導地線選型以及新型導線應用研究.doc

淮南-南京-上海特高壓交流工程一般線路工程初 步 設 計第六卷 專題研究報告第二冊 導地線選型及新型導線應用研究專 題 摘 要導線的選擇是1000kV輸電技術的重要課題，特高壓線路往往具有較大的輸送容量，故而導線的選擇對節(jié)約成本、降低電能損耗、降低年費用有著十分深遠的意義。本報告導線選型（一般線路段）的研究內(nèi)容以招標文件給定的可研推薦導線JL/G1A-630/45為基礎，主要圍繞節(jié)能導線應用的可行性及合理性展開分析。1、電力系統(tǒng)條件(1) 系統(tǒng)額定電壓：1000kV(2) 系統(tǒng)最高運行電壓：1100kV(3) 系統(tǒng)每回輸送容量：3000 MW6000MW；(4) 事故時每回極限輸送容量：6000 MW12000 MW；(5) 功率因數(shù)：0.95 ；(6) 最大負荷利用小時數(shù)：5000、5500小時；(7) 年損耗小時數(shù)：3200、3750小時；(8) 上網(wǎng)電價：0.40元/度、0.45元/度、0.50元/度。2、參選導線型式鋼芯鋁絞線： JL/G1A-630/45；鋁包鋼芯鋁絞線：JL/LB20A-630/45；鋼芯高導電率鋁絞線：JL(GD)/G1A-630/45；鋁合金芯鋁絞線：JL/LHA1-465/210；中強度鋁合金絞線：JLHA3-675。3、導線電氣性能比較（1）允許載流量各參選導線載流量對應的極限輸送容量均在每回12000 MW以上，能滿足輸送要求。（2）無線電干擾本報告討論的各型號導線在本工程線路中產(chǎn)生的無線電干擾值（邊相導線地面水平投影外側20m、對地2m高度處，頻率為0.5MHz，好天氣）均在55dB以下，可滿足本工程環(huán)境保護的要求。（3）可聽噪聲各參選導線可聽噪聲值（距離線路邊相導線地面水平投影外側20m處）比較接近，且均不大于55dB，均能滿足噪聲的要求。（4）電能損耗以導線JL/G1A-630/45為基準，導線JL/LB20A-630/45、JL(GD)/G1A-630/45、JL/LHA1-465/210、JLHA3-675的電能損耗分別減小1.4%、2.6%、4.0%、3.9%，節(jié)能導線有較明顯的節(jié)能優(yōu)勢。4、導線機械性能比較（1）過載能力：各參選導線均足以滿足本工程10mm覆冰的氣象條件要求；（2）高溫弧垂：僅中強度鋁合金絞線JLHA3-675的高溫弧垂有較明顯的優(yōu)勢（較鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45降低13%），其余均接近；（3）水平荷載：5種導線水平荷載十分接近；（4）垂直荷載：鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210、中強度鋁合金絞線JLHA3-675垂直荷載略小； （5）大風運行張力、最大使用張力：鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210張力較?。ㄝ^鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45降低8%），中強度鋁合金絞線JLHA3-675張力較大（較鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45增加11%、8%）；5、導線經(jīng)濟性能比較（1）回收初投資年限在輸送容量為26000MW，損耗小時數(shù)為3200h的情況下，節(jié)能導線均能在短期內(nèi)（39年）回收初投資，鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210回收年限最短（34年）。（2）年費用比較圖：各導線年費用差值（萬元/km）與輸送容量關系（損耗小時數(shù)3200h）在輸送容量較低的情況下，各節(jié)能導線由于初投資較高，年費用并無優(yōu)勢；在輸送容量越高的情況下，節(jié)能導線的年費用越顯優(yōu)勢。6、導線選型結論（1）淮南-南京段（遠期輸送容量為23500MW -24000MW），導線推薦意見順序為：鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45、鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210、鋁包鋼芯鋁絞線JL/LB20A-630/45、鋼芯高導電率鋁絞線JL(GD)/G1A-630/45、中強度鋁合金JLHA3-675；（2）南京-泰州段（遠期輸送容量為24000MW-25000MW，考慮近、遠期平均輸送容量約為24000MW），導線推薦意見順序為：鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45、鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210、鋁包鋼芯鋁絞線JL/LB20A-630/45、鋼芯高導電率鋁絞線JL(GD)/G1A-630/45、中強度鋁合金JLHA3-675；（3）泰州-蘇州段（遠期輸送容量為25000MW-26000MW），導線推薦意見順序為：鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210、中強度鋁合金JLHA3-675、鋼芯高導電率鋁絞線JL(GD)/G1A-630/45、鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45、鋁包鋼芯鋁絞線JL/LB20A-630/45；（4）蘇州-滬西段（輸送容量低于24000MW），導線推薦意見順序為：鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210、鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45、鋁包鋼芯鋁絞線JL/LB20A-630/45、鋼芯高導電率鋁絞線JL(GD)/G1A-630/45、中強度鋁合金JLHA3-675。（5）節(jié)能導線生產(chǎn)情況初步調(diào)研：鋼芯高導電率鋁絞線JL(GD)/G1A-630/45：63%IACS硬鋁線生產(chǎn)難度較大，各廠家的產(chǎn)量均較小；鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210：上海中天、青島漢纜、武漢電纜、杭州電纜等四個已有供貨量的廠家每月產(chǎn)能分別為：6000噸、2000噸、2000噸、3000噸，無錫華能、遠東電纜、河南通達、長沙漢河等四個尚無供貨量的廠家每月產(chǎn)能均為1700噸；中強度鋁合金JLHA3-675：上海中天、青島漢纜、武漢電纜、杭州電纜等四個廠家的每月產(chǎn)量分別為： 3500噸、1500噸、2000噸、1200噸。7、地線選型綜合考慮地線機械性能、地線防振、Em/E0值，系統(tǒng)短路流量和工程氣象條件等多方面因素，本工程推薦采用LBGJ-185-20AC作為普通地線，OPGW光纜采用OPGW-185。目 錄1 概述12 基本條件22.1 工程概況22.2 設計氣象條件22.3 各線路段氣象條件及自然環(huán)境條件32.4 電力系統(tǒng)條件33 導線截面及材料的選擇43.1 導線總截面的選擇43.2 導線分裂根數(shù)的選取43.3 導線分裂間距43.4 導線材料43.5 參選導線參數(shù)表74 導線電氣性能的比較84.1 導線電流密度的取值84.2 導線最高允許溫度104.3 導線允許載流量104.4 電磁環(huán)境計算124.5 導線電能損耗194.6 本章小結265 導線機械特性比較275.1 導線力學特性比較表275.2 導線機械特性比較296 導線經(jīng)濟性比較326.1 導線電能損耗費用326.2 導線方案靜態(tài)投資比較356.3 導線方案經(jīng)濟敏感性分析396.4 年費用計算427 綜合比較及結論487.1 從電氣性能方面分析487.2 從機械特性方面分析497.3 從經(jīng)濟性能方面比較497.4 參選導線特點507.5 線路潮流分析517.6 導線選擇結論537.7 節(jié)能導線應用分析568 地線選型598.1 概述598.2 地線選擇原則598.3 地線機械性能608.4 地線耐振性能618.5 地線分流能力628.6 地線Em/E0值628.7 OPGW選型648.8 地線選型結論651 概述導線的選擇是解決1000kV高壓輸電關鍵技術的重要課題，它對線路的輸送容量、電能損耗、傳輸特性、環(huán)境問題(靜電感應，電暈引發(fā)的電強效應、無線電干擾、可聽噪聲等)、技術經(jīng)濟指標都有很大的影響，導線選擇的目標是確保工程的經(jīng)濟、可靠和滿足環(huán)保要求。因此，導線合理選擇對1000kV高壓輸電線路降低工程造價及運行損耗有著十分深遠的意義。1000kV高壓線路工程的架線工程投資一般要占工程本體投資的30以上，再加上導線方案變化引起的桿塔和基礎工程量(數(shù)量和材料重量)的變化，對整個工程的造價影響極大，直接關系到整個線路工程的建設費用以及建成后的技術特性和運行成本。所以在整個輸電線路的技術經(jīng)濟比較中，應該對導線的截面和分裂型式進行充分的技術經(jīng)濟比較，推薦出滿足技術要求而且經(jīng)濟合理的導線截面和分裂型式。導線作為輸電線路的部件之一，它的主要功能當然是安全可靠地輸送電能，對1000kV高壓輸電線路不僅要求滿足環(huán)境保護的要求，而且在經(jīng)濟上還應是合理的，因此，對導線在電氣和機械兩方面都提出了嚴格的要求。在導線截面和分裂方式的選取中，要充分考慮導線的電氣和機械特性，在電氣特性方面，1000kV高壓線路由于電壓的升高，導線電能損耗問題、導線電磁環(huán)境問題將比較低電壓等級的高壓線路更加突出。從世界一些國家的實驗研究和工程實踐情況看，一般均采用多分裂導線來解決這方面的問題，通過合理選擇導線的截面和分裂方式以降低電阻損耗并解決由電暈引起的環(huán)境影響問題；對于導線的機械特性，要使1000kV高壓輸電線路能安全可靠的運行，導線要有優(yōu)良的機械性能和一定的安全度。原則上，在導線選型時，應綜合考慮因素有：經(jīng)濟電流密度、允許載流量、對環(huán)境的影響、必要的機械強度、電能損耗、回收初投資年限、年費用等。為將更多的新技術、新材料、新工藝應用到電網(wǎng)建設中，國網(wǎng)公司提出基建設計201218號關于開展輸電線路節(jié)能導線試點應用工作的通知的要求，并已在各地開展應用節(jié)能導線的試點工程的導線選型工作。本文在導線的選型過程中，以招標文件給定的可研推薦導線鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45為基礎，主要從載流量、電磁環(huán)境、電能損耗、弧垂、過載能力、桿塔荷載、風偏角、投資分析和年費用等多個方面對普通鋼芯鋁絞線、鋁包鋼芯鋁絞線和三種節(jié)能導線（即高導電率鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線和中強度全鋁合金絞線）進行了詳細的技術經(jīng)濟比較。2 基本條件2.1 工程概況 本工程起于安徽省淮南1000kV變電站，經(jīng)南京1000kV變電站，止于上海1000kV變電站，全線雙回路架設，線路全長約765km（不包含淮河、長江大跨）。2.2 設計氣象條件本線路全線按風速27m/s、30m/s、32m/s，覆冰10mm設計，具體設計氣象條件列于下表。表2.2 主要設計氣象條件設計工況氣溫()風速(m/s)覆冰厚度(mm)最高氣溫+4000最低氣溫-2000最大風速-52730320覆冰情況-510導線：10地線：15年平均氣溫+1000安裝情況-10100大氣過電壓+15100操作過電壓+15150年平均雷暴日40冰的比重0.9 g/cm3（注：最大風速為對地10米基準高度，地線覆冰厚度較導線增加5mm，但“僅針對地線支架的機械強度設計?！保?.3 各線路段氣象條件及自然環(huán)境條件本工程各線路段氣象條件及自然環(huán)境條件如下表：表2.1 各線路段沿線氣象條件及自然環(huán)境條件標段序號設計風速(m/s)設計覆冰厚度(mm)地形海拔高程（m）路徑長度（km）淮南-南京段273010平丘河網(wǎng)少量低山500195南京-泰州段3010平丘河網(wǎng)少量低山500156泰州-蘇州段3210平地河網(wǎng)500352蘇州-滬西段3210平地河網(wǎng)500622.4 電力系統(tǒng)條件經(jīng)系統(tǒng)專業(yè)分析，本工程電力系統(tǒng)條件如下：(1) 系統(tǒng)額定電壓：1000kV(2) 系統(tǒng)最高運行電壓：1100kV(3) 系統(tǒng)每回輸送容量：3000 MW6000MW；(4) 事故時每回極限輸送容量：6000 MW12000 MW；(5) 功率因數(shù)：0.95 ；(6) 最大負荷利用小時數(shù)：5000、5500小時；(7) 年損耗小時數(shù)：3200、3750小時；(8) 上網(wǎng)電價：0.40元/度、0.45元/度、0.50元/度。3 導線截面及材料的選擇3.1 導線總截面的選擇根據(jù)本工程經(jīng)審定的可研階段工作成果以及招標文件的統(tǒng)一平臺中的規(guī)定，本工程推薦選用導線截面為8630mm2。3.2 導線分裂根數(shù)的選取本工程推薦采用8分裂導線組合方式。3.3 導線分裂間距參考有關數(shù)據(jù)表明，當分裂間距在400mm左右時導線表面最大電場強度最低。國內(nèi)現(xiàn)有1000kV線路分裂間距均采用400mm，8根子導線正八邊形排列。為此，本工程亦確定采用400mm分裂間距和正八邊形排列。3.4 導線材料作為架空輸電線路的導線，有兩個基本要求，一是必須要有良好的導電率，二是必須具有一定的機械強度以支持其自身的重量及外來的自然荷重（風荷載、冰荷載）。銅是良導體，又具有良好的機械性能及耐腐蝕性，但其價格貴，供應量有限，經(jīng)綜合比較可知，鋁是架空輸電線最理想的導體材料。表3.4 導線的材料性能 材料項目銅鋁鋁合金鋁包鋼鍍鋅鋼絲導電率1006153209機械強度1003971321318重量10030307487從表3.4.1看出，鋁的導電率只是銅的61%，強度為銅的39%，但由于其比重小，相同體積下重量只有銅的30%，因此，從鋁的導電率與重量比及強度與重量比，與相同重量的銅相比可以得出，鋁比銅有更高的強度重量比以及更好的導電性能與重量比，即某一特點的強度及導電率可以從較輕的重量中獲得。從經(jīng)濟上看，鋁的比重小，而且資源豐富，因此鋁的價格要比銅低的多，也更容易取得供應。但純鋁也有一定的缺點，就是其機械強度比較小，只能用于較小的檔距，對特高壓架空輸電線路工程較大的大檔距，則需由一種高強度的材料來加強。其中鋼絞線由于強度高且成本低而被長時間采用，作為輸電線路導線的加強芯，組成鋼芯鋁絞線。然而普通鋼芯鋁絞線面臨電能損耗較大、弧垂特性較差、防腐能力差等問題，隨科技的高速發(fā)展，鋼芯高導電率硬鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線、鋁合金絞線等節(jié)能導線應運而生，并均在線路上得到了國際廣泛應用。綜合參考國內(nèi)輸電線路常用的導線型式以及近年來在全國范圍開展試用的節(jié)能導線，對導線型式進行選擇。按工程要求，系統(tǒng)確定的條件、要求，結合線路沿線的地形和氣象條件，以及我國現(xiàn)在導線生產(chǎn)的情況，本文選擇以下幾種類型導線進行選擇：1）鋼芯鋁絞線為兩種金屬（鋁、鋼）混合絞制的導線，內(nèi)層為單股或多股鍍鋅鋼絲作為加強芯，主要承擔導線所受張力，外層為單層或多層硬鋁絞線，為導線的主要導電部分。鋼芯鋁絞線具有結構簡單，架設與維護方便、線路造價低，傳輸容量大、有利于跨越江河和山谷等特殊地理條件的敷設、具有良好的導電性能和足夠的機械強度、檔距可放大等特點，因此廣泛應用于各種電壓等級的架空輸配電線路中。鋼芯鋁絞線的種類主要為普通鋼芯鋁絞線及鋼芯高導電率硬鋁絞線：普通鋼芯鋁絞線作為最常用的導線形式，在我國有著豐富的運行經(jīng)驗，生產(chǎn)該種型號導線的廠家較多，普通鋼芯鋁絞線630mm2截面的有JL/G1A-630/45、JL/G1A-630/55，考慮到本工程全線為輕冰區(qū)，且地形以無較大高差，故不推薦采用JL/G1A-630/55；鋼芯高導電率硬鋁絞線鋼芯高導電率硬鋁絞線采用63%IACS高導電率鋁線(國際退火銅導電率為100%IACS)，替代普通鋼芯鋁絞線中的61.5%IACS鋁線，與鋁截面相同的普通鋼芯鋁絞線相比，由于鋁線導電率的提高，可使導線整體直流電阻值降低，導電能力提高，電能損耗減少。本文選擇普通鋼芯鋁絞線JL/G1A-630/45（61.5%IACS）、鋼芯高導電率硬鋁絞線JL(GD)/G1A-630/45（63%IACS）參與比較。2）鋁包鋼芯鋁絞線由鋁包鋼絲和硬鋁線絞合組成，內(nèi)層為單股或多股鋁包鋼絲作為加強芯，主要承擔導線所受張力，外層為單層或多層硬鋁絞線，為導線的主要導電部分。鋁包鋼芯鋁絞線廣泛適用于各種電壓等級的輸電線路和要求增大鋁鋼截面比的輸電線路，鋁包鋼芯鋁絞線的鋼芯的鋼絲上被鋁層包裹，鋁鋼結合層為8m的相互滲透層，結合力非常好，鋼不與鋁股相接觸，避免了不同金屬之間的電腐蝕，且與空氣中的水汽隔絕，使得鋁包鋼芯比鍍鋅鋼芯抗腐能力耐鹽霧腐蝕能力提高11倍，其防腐能力強的特點使之廣泛應用于沿海地區(qū)、鹽堿灘和三、四級工業(yè)污染區(qū)輸電線路。鋁包鋼芯鋁絞線630mm2截面的有JL/LB20A-630/45、JL/LB20A-630/55，考慮到本工程全線為輕冰區(qū)，且地形以無較大高差，故不推薦采用JL/LB20A-630/55。本文選擇鋁包鋼芯鋁絞線JL/LB20A-630/45參與比較。3） 鋁合金芯鋁絞線鋁合金芯鋁絞線采用52.5%IACS高強度鋁合金芯替代普通鋼芯鋁絞線中的鋼芯和部分鋁線，導線外部鋁線為61.5%IACS硬鋁。在等總截面應用條件下，由于基本無導電能力的9%IACS鋼芯被鋁合金芯替代，所以鋁合金芯鋁絞線的直流電阻比普通鋼芯鋁絞線更小，因此提高了導電能力。本文選擇鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210參與比較。4） 鋁合金絞線以鋁、鎂、硅合金拉制的鋁合金單絲絞制成的絞線，為單一金屬絞線，抗拉強度接近于銅線，導電率及重量接近于鋁線。鋁合金絞線分為高強度鋁合金線及中強度鋁合金線：高強度鋁合金絞線采用53%IACS高強度鋁合金材料，我國從60年代開始研制和開發(fā)高強度鋁合金線，在90年代引進國外先進的生產(chǎn)設備和工藝技術，產(chǎn)品質量達到國際先進水平；中強度全鋁合金絞線則采用58.5%IACS中強度鋁合金材料。與等總截面的高強度鋁合金線相比提高了導電率，降低了抗拉力；與等總截面的普通鋼芯鋁絞線相比，同樣由于鋁合金材料替代了鋼芯，相當于增大了導線的導電截面，提高了導線導電能力。高強度鋁合金絞線在高差較大的山區(qū)工程中較有優(yōu)勢，但本工程覆冰厚度為10mm，地形也主要為平地，且該導線材料的導電率較低導致電能損耗較大，故本工程不推薦采用高強度鋁合金絞線。本文選擇中強度鋁合金絞線JLHA3-675參與比較，中強度鋁合金絞線的加工工藝分為熱處理、非熱處理，經(jīng)過熱處理的鋁合金線延伸性更好、單價更高，考慮到特高壓線路的重要性，本報告將經(jīng)過熱處理的中強度鋁合金絞線JLHA3-675作為分析。各參選導線參數(shù)表見下節(jié)。3.5 參選導線參數(shù)表各導線參數(shù)基本參考了相關執(zhí)行標準，僅鋁包鋼芯鋁絞線JL/LB20A-630/45由于在目前國網(wǎng)采購標準規(guī)范中的規(guī)格（外徑為33.6mm）與其余幾種導線（外徑為33.75mm）不一致，為保證各參選導線規(guī)格的一致性，本報告使用了有關廠家提供的該導線參數(shù)。各參選導線參數(shù)表見下節(jié)。表3.5 參選導線參數(shù)表序號12 3 45導線類型鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金導線型號JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675執(zhí)行標準GB/T1179-2008 廠家提供Q/GDW632-2011國網(wǎng)企標（報批稿）國網(wǎng)企標（報批稿）結構鋼（鋁包鋼，鋁合金）芯7/2.817/2.817/2.8119/3.75鋁合金(外絞線)45/4.2245/4.2245/4.2242/3.7561/3.75截面積S（mm2）鋼（鋁包鋼，鋁合金）芯43.60 43.41 43.41 209.85 鋁合金(外絞線)630.00 629.40 62 9.40 463.88 673.73 總截面674.00 672.81 672.81 673.73 673.73 鋁鋼比（外絞線/芯線）14.45 14.50 14.50 2.21 單重W（kg/km）2079.2 2026.5 2078.4 1858.9 1861.0 外徑D（mm）33.75 33.75 33.75 33.75 33.75 綜合彈性系數(shù)（MPa）63000 61900 63000 55000 55000 綜合線膨脹系數(shù)（10-6/）20.90 21.31 20.90 23.00 23.00 20直流電阻0.04590 0.04486 0.04450 0.04470 0.04470 計算拉斷力T（N）150450 152800 150190 137020 161690 保證拉斷力T（N）142927.5 145160.0 142680.5 130169.0 153605.5 拉重比T/W(km)7.38 7.69 7.37 7.52 8.87 綜合破壞力b（MPa）212.06 215.75 212.07 193.21 227.99 4 導線電氣性能的比較4.1 導線電流密度的取值在一般的輸電線路設計中，各國均根據(jù)各個時期的導線價格、電能成本及線路工程特點等因素分析確定，提出了一個最為經(jīng)濟的導線單位截面的輸送電流，稱之為經(jīng)濟電流密度，對于經(jīng)濟電流密度，由于各國的情況各不相同，所取的數(shù)值也大不相同。我國幅員遼闊，各地電網(wǎng)的送電成本又有明顯差異，因此各地區(qū)的經(jīng)濟電流密度亦應有所不同，但目前我國尚未制定出適合的數(shù)值，表4.1-1是原“水電部”1965年頒布的經(jīng)濟電流密度值。表 4.1-1 我國規(guī)定的經(jīng)濟電流密度（A/mm2）導線材料最大負荷利用小時3000以下3000-50005000以上鋁1.651.150.9銅3.02.251.75經(jīng)計算，本工程分別考慮每回輸送容量為3000MW12000MW，則各導線的電流密度值見下表：表 4.1-2 各參選導線在每回輸送容量為3000MW12000MW的電流密度（A/mm2）序號12345導線類型JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675導線型號鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金分裂根數(shù)88888輸送容量（每回，MW）30000.310.310.310.310.3140000.410.41 0.410.410.4150000.51 0.51 0.51 0.51 0.51 60000.61 0.61 0.61 0.61 0.61 70000.71 0.72 0.72 0.71 0.71 80000.82 0.82 0.82 0.82 0.82 90000.92 0.92 0.92 0.92 0.92 100001.02 1.02 1.02 1.02 1.02 110001.12 1.12 1.12 1.12 1.12 120001.22 1.23 1.23 1.22 1.22 由于本工程線路最大輸送容量需按照N-1原則取值，正常輸送容量在23000MW26000MW，參選導線實際的電流密度處于0.3 A/mm20.6A/mm2，雖并未達到經(jīng)濟電流密度，但經(jīng)濟電流密度已經(jīng)不能用于決定最優(yōu)導線截面，僅為導線截面的初步選取做參考。4.2 導線最高允許溫度導線最高允許溫度是控制導線載流量的主要依據(jù)，導線允許最高溫度主要由導線經(jīng)過長期運行后的強度損失和連接金具的發(fā)熱而定，當工作溫度越高，運行時間越長，則導線的強度損失越大，但根據(jù)國外一些研究數(shù)據(jù)，從導線耐熱的角度考慮，鋼芯鋁絞線可采用150，主要應考慮導線接頭的氧化和連接金具的發(fā)熱情況。我國根據(jù)以往線路的運行經(jīng)驗，在1000kV架空輸電線路設計規(guī)范GB50665-2011中規(guī)定：“5.0.4 驗算導線允許載流量時，導線的允許溫度宜按下列規(guī)定取值： 1 鋼（鋁包鋼）芯鋁絞線和鋼（鋁包鋼）芯鋁合金絞線宜采用70，必要時可采用80；大跨越宜采用90；2 鋁包鋼絞線可采用80，大跨越可采用100，也可經(jīng)試驗決定。”4.3 導線允許載流量根據(jù)導線允許載流量公式：式中: 允許載流量（A）；單位長度導線的輻射散熱功率（W/m）；單位長度導線的對流散熱功率（W/m）；單位長度導線的日照吸收功率（W/m）；允許溫度時導線的交流電阻（/m）。輻射散熱功率的計算式：式中：D導線外徑（m）；導線表面的輻射散熱系數(shù)取0.90；斯特凡-包爾茨曼常數(shù)，為5.6710-8（W/m2）；導線表面的平均溫升55（），環(huán)境溫度取15（）。對流散熱功率的計算式：式中：導線表面空氣層的傳熱系數(shù)（W/m）；Re雷諾數(shù)。Re=VD/式中：V垂直于導線的風速取0.5（m/s）； 導線表面空氣層的運動粘度（m2/s）；日照吸熱功率的計算式：式中：導線表面的吸熱系數(shù)取0.9；日光對導線的日照強度取1000（W/m2）。經(jīng)計算得出下表：表4.3 參選導線方案的允許載流量及最大輸送容量對比表序號導線型號分裂根數(shù)單根載流量(A)相導線載流量(A)相導線載流量對比（以導線1為基準）每回路最大輸送功率(MW)1JL/G1A-630/458871 6966 1.00 12035 2JL/LB20A-630/458877 7015 1.01 12121 3JL(GD)/G1A-630/458881 7050 1.01 12181 4JL/LHA1-465/2108893 7144 1.03 12342 5JLHA3-6758891 7127 1.02 12314 （注：該表格各導線允許載流量計算條件為環(huán)境溫度為35，導線允許最高溫度為70。）按照N-1原則，當一回線路故障時，另一回線路應能輸送全部的功率，本工程系統(tǒng)條件為正常條件下每回輸送容量為3000MW6000MW，當某一回故障時，另一回要求的輸送容量為6000MW12000MW，根據(jù)表4.3導線方案的最大輸送容量對比可知，各參選導線均能滿足要求。載流量從小到大排列依次為：JL/G1A-630/45、JL/LB20A-630/45、JL(GD)/G1A-630/45、JLHA3-675、JL/LHA1-465/210。4.4 電磁環(huán)境計算4.4.1 導線相序布置導線相序排列不同對其表面電場強度有影響。由于逆相序（即一回按上A、中B、下C，另一回按上C、中B、下A）排列對防止雷電反擊，避免兩回路同時跳閘有利，能使作用到絕緣子串上由雷電造成的電壓和系統(tǒng)工作電壓相疊加，可以造成一回線路首先閃絡而起到分流和降低接地電阻及塔身壓降，以及事故相分流對正常相感應耦合，從而降低正常相絕緣子串上的耐受的電壓，以達到另一回線路不會同時跳閘保證線路安全送電的目的。因此，一般同塔雙回線路均推薦采用逆相序布置。計算輸入條件如下：I串布置：導線布置按逆相序（即一回按上 A、中 B、下C，另一回按上 C、中 B、下 A）排列，桿塔型式及呼高按 SZ271 -45m（以該塔為模型計算出的導線表面最大場強為最不利情況，塔型見下圖）；圖4.1.1-1 SZ271桿塔一覽圖 V串布置：導線布置按逆相序（即一回按上 A、中 B、下C，另一回按上 C、中 B、下 A）排列，桿塔型式如下圖；圖4.1.1-2 SZV321A桿塔一覽圖 4.4.2 導線表面最大場強本報告根據(jù)“國際大電網(wǎng)會議第36.01工作組”推薦的方法，利用等效電荷法計算高壓送電線（單相和三相高壓送電線）下空間工頻電場強度。計算結果如下表：表4.4.2 參選導線表面最大場強E（kV/cm）序號12345導線類型鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金導線型號JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675分裂根數(shù)88888導線外徑D（mm）33.7533.7533.7533.7533.75導線表面最大場強E（kV/cm）I串布置15.6215.6215.6215.6215.62V串布置15.9115.9115.9115.9115.91從上表可以看出，對于同一條線路，導線表面最大電場強度與導線半徑密切相關，本報告討論的五種型號導線的直徑相一致，因此各導線表面最大電場強度都一致。4.4.3 無線電干擾輸電線路的無線電干擾主要是由導線、絕緣子或線路金具等的電暈放電產(chǎn)生，電暈形成的電流脈沖注入導線，并沿導線向注入點兩邊流動，從而在導線周圍產(chǎn)生磁場，即無線電干擾場。由于高壓架空送電線的導線上沿線“均勻地”出現(xiàn)電暈放電和電流注入點，考慮其合成效應，導線中形成了一種脈沖重復率很高的“穩(wěn)態(tài)”電流，所以架空送電線周圍就形成了的脈沖重復率很高的“穩(wěn)態(tài)”無線電干擾場。關于輸電線路的無線電干擾限值，至今國際上沒有統(tǒng)一標準，加拿大、波蘭、捷克和斯洛伐克、瑞士、前蘇聯(lián)等國家都制定了相應的國家標準，這些標準中，有的規(guī)定是不分電壓等級只有一個限值，有的不僅規(guī)定了一個限值，還規(guī)定了電壓不同，限值的參考距離不同。目前，根據(jù)1000kV架空輸電線路設計規(guī)范GB50665-2011中規(guī)定：“海拔500m及以下地區(qū)，距離線路邊相導線地面水平投影外側20m、對地2m高度處，且頻率為0.5MHz時，在好天氣下，無線電干擾設計控制值不應大于55dB(V/m)。本工程各標段的海拔基本在500m以下，因此，導線選擇的無線電干擾限值（好天氣）按一般地區(qū)不超過55dB(V/m) 取值。根據(jù)高壓交流架空送電線路無線電干擾限值（GB 15707-1995）中的激發(fā)函數(shù)預估公式：大雨天無線電干擾式中 ： E 導線表面最大電場強度有效值，kV/cm；（該值計算結果見4.4.2） d 子導線直徑，cm；n 導線分裂數(shù)。計算結果如下表：表4.4.3 參選導線無線電干擾值ND（邊相導線地面水平投影外側20m、對地2m高度處，頻率為0.5MHz，好天氣）（dB）序號12345導線類型鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金導線型號JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675無線電干擾值dB (V/m)I串布置53.4553.4553.4553.4553.45V串布置53.7953.7953.7953.7953.79（注：文件特高壓交流線路絕緣子串長優(yōu)化總體論證暨工程應用方案審查會議紀要（特交流【2010】231號）中給出結論“大雨條件下的無線電干擾計算值比好天氣下的均值大約20dB，原則上可按照20.5dB進行修正?！北竟こ滩捎迷撗芯砍晒?，將激發(fā)函數(shù)法計算結果減去20.5dB（A）進行修正得到導線在晴天無線電干擾值。）由上表可知，本報告討論的各型號導線在本工程線路中產(chǎn)生的無線電干擾水平均可滿足本工程環(huán)境保護的要求。4.4.4 可聽噪聲根據(jù)國內(nèi)外的研究經(jīng)驗，隨著電壓的升高和導線分裂根數(shù)的增加，輸電線路的電暈噪聲問題越顯突出，電壓越高越須關注，其限制標準將對導線截面和分裂方式的選取產(chǎn)生影響，雖然世界上很多國家（包括中國）對輸電線路的可聽噪聲沒有限制標準，但各國均制定有環(huán)境噪聲的限制標準，輸電線路屬于整個環(huán)境中的一部分，其可聽噪聲的限值可參考當?shù)氐沫h(huán)境噪聲限制標準。在我國相應的環(huán)境噪聲標準有：GB3096-93城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準，GB12348-90工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準，GB12523-90建筑施工場界噪聲限值，城市區(qū)域環(huán)境噪聲和工業(yè)企業(yè)廠界噪聲這兩個標準，都劃分了不同標準以適用于不同的區(qū)域，標準如下表：表4.4.4-1 中國噪聲標準 （等效聲級Laeq：dB（A）類 別晝 間夜 間05040155452605036555470550 類適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域（工業(yè)企業(yè)廠界噪聲無此類標準）。1類適用于以居住、文教機關為主的區(qū)域。鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照執(zhí)行該類標準。2類適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)3類適用于工業(yè)區(qū)。4類適用于城市中的道路交通干線道路兩側區(qū)域，穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩側區(qū)域。按照我國國內(nèi)1000kV架空輸電線路設計規(guī)范GB50665-2011中規(guī)定：“海拔500m及以下地區(qū)，距離線路邊相導線地面水平投影外側20m處，濕導線的可聽噪聲設計控制值不應大于55dB（A）?！蹦壳皣H有多種計算線路可聽噪聲的預估公式，經(jīng)專家學者研究討論得出，美國BPA推薦的可聽噪聲預估公式與實測值最為接近。美國BPA推薦的可聽噪聲預估公式(濕導線L50值)：式中:SLA-A計權聲級；PWL(i)-i相導線的聲功率級；Ri-測點至被測i相導線的距離(m)；Z-相數(shù)；其中PWL按下式計算:PWL=-164.4+120lgE+55lg(Deq)； 式中：E-導線的表面梯度(kV/cm)；（見4.4.2）Deq為等效直徑，Deq=0.58n0.48d(n4)；其中：n-分裂根數(shù)；d-次導線直徑(mm)。這個預測公式對于分裂間距為3050cm，導線表面梯度為1025kV/cm的常規(guī)對稱分裂導線均是有效的。計算結果如下：表4.4.4-2 參選導線濕導線可聽噪聲值 （dB（A）序號12345導線類型鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金導線型號JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675濕導線可聽噪聲值dB (V/m)I串布置54.3154.3154.3154.3154.31V串布置54.8054.8054.8054.8054.80（注：國網(wǎng)電力科學研究院對特高壓試驗線段的噪聲測試研究表明，實測水平低于采用BPA公式計算值2dB。因此，本報告按BPA公式計算可聽噪聲后再減去2dB修正得到濕導線可聽噪聲值。）由上表可知，各參選導線可聽噪聲值比較接近，且均不大于55dB，故本文討論的各參選導線均能滿足噪聲的要求。4.5 導線電能損耗4.5.1 電阻損耗本工程額定輸送容量為23000MW26000 MW，則額定電流對應為1736A3473 A，年損耗小時取3200小時、3750小時，全年電阻電能損失公式計算如下：，萬度/km式中： 電阻電能損失（萬度/km）I 線路額定電流：k 交直流電阻比（根據(jù)國網(wǎng)電科院提供的各導線交直流電阻比實測數(shù)據(jù)取值）：鋼芯鋁絞線為1.0473，鋁包鋼芯鋁絞線為1.0564，鋼芯高導電率鋁絞線為1.0488，鋁合金芯鋁絞線為1.0347，鋁合金絞線為1.0345；R 導線直流電阻（/km，20時） 年損耗小時數(shù)取3200（h）、3750（h）N 導線分裂根數(shù)取8（根）； 直流電阻隨溫度變化的增大系數(shù)；=1+，為導線電阻溫度系數(shù)，分別如下：鋼芯鋁絞線（61.5%IACS）電阻溫度系數(shù)為0.00403（1/）；鋁包鋼芯鋁絞線（61.5%IACS）的電阻溫度系數(shù)0.00403（1/）；鋼芯高導電率鋁絞線（63%IACS）的電阻溫度系數(shù)0.00416（1/）；鋁合金芯鋁絞線：內(nèi)層為鋁合金芯（52.5%IACS，電阻溫度系數(shù)=0.0036），外層為鋁絞線（61.5%IACS，電阻溫度系數(shù)=0.00405），通過分開計算鋁合金芯以及外鋁絞線的直流電阻隨溫升變化，綜合計算得出鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210在各輸送容量對應的導線溫度下的電阻溫度系數(shù)：表4.5.1-1 鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-465/210在不同輸送容量下的導線溫度（）及電阻溫度系數(shù)（1/）（環(huán)境溫度取15）輸送容量導線溫度（）電阻溫度系數(shù)（1/）輸送容量每回3000MW31.821 0.003698輸送容量每回4000MW32.717 0.003713輸送容量每回5000MW33.874 0.003730輸送容量每回6000MW35.298 0.003747中強度鋁合金絞線（58.5%IACS）的電阻溫度系數(shù)0.00386（1/）。為達到額定電流時的導線溫度，按不同輸送容量考慮，環(huán)境溫度取15，值、交流電阻分別如下表：表4.5.1-2 各導線在不同輸送容量下的導線溫度（）及交流電阻值（/km）（環(huán)境溫度取15）序號1 2 3 4 5 導線類型鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金導線方案JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675直流電阻20時（/km）0.04590.045260.04450.04470.0447導線電阻溫度系數(shù)0.004030.004030.004160.0036980.0037130.0037300.0037470.00386交直流電阻比1.047 1.056 1.049 1.035 1.035 導線分裂數(shù)N88888輸送容量每回3000MW導線溫度（）31.870 31.853 31.837 31.821 31.823 交流電阻（/km）0.05037 0.04966 0.04897 0.04827 0.04835 輸送容量每回4000MW導線溫度（）32.806 32.776 32.747 32.717 32.720 交流電阻（/km）0.05055 0.04983 0.04915 0.04844 0.04851 輸送容量每回5000MW導線溫度（）34.015 33.967 33.922 33.874 33.879 交流電阻（/km）0.05078 0.05006 0.04938 0.04865 0.04872 輸送容量每回6000MW導線溫度（）35.501 35.432 35.368 35.298 35.304 交流電阻（/km）0.05107 0.05034 0.04966 0.04890 0.04898 計算得出各導線在不同輸送容量下的電阻損耗功率如下：表4.5.1-3 各導線在不同輸送容量下的電阻損耗功率（雙回路），kW/km序號1 2 3 4 5 導線類型鋼芯鋁絞線鋁包鋼芯鋁絞線鋼芯高導電率鋁絞線鋁合金芯鋁絞線中強度鋁合金導線方案JL/G1A-630/45JL/LB20A-630/45JL(GD)/G1A-630/45JL/LHA1-465/210JLHA3-675輸送容量23000MW113.90 112.29 110.74 109.16 109.34 輸送容量24000MW203.22 200.33 197.58 194.72 195.03 輸送容量25000MW319.00 314.44 310.15 305.56 306.04 輸送容量26000MW461.96 455.33 449.15 442.34 442.99 以導線1為基準差值0.0%-1.4%-2.8%-4.2%-4.1%（注：上表差值取輸送容量為26000MW時，各輸送容量情況下該差值相近。）由表4.5.1-12可知，以導