高压架空输电线路大跨越导线选型研究.pdf
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1、科学技术创新 2023.23高压架空输电线路大跨越导线选型研究薛磊(福建永福电力设计股份有限公司,福建 福州)引言2020 年我国提出“碳达峰”和“碳中和”目标后,国内新能源装机规模屡创新高,其中大量新能源光伏项目落地日照时间较长的西北地区,为使清洁能源顺利上网消纳,需配套建设大量长距离输电线路,将电能输送至东部用电负荷大的区域。我国幅员辽阔,拥有七大水系,由北至南依次为松花江水系、辽河水系、海河水系、黄河水系、淮河水系、长江水系、珠江水系。输电线路作为线性工程,为节省投资,避免大范围、长距离的绕行,当与上述水系或海峡交叉时,经常会采用大跨越方式,在适宜的位置进行跨越。本文以某 500kV 大
2、跨越工程为例,对大跨越导线选型进行对比分析,推荐出技术经济最优的导线型号。1跨越方案选择1.1大跨越定义大跨越是指线路跨越通航江河、湖泊或海峡等,因档距较大(在 1 000 m 以上)或杆塔较高(在 100 m以上),导线选型或杆塔设计需特殊考虑,且发生故障时严重影响航运或修复特别困难的耐张段1。1.2大跨越方案选择大跨越线路与常规线路相比,对设计水平、施工技术的要求更高,单位投资也更大,因此,一般需经过充分对比,在具有明显优势的情况下才会推荐采用大跨越进行设计。大跨越设计选线阶段,设计人员需赴现场进行实地踏勘,尽量选择跨越水面距离短、周边相对开阔且有地形优势可利用的点位来规划跨越塔塔位,同时
3、需结合电网规划,为远景线路预留足够空间,避免对大跨越资源造成浪费。选定大跨越塔位后,需对各类导线方案进行技术经济性比较。2 导线选型主要原则一般情况下,在导线选型时按允许载流量选择,与本线路常规段允许的最大输送容量相配合,再根据电气、机械性能、制造供货及已有运行经验等情况,结合工程实际条件,通过综合技术经济比较确定。3 导线类型选择常用的特殊导线如加强钢芯铝绞线,加强(特高强)钢芯耐热铝绞线、加强(特高强)型钢芯铝合金绞线,铝包钢绞线等,均有各有优劣,其特性如下。(1)特高强钢芯高强耐热铝(铝合金)绞线耐热铝合金线长期工作温度允许 150 益,短期工作温度可达 230 益,其允许载流量比同等截
4、面钢芯铝绞线提高约 35%,广泛应用于旧线路改造。为了减少杆塔荷载,钢芯耐热铝合金绞线也时常作为大跨越导线。但这种导线用于大跨越也有显著的不足,即其弧垂特性较差,因受钢丝的疲劳极限的限制,受力时弧垂无法得到有效控制;另外其弧垂随运行温度提高增加很快。以上两点原因将导致用于大跨越时跨越塔呼高增加,技术经济性不占优势,因此该导线更多用于作者简介院薛磊(1987-),男,本科,工程师,研究方向:架空输电线路设计。摘要:本文梳理国内大跨越工程常使用的导线类型,依托某 500kV 架空输电线路大跨越工程,对导线电气性能、机械性能进行技术分析,然后通过年费用最小法选择出技术经济性最优导线。关键词:大跨越;
5、导线选型;年费用中图分类号院TM723;TM726文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤23-0190-04190-2023.23 科学技术创新常规线路增容改造使用。(2)特高强钢芯铝合金绞线铝合金线的抗拉强度比硬铝线显著提高,载流能力与钢芯铝绞线相差不大,弧垂特性好,线路覆冰严重地区常使用该导线。早在 2019 年国内研制的铝合金材料抗拉强度就已提高至 950 MPa,钢丝抗拉强度较早期制造工艺也取得长足的进步,使得特高强钢芯铝合金绞线的技术参数优点更加突出,在 1 000 m 跨距以上的大跨越工程中有明显的技术经济优势,因此,近年来 500kV 及以上电压等级重要的大跨越工
6、程基本都采用了特高强钢芯铝合金绞线,已积累了丰富的设计运行经验。(3)铝包钢绞线铝包纲绞线载流能力大于钢绞线,抗拉强度接近于钢绞线,防腐性能好。国内铝包钢绞线生产水平已接近国外先进水平,产品规格齐全,导电率有:14%、20.3%、23%、27%、30%、35%、40%七种,拉重比在12.9耀18.9 之间,弧垂特性好。我国有不少大跨越工程采用了该种导线。但铝包钢绞线美中不足的是电能损耗大,一般情况下,铝包钢绞线的直流电阻比钢芯铝(合金)绞线高,用于交流线路时,交直流电阻比大,导致电能损耗大。案例工程输送容量大,不适宜用电能损耗大的导线,因此不选择铝包钢绞线进行比选。综上,推荐案例工程选用不同截
7、面的特高强钢芯铝合金绞线进行导线比选。4载流量比较根据架空输电线路设计规范中相关公式,计算各导线方案允许载流量和极限输送容量结果见表 1。表 1载流量比较情况表(A)正常运行工况,案例 500kV 大跨越工程单回线路输送容量约 2 329 MVA,在某特殊工况下,要求单回输送容量约为 3 781 MVA,否则需调整电网运行方式。因此从计算结果可知,极限输送容量随导线截面的增大而增大,所选导线方案均满足正常运行情况下输送容量要求,其中铝合金截面为 500 mm2的导线在某特殊工况下,需调整电网运行方式,其余铝合金截面导线可满足各工况运行方式。5 机械性能比较5.1导线弧垂档内弧垂主要与导线型号、
8、安全系数、年平均运行应力、导线拉重比有关,其中前几项影响因子取值相同的情况下,档内弧垂主要受导线拉重比控制,见表 2。表 2拉重比对比表案例工程各跨越方案最大跨越档档距范围是 11561 686 m,根据国内外 110kV 至 500kV 大跨越线路的设计经验,得到大跨越弧垂特性与跨越档距的函数为“当 L跃1 000 m 时,取拉重比吟跃12;当 L跃1 500m 时,取拉重比吟跃15”,由表 2 可知,所选导线均满足该要求。当铝合金总截面相同时,随着特强钢芯截面增大,导线拉重比逐渐增大,弧垂特性逐渐变好,可有效减少跨越档弧垂,降低跨越塔呼高。5.2导线年平均运行应力导线平均运行应力的取值,不
9、仅影响直线跨越塔的塔高,而且直接影响导线本身的安全运行2。国内EDS 占 UTS 的百分比基本处于 17.7耀25%,其中以20.5%以上居多,国外的大跨越水平平均运行应力与UTS 比值在 18%耀23%居多,据了解这些工程运行良好,经计算导线悬挂点铝合金部应力均不大于 9 kg/mm2,因此推荐案例工程导线年平均运行张力按不大于 20%RTS控制,并按照悬挂点铝合金部应力不大于 9 kg/mm2校核。6 电磁环境比较架空输电线路的电磁环境主要包括电场效应、可听噪声、无线电干扰等方面。案例工程海拔未超过1 000 m,经计算电磁环境均未超过以下限值。地面合成场强限值:当线路临近民房时,房屋所序
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