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NEWS
500kV及以上大截面架空导线技术
Published:admin Time:2009-6-26 View 1987
  大截面导线技术

        1 技术原理

目前,随着国民经济的高速发展,国内(尤其是华东、华北和南方等经济发达地区)用电负荷急剧攀升,电网建设已滞后于经济的发展,加速电网建设的呼声也越来越高。然而,制约电网建设的一个重要原因就是输电线路的架设。大截面导线技术可解决出线回路多而出线走廊资源有限的问题。同等条件(电压等级、分裂数、导线材料)下,导线截面积增加1倍,按经济电流密度计算,导线的输电容量可提升90%以上,按导线发热条件计算,输电容量也可提升50%左右,明显提高输电走廊的效率。使用大截面导线,可提高线路的电气性能和机械性能,改善线路对环境的影响。

        1.1 电气性能

 
电气性能是大截面导线首先需要考虑的问题,这方面主要考虑线路的电晕特性和电阻特性。电晕是电位梯度超过一定临界值后导线周围的空气游离所致的一种发光放电现象。经计算得知,采用导线的截面越大,线路的表面电位梯度越低,单位长度导线的电晕线损越小;同时,在相同输电容量下,单位长度导线的电阻损耗也越小。
华东电力设计院在三峡龙政线500kV直流输电线路设计中,分别比较了几种导线最大表面电位梯度、电晕起始电位梯度及电晕损失。
根据美国电科院(EPRI)的《±600kV高压直流输电线路设计参数手册》及加拿大TESH-MONT咨询公司推荐公式,500kV双极性直流导线表面梯度的计算结果见表4-1。
表4-1 各种导线的导线表面电位梯度
导线分裂型式
4×LGJ-630/55
4×ACSR-720/50
4×LGJ-800/70
梯度(kV/cm)
20.18
19.42
18.44
 
参考直流葛-沪线使用公式及TESH-MONT咨询公司推荐公式,电晕起始梯度的计算结果见表4-2。
</DIV>
<DIV class=Section2>
 
表4-2 各种导线起始电晕梯度
导线分裂型式
4×LGJ-630/55
4×ACSR-720/50
4×LGJ-800/70
正极导线g(kV/cm)
18.74
18.66
18.57
负极导线g(kV/cm)
18.02
17.92
17.82
 
双极好天气下电晕损失及本工程总电晕损失(按l~900km)见表4-3。
表4-3 各种等效电晕损失及总电晕损失
导线
4×LGJ-630/55
4×ACSR-720/50
4×LGJ-800/70
导线高(cm)
1600
1600
1600
单位电晕P(kW/回·km)
2.479
2.094
1.601
总电晕(kW)
2231
1885
1445
 
根据电阻损耗Pl=I2×r,各导线电阻损耗及总线损见表4-4。
表4-4 导线电阻损耗及总线损
导线
4×LGJ-630/55
4×ACSR-720/50
4×LGJ-800/70
电流I(kA)
3
3
3
20℃直流电阻(Ω/km)
0.04514
0.0398
0.03574
电阻损失Pl(kW)
91409
80595
72374
电晕损失PP(kW) (取H=1250cm组)
1124.2
952.2
729
总线损(kW)
92532.7
81547
73103
电晕损失占总线损的%
1.215
1.17
0.997
 
以上比较计算结果表明,导线截面越大,则线路的电晕和电晕线损越小。
1.2 机械性能
大截面导线具有较好的机械性能,根据计算,在相同的铝钢比下,截面积越大,线路覆冰的抗过载能力越强,见表4-5、4-6。
表4-5铝钢截面为14.5的不同截面导线的抗过载能力
导线型号
最大覆冰厚度(mm)
LGJ-300/20
15
LGJ-630/45
23
 
表4-6铝钢截面为11.34的不同截面导线的抗过载能力
导线型号
最大覆冰厚度(mm)
LGJ-400/35
20
LGJ-800/70
25
</DIV>
国家电网公司先进适用技术评估报告
在线路等效截面积相当的情况下,大截面少分裂数的导线与小截面多分裂数的相比,线路的机械性能(线路的风载及线路对杆塔的荷载)可得以改善。

        1.3 环境影响

 
输电线路的环境影响包括电场效应(合成场强、人或物体感应电压)、无线电干扰、电视干扰及可听噪音,直流线路还需考虑离子流密度。导线截面积变大,线路产生的噪声、无线电干扰和电视干扰都会减小。根据三峡直流输电工程(龙泉-政平)中的计算结果表明,采用720mm2导线后,输电线路下对人体或物体的感应电压及其稳态电击或瞬态电击是没有任何危险的,并且优于常规导线。

        2 国内外应用情况

 
国内已先后在华东、华中、南方等地区建成和投运采用500~720mm2大截面导线的500kV输电线路,华北地区的500kV大截面导线输电线路也在建设中。
在华东地区,大截面导线在建和已投产的500kV线路有:杨东-斗山线、张家港-斗山线、锡东南-车坊线、武南-锡东南线、滁州-马鞍山线(630mm2)、太仓-徐行线(630mm2耐热导线)、政平-武南线(720mm2)。
国内其他地区,大截面导线也有广泛应用,主要应用于直流输电以及南方经济发达地区的主干网。例如,目前三峡输变电工程已有3条输送电工程采用720mm2大截面导线,每条线可输送300万千瓦的电能,一条是三峡(龙泉)至江苏常州(政平)直流线路,是三峡电站送往华东第一回直流输电线路,经过湖北、安徽、江苏三省,全长890km;一条为三峡(宜都)至广东(惠州)输电线路,经湖北、湖南、广东三省,全长975km;还有一条为三峡(宜都)至上海(华新)输电线路,经过湖北、安徽、江苏、浙江四省,全长1075km。贵广直流输电I、II回线路也采用720 mm2大截面导线,全长882km。在南方经济发达地区,630mm2大截面在500kV、220kV主干网中应用非常广泛,如同杆双回220kV架空线路妈-西线(妈湾电厂-西乡变电站)采用了2×630mm2大截面输电线路。
国外一些国家大截面导线、耐热导线、同杆共架多回线、紧凑型输电线路等大容量输电技术的应用非常广泛。日本275kV系统中普遍采用2×810mm2、4×410mm2、2×1160mm2、4×810mm2导线;500kV导线的截面已达4×1520mm2、6×810mm2(1000kV采用8×810mm2、8×960mm2导线)。东京电网目前普遍采用耐高温的大截面导线,如 TACSR 810mm2×4(连续热容量为6GW)和TACSR 810mm2×6导线(连续热容量可达10GW)。
3 综合效益分析
大截面导线技术的实施,可带来良好的社会效益和经济效益。

        3.1 社会效益

 
大截面导线技术可解决出线回路多而出线走廊资源有限的问题,明显提高输电走廊的效率,避免因大范围征地而带来的不和谐因素;同时,大截面导线的可听噪声和无线电干扰都比较小,减少了对居民生活环境的影响。

        3.2 经济效益

 
线路成本由线路本体材料、设计施工及各种赔偿和间接费用构成。尽管近年来材料设备等装置性材料费用、设计施工人工费用大幅度增加,但导线截面增大后,与输送容量增加相比,线路的总造价增加的比例不算大。以220kV同杆双回妈湾电厂妈-西线为例,采用2×630mm2与采用2×300mm2导线相比,虽然每km的造价增加了50万元左右,致使总造价提高了20%左右,但输电容量却提高了50%以上;即使在相同的输电容量下,前者每km·年网损比后者低9~10万元,8年左右可以收回多投的资金。

        4 生产能力分析

 
在制造工艺方面,大截面导线比普通导线更为严格。其中几个关键的问题就是铝液杂质含量、铝单线抗拉强度、铝单线抗拉强度不均匀度及铝导线应力。
铝液中的杂质会增加铝导线的电阻率和铝单线的断头率。ACSR-720/50mm2导线其电阻值应小于0.039840Ω/km,规定每个制造长度最外层铝线不允许有接头,内层铝线允许有4个接头。为达到这一要求,最好采用每单位长度有适当微孔的过滤板,对铝液杂质进行了两次过滤和吸附,这样就可以使导线的电阻稳定在<0.039590Ω/km的较好范围内,绞制时直径为4.53mm铝单线的断线次数可从无过滤时的1.7×l0-3次/km降低到8×l0-4次/km,最大限度地降低了铝单线的接头次数。
720mm2导线的铝单线的抗拉强度要大于160MPa,且全部45根铝单线的抗拉强度
</DIV>
<DIV class=Section2>
国家电网公司先进适用技术评估报告
不均匀值应控制在20MPa范围内。这首先要求严格地将拉线用铝杆的抗拉强度和外径控制在一个精确的范围内,最好将铝单线拉制时的自然冷却方式改为循环冷却方式,将传统的单模人工添加润滑油系统改为循环过滤润滑系统,采取了上述措施后,拉制的用于720mm2导线的直径为4.53mm铝单线,其抗拉强度值能较稳定地控制在162~180MPa范围内。
为保证720mm2导线在架设和接续时的质量,要求在绞制导线时最大限度地消除绞制过程中在铝单线上产生的应力。通常靠预扭方式消除铝单线的应力,把预扭程度调整到恰到好处的值是生产该导线的关键技术之一。
在大截面导线的制造方面,目前国内主要电线电缆生产厂家均可生产符合相关要求、截面积≤720mm2的导线;但是,国内无法生产更大截面的导线。同时,与截面积≤720mm2导线对应的配套金具也已实现国产化,如成都金具总厂生产的大截面导线配套金具在三峡500kV送出工程龙泉-政平、三峡-广州两条直流输电线路中使用。
在大截面导线的施工方面,主要考虑因大截面导线自身重量、体积大大高于普通导线而造成的困难。目前,湖北省输变电工程公司、甘肃送变电公司、陕西送变电公司等施工单位,在500kV大截面导线施工工艺和相应工器具的研究、研制与应用上取得了重大成果,如使用中型设备对三峡输变电工程中ACSR-720/50大截面导线实施“一牵四”张力放线获得了成功等。

        5 规程及标准状况

 
目前与大截面导线技术相关的国标和行业标准比较完备,主要包括:
            (1)GB/T 1179-1999《圆线同心绞架空导线》
            (2)DL/T 5092-1999《110~500kV架空送电线路设计技术规程》
            (3)GBJ 233-1990《110~500kV架空电力线路施工及验收规范》
            (4)其中,GB/T 1179-1999在技术上等同与国际电工委员会IEC标准、美国ASTM标准,是国内导线生产及使用的基本依据;但是该标准中缺少当前比较常用的几种大截面导线型号(如ACSR-720/50、ACSR-720/90),而这些型号正在编入该标准的修订稿中。

6 结论与建议

       6.1 结论

 
大截面导线技术在国外应用广泛,国内也有较多工程实例。与常规导线相比,大截面导线可节省线路走廊资源、提高输电容量、降低线路损耗、改善线路周围的电磁环境,具有较好的社会效益和经济效益。截面积≤720mm2的大截面导线在制造、施工等方面的技术难题已被国内施工单位解决,而相关标准、规程也比较完善。因此,截面积≤720mm2的大截面导线宜于推广。

        6.2 建议

            (1)结合耐高温导线技术
 
大截面导线在有效提高电网的传输容量的同时,不可避免的抬高了线路、杆塔、绝缘子及金具的成本。而国外,较多地将耐高温导线技术同大截面导线技术结合,广泛应用耐高温大截面导线,也称增容导线,这样,只更换导线就可增大容量,其尺寸、张力及弛度在与原先的导线基本相同情况下,可使送电容量倍增。
            (2)进行深入、全面的技术经济分析
 
DL/T 5092-1999《110kV~500kV架空送电线路设计技术规程》规定送电线路的导线截面除根据经济电流密度选择外,还要按电晕及无线电干扰等条件来进行校验。应结合工程特点,如高海拔、重冰区、大气腐蚀、无线电干扰等因素,选定导线型号规格。
经济电流密度是确定导线截面的关键。国民经济的发展,生产水平的提高,电力和有色金属供应的改善等情况的变化,在今后发展的一定阶段,还要对已颁布的导线经济电流密度作必要修订,以与当前的经济政策及现状相适应。
大截面导线技术的应用应充分考虑线路建设和运行中所遇到的技术经济问题,以深入、全面的技术经济分析为基础。要对提高输送容量的方案进行经济技术比较,结合具体工程实际,选择合适截面的导线。
            (3)完善相关标准
 
需尽早在GB/T 1179-1999《圆线同心绞架空导线》中补充更多导线型号,以方便线路的设计、施工及运行维护。
            (4)研制、应用截面积>720mm2的导线

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国家电网公司先进适用技术评估报告
随着电力需求的不断增长,导线的截面积势必会继续变大。因此,研制截面积>720mm2导线及其配套金具,实现设计、制造、施工国产化已刻不容缓。
总之,大截面导线的确可以有效提高电网的传输容量,但受到经济和施工、运输等因素的制约,导线截面面积不能无限变大。为了提高线路走廊的有效利用率,减小电网对环境的影响,采用耐高温和大截面技术相结合的方法研制新型导线是今后发展的必然趋势;并在深入全面的技术经济分析基础上,实施应用大截面导线技术。

参考文献

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