关于某500KV线路增容导线选型的相关技术经济性分析

关于某 500KV 线路增容导线选型的相关技术经济性分析
发布时间：2022-11-08T02:36:43.729Z 来源：《当代电力文化》2022年7月13期作者：孙逊
[导读] 本文以某500kV线路增容导线选型为例
孙逊
佛山电力设计院有限公司广东佛山 528200
摘要：本文以某500kV线路增容导线选型为例，选取了5种常见导线作为增容比选方案，从技术特性（如：载流量、弧垂特性、线损程度、运行情况）、经济性等多个方面进行了技术经济分析，给出了相对最优方案和建议，仅供参考。

关键词：输电线路；导线选型；增容导线；耐热导线
1前言
某工程需将一条路径长约28.0km的500kV单回线路更换旧导线，新建线路导线采用4×JNRLH1/LBY10-240/55型铝包钢芯耐热铝合金绞线，而该线路原导线为4×SACA-300和4×LGJ-300/40钢芯铝绞线型钢芯铝绞线，根据系统专业要求，需对该旧线路实施增容改造，与以匹配该新建线路的载流量。

本文选取了5种耐热导线作为导线增容改造比选方案，并从实际应用情况、机械特性、弧垂特性、线损程度、经济性等多个方面进行了技术经济分析，从而确定了相对最优的导线增容方案。

2导线选型原则及方案
2.1 设计条件
本文拟实施改造的500kV线路位于佛山市，沿线以丘陵、平地地形为主，该线路于2000年5月投产，截止2021年底资产净值率已不足10%，但受电网规划、电网运行情况、交叉跨越众多、民事青赔难度等综合因素影响，无法全部拆除新建，故考虑部分利旧+部分立新，进行增容改造；该线路最大档距为65#～66#，档距为626m，重要交叉跨越为65#～66#，跨越佛山一环北延线，跨越档耐张段长4157m。

根据该线相关杆塔设计资料，该线全长约28.0km,杆塔数量71基，其中耐张塔16基，直线塔55基。

原导线采用4×SACA-300钢芯铝绞线和4×LGJ-300/40钢芯铝绞线，原地线采用两根LGJ-95/55。

该线的#5、#6、#25、#26、#31、#36、#40、#65、#66、#68、#69、#70等12基塔为拉线塔，其余塔为自立角钢塔。

该线路设计气象条件组合如表1所示。

该线路的最大设计风速采用离地面20m高处30年一遇10分钟平均最大值，风速值取35m/s(换算至10m高为31.3m/s)。

依据南网最新风区分布图，本工程离地面10m高处50年一遇设计基本风速为31m/s，更换增容导线段气象条件沿用原设计条件。

2.2 导线选型原则
（1）所选导线应在允许运行温度范围内，能达到系统所需的输送容量；
（2）所选导线应根据原设计气象条件及相关规范要求进行电气及结构校核，并满足原设计规范要求；
（3）所选导线对地距离应按满足系统输送容量时的温度弧垂校核，交叉跨越距离应满足规范要求，对地距离宜不小于原设计值的90%且不小于规范要求；跨越树木段按现场实际树种考虑高跨，减少砍伐量；
2.3 增容方案拟定
输电线路增容主要有两类，一是采用大截面常规导线或多回路，二是更换截面相近或略小的增容导线，具体分析如下：
（1）采用大截面常规导线或多回路方案：相较于一般常用截面导线，使用更大截面的导线，其单重及张力也会随之增大，原来旧线路杆塔可能无法满足其受力，通过增加导线截面或回路数，确保正常及过负荷时导线温度不超过最高允许运行温度（一般70℃或80℃），实现线路增容。

该方案需将现有杆塔全部拆除重建。

（2）更换截面相近或略小的增容导线方案：因原线路旧杆塔运行年限已久，在无法全部拆除旧杆塔的情况下，不建议更换大截面导线。

该线路虽然已运行近30年，但通过对旧线路杆塔设计情况分析，该线路可拆除部分旧塔，组立新塔，同时更换改线段金具，采用新材料增容导线，使导线最高允许运行温度可达150℃及以上，通过提高导线运行温度实现输送更大的电流，满足增容需求。

同时通过配合提升部分对地或交叉跨越距离不满足安全要求的线路档杆塔，足以满足运行要求，具备实施换线的条件。

该线路导线可更换为
4×JNRLH1/LBY10-240/55型铝包钢芯耐热铝合金绞线。

根据系统专业要求，改造后的500kV线路载流量（环境温度35℃，导线允许温度
80℃）情况下，应满足导线载流量为4000A限值要求。

根据导线允许载流量计算，选择如下表2所示的增容导线方案。

3耐热导线简介及应用情况比较
3.1 耐热导线简介
（1）钢芯及铝包钢芯耐热铝合金线的特性及优缺点
钢芯耐热铝合金绞线(TACSR)，是在传统的钢芯铝绞线中用耐热铝合金线(TAl)代替普通硬铝线(HA1)而产生的，使其能在较高的温度下保持正常的工作机械强度，它的连续允许工作温度及短时容许工作温度比常规的钢芯铝绞线(ACSR)要提高60℃以上，可达150℃，大大提高了输电能力。

优点是，在国内已广泛使用，普及广，价格已与普通导线相当，生产周期短，配套金具简单便宜。

缺点是，在高温运行时弧垂特性相对差一些，因此需选用铝钢截面比较小的该型导线。

（2）绞合碳纤维复合芯软铝型线绞线
绞合型复合芯软铝导线的芯线是由多股碳纤维复合材料芯线绞制而成的复合材料绞线芯，导体为梯形截面的软铝线股，具有耐高温、耐腐蚀、自重轻、拉重比大、弧垂小、载流量大等优点，同时，整个绞线具有普通钢芯绞线的柔软性、耐疲劳性，克服了棒型碳纤维复合芯容易折断的特点，施工方法、工器具也与普通导线相同。

（3）殷钢芯耐热铝合金绞线
殷钢芯耐热铝合金绞线的钢芯采用镀锌殷钢芯或铝包殷钢芯，殷钢芯采用铁镍(镍约占36%～40%)合金材料制成。

由于这种材料的线膨胀系数比普通钢芯的线膨胀系数低许多，具有长度基本上不随温度变化的特点，因此被称为“殷钢”。

优点是：相对于其他的耐热铝合金导线，其弧垂特性优良。

耐高温、高热，比同尺寸的钢芯铝绞线增加了1.6～2倍的载流量，且达到高温运行时，导线机械强度损失很小；缺点是：抗拉强度比普通钢小、交流电阻较大导致能损较大；殷钢价格比较高昂，性价比较低等。

（4）其它类的增容导线
除以上耐热导线外，还有间隙型耐热铝合金绞线、特强钢芯软铝绞线、铝基陶瓷芯铝绞线等也在国内使用。

这些导线的弧垂特性、经济特性相对较差，且在实际中使用较少，因此不纳入比选范围。

3.2 耐热导线应用情况比较
施工工艺方面，普通耐热导线、殷钢导线、碳纤维导线施工工艺与普通铝包钢芯铝绞线基本相同，采用张力放线方法。

运行维护方面，普通耐热导线、殷钢导线运行维护与普通铝包钢芯铝绞线基本相同，简单方便易检测，能及时且最大程度上避免导线断线断股现象的发生；碳纤维导线采用绞合碳芯，其发生损伤时，暂无成熟的技术手段可以检测，给运行维护带来不便。

以上耐热导线均需使用特殊金具，需由导线厂家提供备品备件。

普通耐热导线运行维护最为成熟简单，基本在广东电网各地区局都有应用；殷钢导线应用较普通耐热导线少，但也有长期运行经验；碳纤维导线只在海南地区有长期运行经验，广东地区尚缺乏长期运行经验。

4技术性能比较
4.1机械荷载比较
更换的增容导线必须保证新导线的纵向张力、水平荷载和垂直荷载在各种气象条件下均不超出杆塔承受能力，为保证更换导线的最大
使用张力不超原杆塔设计值，需根据不同导线破断张力设计不同的安全系数。

表3给出了各导线方案的设计安全系数及荷载比值情况。

从表4可知：碳纤维导线具有最优的弧垂特性；在常规耐热温度范围内（150℃），对于相近结构型式的殷钢导线和普通耐热铝合金导线，殷钢导线弧垂特性与普通耐热铝合金导线相比优势不明显。

4.3线损比较
线路损耗主要包括电阻损耗和电晕损耗。

对于低海拔地区的220kV及以上线路，其电晕损耗仅为电阻损耗的3%～5%，且线径和分裂间距相近时电晕损耗基本一致，因此无需比较电晕损耗。

而电阻损耗与导线的直流电阻正相关，因此殷钢导线的电阻损耗最大，碳纤维导线的电阻损耗最小。

5经济性比较
因更换导线后弧垂变大或杆塔荷载增大，需考虑更换或增加部分杆塔，以确保增容线路的安全运行。

通过对以上不同导线方案进行平断面校验及杆塔荷载分析，各导线方案涉及的主要工程量及投资如下表5所示。

从上表可知，方案一改造工程量第二、改造费用第一，因改造量越多涉及的民事赔偿、交叉跨越问题越多，故方案一改造铁塔数量不是最多，综合性价比最优。

6 结论
1）500kV线路由于原导线截面较小，需采用铝包殷钢芯耐热导线4×JNRLH1/LBY10-240/55，配合改造部分铁塔方能满足增容需求。

3）500kV线路若采用常规耐热导线即铝包殷钢芯耐热导线4×JNRLH1/LB14-240/40，则改造铁塔的数量将大幅增加，考虑工期因素，暂不推荐。

4）500kV线路若采用碳纤维复合芯导线，则能大幅减少全线改造铁塔数量。

但线路沿线重要交叉跨越较多（1次铁路、4次高速、2次一级公路），而绞合型碳纤维复合芯导线的运行经验较少，经相关部门综合评估，本阶段暂不推荐。

从上述分析可见，在少量改造或新建铁塔的情况下，采用铝包钢芯耐热铝合金绞线JNRLH1/LBY10-240/55导线即可满足增容需求。

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