专题6导线选型专题报告Word格式.docx
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全线基本风速均为27m/s。
1.2电力系统条件
1）系统额定电压：
110kV
2）系统最高运行电压：
126kV
3）功率因数：
0.95
4）2015年最大负荷利用小时数：
3200h
5）系统2015年单回输送功率：
24.8MW。
2导线选择
2.1设计条件
2.1.1气象条件
根据中华人民共和国国家标准《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）的规定，110kV输电线路设计基本风速应按30年重现期，基准高度为10m，10min时距平均的年最大风速为样本进行统计分析。
输电线路规定110-330kV输电线路风荷载“30年一遇”重现期的安全度设置水平低于GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标。
而按风荷载“50年一遇”重现期的安全度设置水平与GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标相当。
因此，本文建议，我国110kV架空送电线路铁塔结构设计时，风荷载的重现期宜提高为“50年一遇”，并考虑风荷载动力放大作用的影响。
根据沿线各市县（竹山县）的气象台（站）的气象资料，参照风压分布图以及附近已有线路的设计资料计算，对竹山供电公司运行维护部门提供的资料，本工程路径方案附近运行的220kV十悬线、110kV黄竹线自建成后，运行情况良好，没有因覆冰原因发生倒塔、断线事故。
区域内导线覆冰多以湿雪和雾凇为主。
本线路工程设计气象条件见表2.1-1。
表2.1-1线路设计气象组合条件表
序号
设计工况
温度℃
风速（m/s）
冰厚（mm）
1
最高气温
+40
2
最低气温
-20
3
最大风速
-5
27
4
正常覆冰
10
5
安装
-10
6
外过电压
+15
7
内过电压
15
8
年平均气温
9
冰比重0.9
年雷暴日40
注：
地线设计增加5mm（仅对地线支架机械强度设计）
2.1.2杆塔条件
本工程杆塔采用《国家电网公司输变电工程典型设计110kV输电线路分册》的1A3和1D5模块进行杆塔规划，共规划杆塔112基，其中1A3模块直线塔92基，耐张塔18基；
1D5模块双回路耐张塔2基，平均档距328.6m，平均呼高25.7m。
塔型
呼高
数量
小计
总计
1A3-JC1
21
112
24
1A3-JC2
18
1A3-JC3
1A3-JC4
1D5-SDJ
1A3-ZMC1
1A3-ZMC2
39
11
12
30
1A3-ZMC3
35
33
36
2.2导线结构及型号选择
2.2.3导线的型号选择
招标文件中导线采用钢芯铝绞线选用240/30型钢芯铝绞线，根据国家电网基建〔2013〕99号《国家电网公司关于加强输电线路节能导线推广应用》所推广的节能导线指钢芯高导电率铝绞线、铝合金芯高导电率铝绞线和中强度铝合金绞线参与比选。
根据系统2015年单回输送功率24.8MW，各参与比选导线的型号为：
通钢芯铝绞线JL/G1A-240/30（61%IACS硬铝）；
钢芯高导电率铝绞线JL3/G1A-245/30（63%IACS硬铝）；
铝合金芯铝绞线JL1/LHA1-135/140（61.5%IACS硬铝）；
中强度铝合金绞线JLHA3-275。
在比选时，节能导线型号及参数以国家电网公司颁布的3类节能导线标准为准。
各种导线的主要技术参数见下表：
表2.2-1导线型号及技术参数表
导线型号
JL/G1A-
240/30
JL3/G1A-
245/30
JL1/LHA1-
135/140
JLHA3-275
根×
直径（mm）
钢（铝包钢、
铝合金）
7/2.4
19/3.08
铝（铝合金）
24/3.6
18/3.08
37/3.08
截面积（mm2）
钢（铝包钢、铝合金）
/铝（铝合金）
31.67/
244.29
141.56/
134.11
总截面
275.96
275.67
铝钢截面比
7.71
21.6
21.56
单位质量（kg/km）
922.2
921.5
761.9
计算拉断力（N）
71830
71430
62538
62852
20℃直流电阻（Ω/km）
0.1181
0.1153
0.1123
0.1093
3导线电气性能比较
3.1导线载流量比较
在事故运行方式下，交流输电线路可能出现的最大容量由系统的过负荷能力所决定。
导线载流量与导线所处气象条件（环境温度、风速、日照强度）有关，在计算导线载流量时，应使导线不超过某一温度，目的在于使导线在长期运行或在事故条件下，由于导线的温升，不致影响导线强度，以保证导线的使用寿命。
钢芯铝绞线和钢芯铝包钢绞线连续允许使用温度为70~80℃，若温度升高，会恶化导线的综合性能。
《110~750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）中规定，验算导线允许载流量时钢芯铝绞线的允许温度采用+70℃，必要时可采用+80℃。
本报告钢芯铝绞线、铝合金绞线最高允许温度采用+70℃和+80℃两种方案进行计算。
计算中环境温度为最高气温月的平均气温，根据当地气象统计资料，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《110~750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）条文说明5.0.6公式计算。
四种导线载流量和输送功率见下表：
表3.1-1四种导线载流量和输送容量
JL/G1A
-240/30
JL3/G1A
-245/30
JL1/LHA1
-135/140
允许
电流
（A/相）
70℃
443
517
527
565
80℃
550
617
653
输送
容量
（MW/回）
84
86
80
82
104
106
101
111
表中载流量的计算过程详见交流电阻的计算过程，注意导线的环境温度取最高气温月的平均气温（35℃）。
从上表可看出，当导线允许温度从70℃上升至80℃，导线载流量提高约1.19倍。
为提高线路的输送能力，降低工程造价，本工程导线允许载流量按80℃控制。
参加比选的四种导线的每回线极限输送功率为均高于212MW，满足系统要求。
各种导线的载流量和极限输送功率相差不大，节能导线要比普通导线高出1.89~5.38%。
3.2交流电阻损失比较
交流输电线路的电阻热损失为：
=3
（3.2-1）
——功率热损耗（MW/km）；
——分裂根数；
——单回路每根导线的额定工作电流（A）；
——导线的交流电阻（Ω/km）。
各种导线结构的电能热损失见表3.2-2（同等载流量下）。
导线结构
年损耗小时数
直流电阻（Ω/km）
电阻功率损耗（kW/km）
全年电能损耗（万度/km）
差值（万度/km）
年电能损耗
费用的差值（万/km）
0.3
0.4
0.5
JL/G1A-240/30
3200
69.5
22.25
1.1
0.32
0.42
0.53
67.9
21.72
0.16
0.21
0.26
JL1/LHA1-135/140
0.1125
66.2
21.19
0.0
0.00
64.4
20.59
-0.6
-0.18
-0.24
-0.30
从表3.2-2可看出，JLHA3-275导线全年电能损耗最小；
因此节能效果较好，故其电阻损失最少，在输送功率较大的线路其节能效益更明显。
3.3电磁环境校核
一般220kV线路工程电磁环境均满足限值要求，本工程采用双分裂导线或单分裂大截面导线，电磁环境更优。
按国网公司“两型三新”输电线路建设目标，为校验本工程满足“环境友好型”要求，本报告对各种导线方案的电磁特性进行了计算比较。
3.3.1导线表面电场强度
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，所以在线路工程设计中必须限制导线表面电场强度，对于导线表面电场强度一般按照导线表面最大电场强度Em和导线临界电场强度E0的比值来控制。
试验证明，导线的临界电场强度与极性的关系很小，可以采用根据试验数据确定的皮克（peek）公式计算各种导线的临界电场强度。
导线表面最大工作场强取决于最高运行电压，子导线直径，相导线分裂型式及相间距离等，其计算方法较多，本报告采用计算精度较高的逐次镜像法进行计算。
在架空送电线路的设计中，电气性能设计是塔型选择及分裂导线布置的重要依据。
导线表面的电位梯度是导线型号选择、送电线路电晕损失、无线电干扰水平和可听噪声计算的基本量之一。
对于分裂导线表面电场强度的计算，工程上广泛采用Markt和Mengele提出的用等效单根导线代替分裂导线进行计算的方法，该方法虽然简单实用，但其作了近似处理，首先认为电荷位于等效单根导体的中心计算出一相所带的总电荷，再平均分配到各分裂导线上计算出每根分裂导线的平均电位梯度。
3.3.2无线电干扰计算
对于无线电干扰水平的预估，目前主要有三种方法，其一为半理论分析法，目前各国使用的较少；
其二为比较法，即从已知线路的无线电干扰水平，通过线路参数比较，预估新线路的无线电干扰水平；
其三为激发函数法，即利用在实验笼内的导线在“大雨”状态下求得的激发函数，用以预估新线路的无线电干扰水平。
除第一种方法使用较少外，其余两种方法均有采用。
本报告采用第二种方法计算无线电干扰水平，结果见表2.3-4。
3.3.3可听噪声计算
架空送电线路上电晕所产生的可听噪音强度取决于导线的几何特性、电压和天气条件。
由于在好天气条件下，实际架空送电线路在工作场强下的电晕较小，因而其所产生的可听噪声也较低，一般平均好天气可听噪声比大雨可听噪声低9dB。
而在坏天气（大雨、中雨、小雨、雾、雪）条件下，导线上存在着大量的电晕源，使噪声增加到相当高的声压级，因此，坏天气条件下的可听噪声水平是衡量架空送电线路整体噪声水平的一个特征量。
大雨（降雨强度范围约在1.8～8.9cm/h间）情况下的可听噪声表征了高压送电线路可听噪声的最大值。
它受导线表面场强变化的影响及分裂导线几何形状的影响，大雨天气在实际自然天气情况中很少发生，而在中雨、小雨、雾、雪等天气条件下的可听噪声更加令人讨厌，所以我们用“湿导线可听噪声”来表征高压送电线路可听噪声水平。
国际上有许多国家的研究机构对超高压和特高压输电线路的可听噪声进行过深入的研究，提出了各自的预测公式，但由于各自的实验环境和条件不同，其预测公式的计算结果也存在差异，目前世界各国和我国比较常用的有《345kV及以上输电线路设计参考手册》推荐的预测公式，和美国BPA电力公司根据实验研究结果推荐的预测公式，该两个公式的计算理论基本相同，只是公式的表达和系数的取值有差别。
通过BPA公司预测公式的结果与其他送电线路的实测结果作比较，其预测值与实测值的误差绝大多数仅1dB左右，因此，我们认为BPA公司的预测公式有较好的代表性和准确性，所以本报告推荐采用BPA公式进行可听噪声计算，结果见表2.3-4。
3.3.4计算结果
表2.3-4各导线方案计算结果
导线方案
表面最大
电场强度
临界
可听噪声
dB（A）
无线电干扰
dB（μv/m）
Em（kV/cm）
E0（kV/cm）
12.879
22.378
19.96
30.79
根据以上计算结果可见，各导线方案均满足要求。
3.4小结
（1）同截面的各种导线的载流量和允许输送功率基本相当，均可满足本工程的要求；
（2）中强度全铝合金绞线全年电能损耗最小，铝合金芯铝绞线和高导电率钢芯铝绞线等而次之，在输送功率较大的线路其节能效益更明显；
4导线机械特性比较
4.1导线弧垂
导线的弧垂特性与导线的计算拉断力、铝钢截面比、自重等因素有关。
各导线40℃弧垂杆塔重量的计算结果见表4.1。
表4.1导线最大弧垂及杆塔重量百分比
最大弧垂
（LP=350m）
弧垂（m）
9.52
9.77
9.72
差值比（%）
0（基准）
2.63
2.1
杆塔重量百分比（%）
100（基准）
100
100.46
100.36
从表2.4-1可知，相同代表档距时，最大弧垂性能由好到差依次为钢芯铝绞线JL/G1A-240/40、钢芯高导铝绞线JL3/G1A-300/40、中强度铝合金绞线JLHA3-340、铝合金芯高导铝绞线JL1/LHA1-135/140
4.2导线过载能力
各导线过载能力见表4.2-1，覆冰验算的气象条件为：
气温-5℃、风速10m/s。
表4.2-1导线过载冰厚比较表
过载
覆冰
能力
（mm）
Ld=300m
26.85
26.06
26.14
Ld=350m
25.43
24.65
24.72
Ld=400m
24.42
23.66
23.71
Ld=450m
23.69
22.93
22.97
计算覆冰过载能力时，弧垂最低点的最大张力不超过额定拉断力的70%，悬挂点的最大张力不超过额定拉断力的77%。
从上表可看出，在给定的计算条件及相应的设计安全系数条件下，由于中强度全铝合金绞线、铝合金芯铝绞线计算拉断力较小，所以过载冰厚较小；
普通钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线计算拉断力大，所以过载冰厚较大。
从过载能力角度看，线路的设计覆冰厚度为10mm时，由于参与比选的四种导线的过载允许覆冰均在40mm以上，因此以上四种导线均能满足本工程覆冰过载的要求，且有较大裕度。
4.3导线耐张串强度选择
随着导线铝钢截面比的减少，自重、张力及绝缘子串的受力随之增加。
不同导线结构的耐张串安全系数见表4.3。
表2.4-3耐张串安全系数表（LP=400m）
挂点张力（kN）
安全系数
耐张串强度取值（kN）
工况
常年
荷载
断联
35.10
19.75
21.48
3.42
6.07
2.79
2×
70
JL3/G1A-245/30
30.85
16.13
17.72
3.89
7.44
3.39
31.00
16.23
17.86
3.87
7.39
3.36
从表2.4-3可知，在本工程气象条件下，7种导线结构采用上表所示耐张串配置均可满足要求。
从表4.3可知，在本工程气象条件下，参与比选的四种导线采用2×
70kN耐张串均可满足要求，并有较大安全裕度。
4.4导线对杆塔荷载的影响
各种导线结构的相荷载见表4.4-1。
表4.4-1各种导线结构的每相荷载（kN）
使用
张力
最大
28979
8929
8934
8979
平均
水平
荷
（27m/s）
Lh=350
2.091
2.087
Lh=400
2.788
2.783
垂直
荷重
（10mm）
Lv=450
7.122
7.120
6.496
Lv=500
8.903
8.899
8.120
根据《110~750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010），通过对国网典设1A3、1D5模块进行验算，普通钢芯铝绞线、高导电率钢芯铝绞线设计安全系数取2.5，铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线设计安全系数取2.8。
从上表可看出，普通钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线水平荷载稍大，铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线水平荷载稍小。
但总体上各导线的水平荷载相差不大，差异非常小几乎可以忽略。
普通钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线垂直荷载基本相同，铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线垂直荷载比较小。
通过以上计算对比，可以得出结论，按以上计算的设计条件，本线路选用的典设直线塔、耐张塔从强度上能满足以上四种导线使用条件。
4.5导线风偏角
当基本风速为27m/s时，各种导线结构的风偏角见表4.5-1。
表4.5-127m/s风速各种导线风偏角（Kv=0.85）
大风风偏角（°
）
47.89
53.92
53.96
操作风偏角（°
22.15
26.23
26.25
雷电风偏角（°
10.08
12.07
12．08
从上表可看出，铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线的垂直荷载相对较小，在相同的计算条件下（相应的气象条件、水平档距、垂直档距、高度）导线风偏角相对较大，钢芯高导电率铝绞线与普通钢芯铝绞线风偏角基本相同。
本线路工程杆塔杆采用《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）kV输电线路分册》（2011版）1A3、1D5模块，通过对相应工况下的间隙圆进行校核，以上塔型在外形尺寸不变的情况下可以满足要求。
4.6小结
参与比选的四种导线型号的机械性能进行总体比较如下：
（1）导线弧垂
相同代表档距、相同线温（40℃）时，钢芯高导电率铝绞线的弧垂特性与普通的钢芯铝绞线基本相同。
铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线的弧垂特性较好，在长距离线路上使用铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线具有一定的优势。
（2）过载冰厚
铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线过载冰厚较差；
普通钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线过载冰厚较好。
但当设计覆冰厚度为10mm时，参与比选的四种导线，均能满足本工程覆冰过载的要求，且有较大裕度；
（3）耐张串选择
参与比选的四种导线采用2×
70kN耐张串均可满足要求；
（4）对杆塔荷载的影响
参与比选的四种导线水平荷载基本相同；
普通钢芯铝绞线和钢芯高导电率铝绞线的垂直荷载基本相当；
铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线的垂直荷载相对较小
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