双分裂导线在500 kV重冰区线路中的应用

潘春平，庄志伟，郑志源

（广东省电力设计研究院，广州市，510663）

0 引言

2008年年初，我国南方大部分地区出现了建国以来罕见的持续大范围低温、雨雪和凝冻极端天气，输变电设施覆冰积雪极为严重，输电线路发生了大面积冰闪跳闸和倒塔断线事故，电网所受到的威胁和损害无论从范围还是持续时间上都是史无前例的。

重冰区线路由于冰荷载大，在每相导线总截面相同时，小截面的导线机械特性较弱，弧垂较大，单位长度线路的铁塔基数较多；同时当导线分裂数增加时，铁塔承受的垂直、水平和纵向荷载也相应增大，工程投资成倍增加。为了从技术上挖掘潜力，降低工程造价，有必要对重冰区导线的截面和分裂型式进行比较，选择出满足技术要求且经济合理的导线截面和分裂型式。

1 工程概况

广东省韶关和清远北部地区的电网在2008年年初的冰灾中受到重创。新建的500 kV坪石B电厂三期至曲江变电站送电线路所经过的梅花、云岩、红云和大桥一带线路覆冰极为严重，通过该电力通道的众多已建电力线在2008年冰灾中都遭受毁灭性破坏。其中500 kV桥（口）曲（江）甲线在该通道内倒塔96基，500 kV桥（口）曲（江）乙线倒塔53基，±500 kV江城直流倒塔34基[1-2]。500 kV坪曲线全长约110 km，在2007年年底已完成施工图设计，为了提高其抗冰能力，按照广东电网公司的要求，根据2008年冰灾的冰情调查结果，重新划分了冰区范围，调整了设计冰厚。调整后30mm及以上重冰区段的长度约36 km，其中30、40及50mm冰区线路的长度分别为17.5、7及11.5 km[3-4]。

2 导线型号及分裂型式的选择

2.1 导线的比较方案

根据系统的要求，本线路经济输送容量为940MW，在环境温度为35℃时的极限输送功率为1.900GW，由此可得每相导线经济输送电流为1.085 kA，按经济电流密度0.9A/mm2的参考值估算，每相导线的铝截面不小于1 200mm2。

根据国内超高压输电线路的导线实际选用情况，本工程可选择四分裂和双分裂两种导线分裂方式。30mm及以上重冰区，由于覆冰荷载大，故导线材质推荐采用钢芯铝合金绞线。现选择表1所示的7种导线型号作为比较方案，并计算出各种导线相应的允许电流值和极限输送功率。

表1 导线型号及其基本参数Tab.1 Conductor types and the irbasic parameters

由表1可知，除JLHA1/G1A-720/50和JLHA1/ G1A-720/90两种线型极限输送功率接近1.900 GW外，其余5种线型均大于要求值。

2.2 电磁环境的计算

根据经验，一般导线最大表面电场强度不宜大于全面电晕电场强度的85％，以避免导线出现全面电晕。按本工程有代表性的2种海拔高程及中相采用I型及V型两种绝缘子串型式对7种导线方案进行计算，结果见表2～4，表中Em为导线表面最大电场强度（有效值），Em0为导线临界电场强度（有效值）。

表2 导线的临界电场强度Tab.2 Critical electric field intensities of conductors

由计算结果可见，各种导线方案的表面最大电场强度与临界电场强度的比值均小于85％，各种方案的导线表面电场强度基本不起控制作用；同时中相采用V型串后可缩小相间距离，减小塔头尺寸，而导线表面场强仅比采用I串的大1％～2％。另外，根据文献[5-6]的规定，对于500 kV线路，海拔不超过1 000m地区、采用现行国标钢芯铝绞线，如双分裂子导线外径不小于36.24mm时，可不验算电晕。即2×720mm2和2× 800mm2截面导线均能满足规程的要求。

表3 导线水平排列中相采用V V串的导线表面最大电场强度Tab.3 The maximum electric field intensities on the surface ofconductors arranged horizontally and applied in‘V’string inthe middle phase

表4 导线水平排列中相采用i串的导线表面最大电场强度Tab.4 The maximum electric field intensities on the surface of conductors arranged horizontally and applied in‘I’string in the middle phase

计算各种导线排列方式的无线电干扰采用经验公式法，具体结果见表5。计算结果表明，各种方案均能满足55 dB标准的要求，也就是说对于本线路设计所选的导线分裂方式无线电干扰不起控制作用。

对各种导线分裂方式在各种塔型下的可听噪声进行计算预测，结果如表6所示。按照55 dB（A）的控制条件，各种导线排列方式均满足要求，而四分裂型式的噪声水平更低。

根据以上电磁环境计算结果可知，四分裂小截面导线组合方案的电磁环境干扰值明显小于双分裂大截面导线组合方案。本工程重冰区段为林区，安全距离为树木控制，导线对地距离较高，当按工程实际的导线对地距离计算时，2×720mm2和2×800mm2双分裂大截面导线组合方案的电磁环境干扰值也能满足电磁环境要求。

表5 不同导线排列方式的无线电干扰Tab.5 Radio interruptions of different conductor arrangements

表6 不同导线排列方式的可听噪声计算结果Tab.66 Calculated audible noises of different conductorarrangements

2.3 30mm冰区各种线型的机械性能比较

2.3.1 物理参数

对处于30mm冰区的线路，每相导线选择2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50和4×LHBGJ-300/50三种导线线型进行比较。经综合测算，大截面双分裂导线的安全系数取3.37，四分裂小截面导线的安全系数取2.66。以上所选的3种导线线型的主要物理参数如表7所示。

2.3.2 导线采购费用比较

根据各种导线最新的参考报价，导线的采购费用见表8。

2.3.3 导线弧垂对工程投资的影响

最大设计冰厚取30mm时，3种线型在代表档距为300m，实际档距为300m、350m及400m时的最大弧垂值如表9所示。

从表9可见，LHBGJ-300/50线型的导线弧垂最大，在350m档距时比双分裂大截面导线大1.70m，同时该种导线的安全系数较小，为2.66。而LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50型双分裂大截面导线的弧垂都较小，同时导线的安全系数却较大，均为3.37。由于LHBGJ-300/50线型的弧垂较大，相应的杆塔较高，故铁塔质量和基础费用将增大。

表7 导线的机械物理特性表Tab.77 The mechanical and physical characteristics of variousconductors

表8 导线采购费用比较TTab.8 Cost comparison of different conductors

表9 导线弧垂对工程投资的影响Tab.9 Influences of conductor sag on project investment

2.3.4 导线荷载对工程投资的影响

3种线型的张力在代表档距较大时均为覆冰情况控制，各种线型在代表档距为300m时每相导线的荷载对比如表10所示。

对重冰区线路而言，影响直线塔及直线小转角塔质量的主要因素是不均匀覆冰工况；影响耐张塔质量的主要因素为最大覆冰工况下的角度荷载；影响冰区分界耐张塔质量的主要因素为最大覆冰工况下的角度荷载及不平衡张力差[7-8]。

表10 导线荷载对工程投资的影响Tab.10 Influences of conductor load on project investment

表11 不同悬垂绝缘子串型式的垂直档距上限值Tab.11 The upper limit values of vertical span of differentsuspension insulator string types

从表11可见，在一般情况下3种线型采用双联210 kN悬垂绝缘子串基本可满足工程要求，故悬垂绝缘子串的投资差别较小。

对于耐张绝缘子串，其强度主要由每相导线的悬挂点张力确定，该值近似取1.1倍的最大使用张力，3种线型采用不同的耐张绝缘子串型式时的绝缘子安全系数见表12。

从表12可见，4×LHBGJ-300/50线型采用双联300 kN级耐张绝缘子串在最大荷载时不能满足设计规程对绝缘子机械强度安全系数不小于2.7的要求，需采用双联400 kN级耐张绝缘子串；而2× LHBGJ-800/55、2×JLHA1/G1A-720/50线型则可采用双联300 kN级耐张绝缘子串，安全系数分别为3.20和3.41。

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表12 采用不同的耐张绝缘子串型式时的绝缘子安全系数Tab.12 Safety factors of insulator for different tensioninsulator string types

2.3.6 过载能力比较

按导线张力达到70％保证拉断力的限值计算导线的容许过载冰厚，结果如表13所示。

表13 导线过载的校验冰厚Tab.13 Check ice-thickness of conductor overload

从表13可见，在代表档距为350～550m范围内LHBGJ-800/55、JLHA1/G1A-720/50线型的过载能力相当，而LHBGJ-300/50线型的过载能力相对较小。

2.3.7 投资比较

将3种线型的本体投资比较汇总如表14所示。由表14的本体投资比较可见，采用JLHA1/G1A-720/ 50型导线具有最佳的经济特性，LHBGJ-800/55型导线需增加5.216 2万元/km，而LHBGJ-300/50型导线经济性最差，与JLHA1/G1A-720/50型导线相比，需增加40.040 7万元/km。

表14 30mm冰区每千米投资比较Tab.14 Per-kilometer investment comparison in30 mm icing area

2.4 50mm冰区各种线型的技术经济比较

表15 50mm冰区每千米投资比较Tab.15 Per-kilometer investment comparison in50 mm icing area

由表15的本体投资比较可见，采用JLHA1/ G1A-720/90型导线具有最佳的经济特性，LHBGJ-800/100型导线需增加7.279 6万元/km，而JLHA1/G3A-366/60型导线经济性最差，与JLHA1/ G1A-720/90型导线相比需增加98.314 4万元/km。

3 结论

从电磁环境的计算结果来看，当按工程实际的导线对地距离计算时，各种线型均能满足电磁环境的要求，但双分裂大截面导线组合方案的电磁环境干扰值高于四分裂小截面导线组合方案。

从机械性能来看，双分裂大截面导线明显优于四分裂小截面导线，具体表现为：（1）大截面导线机械特性好，弧垂小，过载能力强；（2）覆冰工况时作用于铁塔上总的垂直、水平及纵向荷载都小，可减少铁塔质量及基础费用；（3）双分裂大截面导线选用的悬垂和耐张绝缘子串更加经济。

为使30mm及以上重冰区线路的极限输送容量尽量接近20mm及以下冰区4×300mm2导线的输送容量，同时考虑到2×800mm2大截面导线电磁干扰值优于2×720mm2导线，而工程投资增加较少，运行费用优于2×720mm2导线（按年费用最小法测算，线路运行约5年后可收回增加的投资），因此，本工程30mm重冰区线路导线推荐采用2×LHBGJ-800/55型钢芯铝合金绞线，50 mm重冰区线路每相导线推荐采用2× LHBGJ-800/100型钢芯铝合金绞线。选用2×800mm2导线后，在30 mm冰区每千米本体投资比4× LHBGJ-300/50型导线减少34.824 5万元，在50mm冰区比4×JLHA1/G3A-366/60型导线减少91.034 8万元，本工程36 km的30mm及以上重冰区段共节省本体投资约2 200万元。上述设计方案于2008年4月中旬通过中国电力工程顾问集团公司的初设评审，该工程于2009年9月22日建成投运，并获2009年度电力行业送电工程优秀设计一等奖。

将双分裂大截面导线应用于500 kV重冰区线路，国内尚无先例。本工程是我国第1条采用双分裂导线的500 kV重冰区送电线路，它不但技术先进、经济性好，同时也为我国今后重冰区线路的导线选型提供了参考和借鉴。

[1]广东省电力设计研究院.广东电网冰灾事故分析与建议研究报告[R].广州：广东省电力设计研究院，2008.

[2]廖毅，潘春平，周冰.广东电网冰灾事故分析与应对措施[J].广东输电与变电技术，2008（5）：1-8.

[3]广东省电力设计研究院.500 kV坪石B电厂三期至500 kV曲江站线路工程提高抗冰能力方案初步设计说明书（S5071C-A0103-01）[R].广州：广东省电力设计研究院，2008.

[4]潘春平.广东电网在建和新建工程提高抗冰能力的设计[J].广东输电与变电技术，2008（5）：12-15.

[5]DL/T5092—1999 110 kV～500 kV架空送电线路设计技术规程[S]. [6]Q/CSG 11502—2008 110 kV～500 kV架空输电线路设计技术规定（暂行）[S].

[7]Q/CSG 11503—2008中重冰区架空输电线路设计技术规定（暂行）[S].

[8]中国电力工程顾问集团公司，西南电力设计院.重覆冰架空输电线路设计技术规程（送审稿）及条文说明和编制说明[M].北京：中国电力工程顾问集团公司，2008.