金絞線的長(zhǎng)期允許使用溫度取130℃，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的長(zhǎng)期允許使用溫度為120℃，耐熱鋁合金導(dǎo)線按180℃，碳纖維導(dǎo)線按200℃效驗(yàn)短時(shí)過(guò)負(fù)荷。

由表2可知，參選導(dǎo)線組合均能滿足正常輸送容量和短時(shí)過(guò)負(fù)荷要求。

5.機(jī)械性能比較

導(dǎo)線對(duì)桿塔荷載的影響及覆冰過(guò)載能力計(jì)算如表3所示。

表3 參選導(dǎo)線荷載比較表

從表4可看出：2×2×JL/G2A-720/50導(dǎo)線荷載最大，約為其他參選導(dǎo)線的1.5-1.7倍，2×1導(dǎo)線組合因分裂數(shù)小，負(fù)荷也相對(duì)較??；JLRX/F1A-720/65碳纖維導(dǎo)線覆冰過(guò)載能力相對(duì)較強(qiáng)，JNRLH60/G1A-400/35覆冰過(guò)載能力最小。

6.工程造價(jià)分析

(1)導(dǎo)線費(fèi)用比較：根據(jù)2017年第一季度國(guó)家電網(wǎng)公司《電網(wǎng)工程設(shè)備材料信息價(jià)》鋼芯鋁絞線價(jià)格JL/G2A-720/50取1.57萬(wàn)元/t；根據(jù)廠家詢價(jià)：JNRLH60/G1A-400/35、JNRLH60/G1A-800/55耐熱鋁合金導(dǎo)線1.82萬(wàn)元/t；碳纖維芯導(dǎo)線JLRX/F1A-400/35、JLRX/F1A-720/65價(jià)格分別取3.146萬(wàn)元/t、3.17萬(wàn)元/t、2.49萬(wàn)元/t、2.43萬(wàn)元/t。

(2)鐵塔費(fèi)用比較：鐵塔鋼材單價(jià)取0.6萬(wàn)元/t，考慮運(yùn)輸安裝時(shí)鐵塔鋼材綜合費(fèi)用取1.0萬(wàn)元/t，根據(jù)測(cè)算直線塔水平荷載增加10%，塔重增加約5%，縱向荷載不影響，垂直荷載增加10%，塔重增加約0.75%；耐張塔水平荷載增加10%，塔重增加約5%，縱向荷載增加10%，塔重增加約5.8%，垂直荷載增加10%，塔重增加約0.65%。參考可研結(jié)論，本工程耐張塔比例17%。

(3)基礎(chǔ)費(fèi)用比較：基礎(chǔ)混凝土單價(jià)取0.2(萬(wàn)元/m3)，考慮施工運(yùn)輸時(shí)基礎(chǔ)混凝土綜合費(fèi)用取0.3(萬(wàn)元/m3)。

綜合以上可得工程投資比較如表4所示：

表4 導(dǎo)線組合方案工程投資比較表

由表4可知，2×2×JL/G2A-720/50導(dǎo)線因?qū)Ь€費(fèi)用高、截面積大、桿塔受力大，本體造價(jià)最高；2×1×JNRLH60/G1A-800/55、2×1×JLRX/F1A-720/65導(dǎo)線桿塔受力較小，導(dǎo)線費(fèi)用低，本體造價(jià)較優(yōu)。

7.分析和結(jié)論

本文選擇了5種導(dǎo)線組合，比較結(jié)論如下。

1)參選導(dǎo)線在長(zhǎng)期允許運(yùn)行溫度下，均滿足系統(tǒng)額定輸送電流要求。

2)2×2×JL/G2A-720/50導(dǎo)線荷載最大，2×1導(dǎo)線組合因分裂數(shù)小；JLRX/F1A-720/65碳纖維導(dǎo)線覆冰過(guò)載能力相對(duì)較強(qiáng)，JNRLH60/G1A-400/35覆冰過(guò)載能力最小。

3)2×2×JL/G2A-720/50導(dǎo)線費(fèi)用高、截面積大、桿塔受力大，本體造價(jià)最高；2×1×JNRLH60/G1A-800/55、2×1×JLRX/F1A-720/65導(dǎo)線桿塔受力較小，導(dǎo)線費(fèi)用低，本體造價(jià)較優(yōu)。

綜合考慮電氣性能、機(jī)械性能及工程造價(jià)，且考慮到大截面碳纖維導(dǎo)線施工工藝復(fù)雜，本工程推薦采用2×1×JNRLH60/G1A-800/55耐熱鋁合金導(dǎo)線。

[1]DL/T 5224－2014高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定,國(guó)家能源局.

[2]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M].中國(guó)電力出版社,2002.

李締華（1985—），男，漢，湖南長(zhǎng)沙人，工學(xué)碩士，工程師，從事高壓線路設(shè)計(jì)。