高压导线选型研究

敖丽华

【摘 要】导线是架空输电线路的最基本组成元件之一，架线工程投资占工程本体投资30%左右，其对整条架空输电线路的杆塔、基础、绝缘子和金具强度、经济技术指标等起着决定性影响。

为将更多的新技术、新材料、新工艺应用到电网建设中，在导线的选型过程中，从电能损耗和载流量、弧垂、过载能力、杆塔荷载、电磁影响等方面。本专题主要有以下研究结论：（1）通过载流量的计算，系统极限输送容量时，采用钢芯铝合金绞线（JLHA2/G1A-300/20和JLHA2/G1A-300/50）导线温度达到72℃，其余选择导线温度均小于70℃。（2）通过表面电场、无线电干扰、可听噪声分析，上述导线均不受影响。本专题还对地线选型进行了研究，根据本线路两端母线单相短路电流相差较大的特点，经过短路电流分布计算，结合本线路冰区划分和杆塔设计，对地线进行分段选择。

【关键词】原则；参数；选择

一、导线选择的主要原则

导线的选择是高压输电技术的重要课题，它对线路的输送容量、传输性能、环境问题（静电感应、电晕、无线电干扰、噪声等）对输电线路的技术经济指标都有很大的影响，因此，导线选择对是现社会高压输电线路技术难关和降低造价有着十分深远的意义。

根据高压输电线路的特点，导线选择时，在电气特性、机械性能、经济性等方面需综合考虑以下因素：

· 导线的允许温升

· 对环境的影响：包括无线电干扰、电晕噪声等

· 经济电流密度

· 电晕临界电压

· 必要的机械强度

· 年费用

· 其它方面（如导线的电晕损失、对杆塔重量及绝缘子金具的影响及制造、施工条件等）

导线标准

根据《圆线同心绞架空导线》（GB/T 1179-2008）以及国网颁发的《钢芯高导电率铝绞线》（Q/GDW 632-2011）、《铝合金芯高导铝绞线》（报批稿）和《中强度铝合金绞线》（报批稿）等技术标准选择导线型号。

· 通过经济电流密度的计算，初步确定导线总截面。

· 计算各备选导线方案（分裂间距及分裂半径、子导线根数和直径）地面电场强度、无线电干扰、可听噪声，并进行电磁环境影响的研究。

· 计算各备选导线方案电晕与电阻损失，采用年费用最小法进行综合经济比较。

· 对各备选导线方案综合技术经济特性进行比较。

二、导线选择的主要参数

（一）导线电流密度

在一般输电线路设计中，各国均根据不同时期的导线及钢材、水泥等材料价格、电能成本及线路工程特点等因素，通过分析计算，提出一个最为经济的导线单位截面的输送电流，称之为经济电流密度。对于经济电流密度，由于各国、各时期的情况各不相同，所取的数值也大不相同。

虽然上述经济电流密度已经不能用于决定最优导线截面，但其实际的经济电流密度应该在其附近，因此作为导线截面的初步选取的参考仍然可以，本研究报告中取1.15A/mm2电流密度作为导线初选的参考值。

（二）导线最高允许温度

导线最高允许温度是控制导线载流量的主要依据，导线允许最高温度主要由导线经过长期运行后的强度损失和连接金具的发热而定，当工作温度越高，运行时间越长，则导线的强度损失越大，但根据国外一些研究数据，从导线耐热的角度考虑，钢芯铝绞线可采用150℃，主要应考虑导线接头的氧化和连接金具的发热情况。

我国根据以往线路的运行经验，在《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）中规定，验算导线允许载流量时钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度采用+70℃，必要时可采用+80℃。

环境气温应采用历年最高气温月的最高平均气温，并考虑太阳辐射的影响。太阳辐射功率密度应采用0.1W/cm2，相应风速为0.5m/s。

（三）无线电干扰

输电线路的无线电干扰主要是由导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电产生，电晕形成的电流脉冲注入导线，并沿导线向注入点两边流动。从而在导线周围产生磁场，即无线电干扰场。

三、导线选择

（一）导线型号

在进行导线型号的选取时，首先应立脚于国内也有成熟制造经验的导线型式，所以我们主要根据我国的导线制造标准，参考国内输电线路常用的导线型号，对导线型式进行选择，对标准中没有的导线型式，我们参考了国际上常用的导线标准（主要是美国标准），我们初步选定如下幾种导线型号作为本次投标阶段导线比较的型式。

（二）导线分裂根数

根据上述国内外220kV线路的导线实际采用情况，目前已经建成的220kV线路采用单、二、四分裂方式，为解决电晕问题，一般都需要增加分裂导线根数和导线截面，所以我们以二分裂为基础选择分裂方式，按照上述总截面的要求，组成了如下四种导线分裂型式进行电气和机械性能的计算。

（三）导线分裂间距

导线分裂间距的选取要考虑分裂导线的次档距振荡和电气两个方面的特性，次档距振荡是由迎风侧子导线的尾流所诱发的背风侧子导线的不稳定振动现象，一般认为分裂导线间保持足够的距离就可以避免出现次档距振荡现象，根据国外一些研究成果认为当分裂间距与子导线直径之比S/d>16-18时，就可以避免出现次档距振荡；从电气方面看，有一个最佳分裂间距，在此分裂间距时，导线的表面最大值电场强度最小。

（四）导线电气性能计算：导线电流密度、长期允许载流量的校验、导线表面电场强度计算、导线无线电干扰计算、导线可听噪声计算

导线电气性能的计算主要包括导线电流密度、过负荷温度、传输功率及功率损耗，探讨分析表面电场强度、电晕损耗、无线电干扰、电晕可听噪声及地面标称场强等内容。

根据招标文件以及当地气象统计资料，计算导线载流量的环境温度取35℃。日照强度1000w/m2，风速0.5m/s，导线表面辐射、吸热系数均取0.9，根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）条文说明5.0.6公式计算。

导线表面电场强度是导线选择的最基本条件，导线表面电场强度过高将会引起导线全面电晕，不但电晕损耗急剧增加，而且会带来其他很多问题，所以在特高压线路设计中必须限制导线表面电场强度，对于导线表明电场强度一般按照导线表面最大电场强度和导线临界电场强度的比值来控制。

经分析，可听噪声大小与导线对地高度和排列方式有直接关系，对地高度越高，可听噪声越小；同时导线外径越小，可听噪声越大。上述选择的导线方案，边导线20m处可听噪声最大27.5dB，满足规范要求，不影响导线选择

（五）导线经济性比较

根据《电力系统设计手册》，线路最大负荷利用小时数与损耗小时数τ的关系。当最大负荷利用小时数为4500h时，损耗小时为2700h。

交流电阻计算采用先假设导线温度，通过集肤效应计算出假定的交流电阻，在校核该温度下导线通过的电流，反复迭代至负荷电流和校核电流相等或接近。

单回交流输电线路的电阻热损失为：

WQ——功率热损耗（MW/km）；

N——分裂根数；

I——单回路每根导线的额定工作电流（A）；

re——导线的交流电阻（Ω/km）。

高压线路架线工程投资一般要占工程本体投资的较大比例，再加上导线方案变化引起的杆塔和基础工程量的变化，其对整个工程的造价影响是极其巨大的，直接关系到整个线路工程的建设费用以及建成后的技术特性和运行成本，所以在整个输电线路的技术经济比较中，应该对导线的截面和分裂型式进行充分的技术经济比较，推荐出满足技术要求而且经济合理的导线截面和分裂型式。

【参考文献】

[1]《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）

[2]《电力系统设计手册》