陳　鵬 ，韓延峰 ，何桂明 ，吳允良，王彥婷

（1.山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東　濟(jì)南　250013；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，山東　濟(jì)南　250001；

3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東　臨沂　276003；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濱州供電公司，山東　濱州　256610）

0　引言

為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，我國(guó)將實(shí)施 “西電東送”山西—江蘇±800 kV特高壓直流輸電工程。該工程在河南省臺(tái)前縣跨越黃河，采用“耐-直-直-耐”的跨越方式，主跨檔距1 037 m，跨越塔有效呼高110 m。大跨越導(dǎo)線選型是大跨越設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，導(dǎo)線的特性決定了跨越塔的高度和運(yùn)行張力，對(duì)輸電線路的電磁環(huán)境特性也具有顯著影響。因此合理選擇導(dǎo)線型號(hào)對(duì)線路運(yùn)行安全、確保滿足環(huán)保要求、降低工程造價(jià)具有十分重要意義。

1　大跨越導(dǎo)線選型原則

根據(jù)±800 kV特高壓線路工程設(shè)計(jì)條件和跨越條件，參考我國(guó)超高壓線路大跨越的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，結(jié)合國(guó)內(nèi)外大跨越工程、特高壓線路的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)線選型主要按以下原則考慮[1]。

載流量。大跨越導(dǎo)線的選型應(yīng)使導(dǎo)線截面滿足載流量要求，避免大跨越線路成為全線路輸送容量的瓶頸。

弧垂特性。為了盡可能降低跨越塔塔高，節(jié)約總體投資，便于施工運(yùn)行維護(hù)，須考慮采用抗拉強(qiáng)度較大，自重較輕的導(dǎo)線，通常以導(dǎo)線拉斷力與單位長(zhǎng)度重量之比（T／W）來(lái)表征導(dǎo)線的弧垂特性。

年平均運(yùn)行應(yīng)力?！都芸账碗娋€路大跨越設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（試行）》指出：“導(dǎo)線和避雷線平均運(yùn)行應(yīng)力的上限，應(yīng)根據(jù)防振措施確定。懸掛點(diǎn)的平均運(yùn)行應(yīng)力不宜超過(guò)抗拉強(qiáng)度的25%，或按運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定?！备鶕?jù)大跨越設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，特強(qiáng)鋼芯鋁合金線的平均運(yùn)行應(yīng)力可取為其破壞應(yīng)力的20%。

電磁環(huán)境指標(biāo)。大跨越線路導(dǎo)線在使用中，必須限制導(dǎo)線表面電場(chǎng)強(qiáng)度，并要滿足有關(guān)電磁環(huán)境影響方面的要求。

制造條件。導(dǎo)線材料性能、絞制結(jié)構(gòu)、單盤不接頭長(zhǎng)度和重量等既要滿足本工程的需要，又要照顧到目前生產(chǎn)廠家可能達(dá)到的制造水平。

其他因素。大跨越導(dǎo)線方案選擇還需考慮金具的影響，對(duì)桿塔荷載的影響，以及電能損耗、施工、運(yùn)行等。具有良好的綜合特性，能較大幅度地降低工程造價(jià)。

導(dǎo)線型式初步選擇。大跨越工程由于檔距大，不能采用普通鋼芯鋁絞線，我國(guó)在20世紀(jì)60年代前后，高壓送電線路在跨越大檔距的江河中，受當(dāng)時(shí)條件限制，大跨越多采用加強(qiáng)型鋼芯鋁絞線或鍍鋅鋼絞線，隨著500 kV送電線路的發(fā)展，大跨越線路開始采用高強(qiáng) （或特強(qiáng)）鋼芯鋁合金絞線和鋁包鋼絞線。針對(duì)工程的具體情況，可采用特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金絞線系列進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[2]。

2　導(dǎo)線性能比較

2.1　導(dǎo)線電氣性能比較

對(duì)幾種可行的特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線進(jìn)行載流量計(jì)算[3]，如表1所示，環(huán)境溫度取35℃，導(dǎo)線最高允許溫度取90℃。

表1　參選導(dǎo)線的允許載流量

由表1可知，所選導(dǎo)線載流量在環(huán)境溫度取35℃時(shí)均滿足額定輸送容量要求。

對(duì)比選導(dǎo)線的地面合成場(chǎng)強(qiáng)、無(wú)線電干擾及可聽噪聲進(jìn)行計(jì)算[4-5]，如表2所示。

表2　參選導(dǎo)線的電磁環(huán)境計(jì)算

由表2可知，所選導(dǎo)線晴天電場(chǎng)均滿足25 kV／m、無(wú)線電干擾 58 dB（μV／m）及可聽噪聲 45 dB（A）的限值要求，電磁環(huán)境不是導(dǎo)線選型的控制因素。

2.2　導(dǎo)線機(jī)械性能比較

對(duì)各種導(dǎo)線方案，進(jìn)行最大使用應(yīng)力、年平均運(yùn)行應(yīng)力、最大弧垂、垂直水平荷載情況以及所需絕緣子串強(qiáng)度等計(jì)算，各導(dǎo)線方案的機(jī)械特性和荷載情況列于表3。表3可知，從對(duì)塔高的影響看，JLHA1／G4A-640／290、JLHA1／G4A-900／320 導(dǎo)線方案的塔高最小，4×JLHA3／G4A-900／240 導(dǎo)線方案塔高最高，4×JLHA1／G4A-1 000／125 及 4×JLHA1 ／G4A-1 000／125次之，其余導(dǎo)線方案塔高相差不大。從水平、垂直荷載看，6分裂導(dǎo)線方案的水平荷載明顯大于 4 分裂導(dǎo)線方案，6×JLHA1／G4A-640／290 導(dǎo)線方案荷載最大，4×JLHA1／G4A-1 000／125 導(dǎo)線方案荷載最小。 從縱向張力看，6×JLHA1／G4A-640／290 導(dǎo)線方案張力最大，4×JLHA1／G4A-1 000／125 導(dǎo)線方案張力最小。以上導(dǎo)線力學(xué)特性均由平均氣溫條件控制，覆冰工況下導(dǎo)線安全系數(shù)均大于2.5，驗(yàn)算冰工況張力小于拉斷力的60%。綜合來(lái)看，4×JLHA1／G4A-1 000／170的水平、垂直荷載具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)張力也較小，其次為 4×JLHA1／G4A-900／240 導(dǎo)線，6×JLHA1／G4A-640／290的荷載及張力最大。從結(jié)構(gòu)上看，4分裂金具、絕緣子、跳線等較6分裂要簡(jiǎn)單，可靠性也要高。

2.3　綜合經(jīng)濟(jì)性分析比較

對(duì)比選導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算，如表4所示。

導(dǎo)線本體造價(jià)、能耗等數(shù)據(jù)，參與比選的各導(dǎo)線組合的年費(fèi)用見表4，其中工程本體造價(jià)為估算值。通過(guò)對(duì)各導(dǎo)線方案年費(fèi)用比較，得出以下結(jié)論。

表3　參選導(dǎo)線的機(jī)械特性比較

表4　比選導(dǎo)線的年費(fèi)用比較

1）因6分裂導(dǎo)線荷載明顯大于4分裂，6分裂導(dǎo)線方案的初期投資大于4分裂導(dǎo)線，其中6×JLHA1／G4A-640／290 初期投資最高，6×JLHA1／G4A-640／190 次之，4×JLHA1／G4A-1000／125、4×JLHA1／G4A-1000／170 及 4×JLHA1／G4A-900／240 初期投資較小 ；4×JLHA1／G4A-1000／260、4×JLHA1／G4A-900／320 以及 4×JLHA3／G4A-900／240 初期投資居中。

2）從與一般線路匹配情況來(lái)看，6×640及 4×1 000截面的導(dǎo)線方案優(yōu)于4×900截面的導(dǎo)線方案。

3）本工程主跨檔距為1 037 m，主跨塔呼高僅100 m左右，各導(dǎo)線方案引起的主跨塔呼高變化并不明顯；而錨塔地處黃河河灘，基礎(chǔ)費(fèi)用所占比重較大，JLHA1／G4A-1 000／125 與 JLHA1／G4A-1000／170張力較小，在所選的導(dǎo)線方案中初期投資較小，而這兩種導(dǎo)線截面大、損耗低，綜合起來(lái)其年費(fèi)用最低。

4）與 JLHA1／G4A-900／240 相比，JLHA1／G4A-1000／125 與 JLHA1／G4A-1000／170 年費(fèi)用稍占優(yōu)勢(shì)，但優(yōu)勢(shì)不明顯。

5）與 JLHA1／G4A-900／240 相比，JLHA3／G4A-900／240在電能損耗方面具有優(yōu)勢(shì)，但因初期投資較大，其能耗的優(yōu)勢(shì)不能完全體現(xiàn)。

6）JLHA1／G4A-1000／125 與JLHA1／G4A-1000／170方案雖然年費(fèi)用稍低，但無(wú)成熟及定型的產(chǎn)品，導(dǎo)線需要新研制。

7）JLHA1／G4A-900／240 已成功應(yīng)用于哈鄭線黃河大跨越、溪浙線贛江大跨越等工程中，無(wú)需重新研制。

綜合而言，本工程主跨檔距僅1 037 m、主跨塔呼高僅為100 m左右，大跨越耐張段位于黃河河灘，錨塔基礎(chǔ)費(fèi)用占本體費(fèi)用比重較大，JLHA1／G4A-1000／125與JLHA1／G4A-1000／170的年費(fèi)用最低，比JLHA1／G4A-900／240方案稍占優(yōu)勢(shì)，但優(yōu)勢(shì)并不明顯。

對(duì)已建的哈鄭線黃河大跨越、溪浙線贛江大跨越，在建的靈紹線長(zhǎng)江大跨越，以及與本工程同期開展的錫盟—江蘇黃河大跨越、上海廟—山東黃河大跨越導(dǎo)線選型情況進(jìn)行了對(duì)比分析，如表5所示。

表5　近期已建及擬建特高壓直流線路大跨越

靈紹線長(zhǎng)江大跨越主跨檔距長(zhǎng)達(dá)2 269 m，主跨塔高達(dá)275 m，四基塔均位于長(zhǎng)江大堤之外，地質(zhì)條件較好，因此盡可能降低跨越塔塔高，節(jié)約總體投資，便于施工運(yùn)行維護(hù)，因此靈紹線大跨越采用6×JLHA1／G4A-640／290 導(dǎo)線方案。

與靈紹線大跨越相比，溪浙線贛江大跨越和哈鄭線黃河大跨越的主跨檔距及主跨塔呼高稍小，綜合考慮主跨塔呼高及錨塔縱向荷載，應(yīng)選擇導(dǎo)線張力稍小，導(dǎo)線截面稍大，并盡量減小分裂根數(shù)，減小鐵塔荷載，因此采用 4×JLHA1／G4A-900／240 導(dǎo)線方案。

JLHA1／G4A-900／240多次用于近期的特高壓直流特高壓大跨越中，目前已有成熟的制造工藝，也積累了一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，與本工程同期開展設(shè)計(jì)的上海廟—山東、錫盟—江蘇線路推薦采用JLHA1／G4A-900／240。

4　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合工程跨越、塔高、氣象條件、地質(zhì)條件等工程特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)參選導(dǎo)線的載流量、電磁環(huán)境和機(jī)械性能進(jìn)行分析比較，推薦綜合經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)，工程初始投資增加不多且不用新研制的4×JLHA1／G4A-900／240導(dǎo)線方案。

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