导线选型专题报告

姜云霄

摘 要：近年来，国家电网和西北电力公司出台了一些关于输电线路的文件，旨在进一步降低输电线路电能的损耗，提高电能利用率，积极研发节能、降耗、环保的新型材料和设备，并全面推广应用。结合输电线路的设计、运行、应用和发展等方面，依托承德红旗220 kV输变电工程，将研究试点应用的钢芯高导电率铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线三种节能导线，与普通钢芯铝绞线进行技术经济比较，同时从电气性能、机械性能、施工安装、节能效益和工程投资等方面进行分析，推荐导线选型。

关键词：导线选择；电能损耗；利用效率比；电气特性

中图分类号：TM751 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）04-0019-02

1 主要原则

导线是输电线路最主要的部分之一，其作为电能的主要载体，除了要安全、稳定地输送电能外，还要满足环境保护的规定。架线工程投资一般占本体投资的30%左右，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。此外，导线的选择还受到线路建设环境的控制，比如设计荷载条件、海拔高度和线路长度等。

以承德红旗220 kV输变电工程中的输电线路为例，从电气特性、机械特性、施工安装、节能效益和工程投资等方面对三种节能导线进行技术经济比较，并选择适合本工程的导线。

2 考虑因素

导线选择需考虑的因素主要有：①导线的允许温升和输送容量；②对环境的影响，包括无线电干扰和电晕噪声等；③必要的机械强度；④合理的经济性。

设计是工程建设的关键环节，与全寿命管理的各个环节息息相关，而全寿命周期管理的核心是周期成本管理。价值工程项目的寿命周期成本，既包括制造成本，又包括使用成本，这两种成本的总和就是所谓的“工程项目的寿命周期成本”。传统的生产方式是以工程项目的生产过程来核算，不包括使用过程；全寿命周期模式是以工程项目的全寿命周期为基础进行核算，即将生产过程和使用过程合二为一进行核算。设计选型是工程建设和后期运行的基础，前期规划和方案设计直接决定了工程项目的质量、工期和成本控制等，因此，在设计阶段推行全寿命周期管理是必要的。

按照全寿命周期成本理论，如果导线选用节能型，其费用要高于普通型导线，但会大大增加输送容量，同时降低了损耗，增加了售电量收益。在线路使用寿命内，投资收益高于采用普通型导线的收益。

导线的选择是超高压输电线路设计的一项重要内容，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）和技术经济指标等都有很大的影响。所以，导线选型对增加线路的技术水平、降低造价有着重要的意义。

3 基本研究条件

3.1 自然环境条件

新建承德西500 kV变电站至红旗220 kV变电站输电线路为架空同塔双回线路，全长30 km，海拔高度在400～1 000 m之间，本工程线路处于d级污秽区。

3.2 沿线地形分布

沿线地形分布为：丘陵5 km，所占比例16.7%；山地25 km，所占比例83.3%.

3.3 气象条件

线路设计的主要气象条件：设计覆冰10 mm，最大风速29 m/s，最高温度40 ℃。

3.4 电力系统条件

电力系统的条件为：系统额定电压为220 kV，系统最高运行电压为242 kV，系统输送功率为410 MW（双回路），发生事故时极限输送功率为772 MW（一回路），功率因数为0.95，最大负荷利用小时数是6 500 h。

3.5 计算铁塔型式

在各种计算中，采用双回路同塔架设，三相垂直排列，悬垂绝缘子串选择Ⅰ串形式。

4 节能导线的基本原理

4.1 钢芯高导电率铝绞线

63% IACS高导电率铝线与普通钢芯铝绞线中的61% IACS铝线相比，内部为钢线，但电阻低、线路损耗小。

4.2 铝合金芯铝绞线

53%的IACS高强度铝合金芯的外部铝线与普通钢芯铝绞线铝线相同，但采用具有导电能力的铝合金芯，可以通过调整结构来降低输送导线的电力电阻。研究表明，该导线具有电力电阻损耗较低、弧垂性能较好和过载性能好等特点。

4.3 中强度全铝合金绞线

绞线全部采用58.5%的IACS中强度铝合金材料，代替普通钢芯铝绞线的钢芯和外部铝线。中强度铝合金导线导电率为58.5%，比一般高强度铝镁硅合金高出5.5%. 中强度全铝合金绞线无钢芯，比钢芯铝绞线的交流电阻低、电能损失少，特别是大容量输电时，特征更为明显。

5 节能导线参数

根据接入系统报告初步形成评审意见，工程导线截面为2×630 mm2，报告以此为依据选择节能导线型式，并进行论证。初选了以下几种导线进行比选，如表1所示。

由极限输送容量计算的结果可知，三种节能导线的极限输送容量均大于发生事故时的极限输送功率772 MW，满足发热条件要求。线路功率损耗结果表明，三种节能导线都降低了功率损耗，其中2×JL/LHA1-465/210导线降低的功率损耗最多，约4.5%的功率损耗；2×JLHA3-675导线居中，降低约4.1%的功率损耗；2×JL（GD）/G1A-630/45导线最高，仅降低不到3%.

5.1 电气特性比较

三种节能新型导线的外部直径、表明铝制材形状、绞制材料的方式和表明光洁度，都与普通钢芯铝绞线相同，因此导线所产生的电磁环境、表面电场强度、可听噪声和无线电干扰水平也完全相同。

5.2 机械性能比较

机械性能比较主要是从在导线的弧垂范围、覆冰过载能力和荷载能力等方面作比较。

5.2.1 导线最大弧垂

通过计算得出2×JL（GD）/G1A-630/45导线、2×JL/LHA1 -465/210导线弧垂与2×JL/G1A-630/45导线弧垂相当，2×JLHA3-675导线弧垂减少明显。

5.2.2 导线覆冰过载能力

计算导线弧垂最低点的最大张力达到其拉断力的70%时的过载冰厚，2×JL（GD）/G1A-630/45导线覆冰过载能力和2×JL/G1A-630/45导线相当，2×JL/LHA1-465/210导线覆冰过载能力稍弱，2×JLHA3-675导线覆冰过载能力最强。而本工程覆冰厚度为10mm，节能导线的覆冰过载能力已满足要求，并且具有较大裕度。

5.2.3 导线荷载比较

通过对比可以得出：①2×JL（GD）/G1A-630/45导线和2×JL/G1A-630/45导线无冰垂直荷载、覆冰垂直荷载、大风水平荷载、纵向最大张力一致，塔重不变；②2×JL/LHA1-465/210导线和2×JL/G1A-630/45导，除大风水平荷载线相等外，其余荷载均减小，直线塔、耐张塔塔重将有不同程度降低；③2×JLHA3-675导线大风水平荷载、纵向最大张力与2×JL/G1A-630 /45导线相等，无冰垂直荷载、覆冰垂直荷载均减小，直线塔、耐张塔塔重将降低。

5.3 配套金具

三种新型导线的耐张金具和接续管是不同的，耐张金具价格比普通型要高出300～400 元/套。铝合金芯铝绞线压接形式与钢芯铝绞线相似；中强度铝合金绞线压接简单，可采用一次压接完成，减少工程量。

在年费用方面，铝合金芯铝绞线2×JL/LHA1-465/210的费用最少，与中强度全铝合金绞线2×JLHA3-675相比，可便宜0.26万～0.52万元/km；比钢芯高导电率铝绞线2×JL（GD）/G1A -630/45少0.52万～1.29万元/km；较钢芯铝绞线2×JL/G1A -630/45少0.23万～2万元/km。

综合考虑静态差额投资回收期和年费用指标，铝合金芯铝绞线2×JL/LHA1-465/210导线的经济性能最优，具有最短的静态差额投资回收期、最小的年费用。

6 结论

通过研究导线选型的基本原则、影响因素、基本条件、基本原理和参数，可以得出以下结论：①三种节能导线极限输送容量均大于772 MW，发热条件满足规定要求。钢芯高导电率铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线的极限输送容量分别比普通钢芯铝绞线高1.56%，2.86%和2.32%. ②三种节能导线线路功率损耗都小于普通钢芯铝绞线线路，分别小2.87%，4.48%和4.10%. ③高导电率铝绞线和铝合金芯铝绞线的弧垂与普通钢芯铝绞线相当，不影响杆塔呼高；中强度全铝合金绞线弧垂减小，水平档距为300 m、400 m、500 m时，弧垂分别减小约0.75 m、1.1 m、1.45 m，可适当降低杆塔呼高。④高导电率铝绞线覆冰过载能力与普通钢芯铝绞线相当，铝合金芯铝绞线覆冰过载能力稍弱，中强度全铝合金绞线覆冰过载能力最强。⑤铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线采用铝合金或铝，是铝基体的单一材质，不会产生双金属电化腐蚀，具有耐腐蚀功能，在交流输电时无磁滞损耗，而对大气腐蚀具有天然抵抗能力，所以使导线运行寿命延长。⑥铝合金芯铝绞线年费用低于普通钢芯铝绞线线路，具有良好的经济性。⑦由于三种节能导线绞线型式、外径、主要材质、拉断力等与普通钢芯铝绞线相同或相近，只是导电能力有所不同。因此，在施工过程中，普通钢芯铝绞线采用的与导线配套的金具（悬垂线夹、耐张线夹、接续管等），施工机具、施工方法和安装方式等对节能导线都能够使用，并无其他特殊要求。⑧三种节能导线的外径、导线表面铝材形状、绞制方式和表明光洁度与普通钢芯铝绞线相同，因此导线产生的电磁环境、表面电场强度、可听噪声和无线电干扰水平与普通钢芯铝绞线也完全相同。⑨铝合金芯铝绞线垂直荷载和纵向张力均小于设计条件，可适当放大使用条件，降低工程投资。⑩杆塔和导线二者都变换时，采用铝合金芯铝绞线线路，投资低于普通钢芯铝绞线线路，经济效益显著。计算表明，杆塔和导线二者都变换时，本工程若采用铝合金芯铝绞线本体投资为普通钢芯铝绞线的98.97%.

7 结束语

综合各导线技术经济的比较，推荐本工程采用铝合金芯铝绞线2×JL/LHA1-465/210的导线。

本次专题研究了三种新型导线的电气性能、机械特性、施工安装、节能效益和工程投资等方面，并与普通钢芯铝绞线进行对比，新型导线大多性能优于普通钢芯铝绞线。因此，研发新型节能导线，推广节能导线的应用，是十分必要的。这样，不仅能降低输电线路的损耗，提高电能利用率，同时还能增加投资收益。

〔编辑：李珏〕

Abstract： In recent years， state grid corporation and northwest electric power company has offered some files about the transmission line， aims to further reduce the loss of transmission line power， improve energy utilization， development of energy saving， consumption reduction， environmental protection， new materials and equipment， and comprehensive application. Combined with the design and operation of the transmission line， the application and development， etc.， relying on Chengde， red flag 220 kV power transmission and transformation project will research pilot application of steel reinforced high conductivity of aluminium stranded wire and aluminum wire， aluminum alloy core strength aluminium stranded wire three energy-saving conductor， and to compare technical economy of ordinary steel core aluminum stranded wire， at the same time from the electrical properties， mechanical properties， construction installation， energy-saving benefit and engineering investment and so on were analyzed， and the recommended cable type.

Key words： conductor choice； electric power； efficiency ratio； electrical characteristics