输电线路的导线选型研究

摘要： 本文讨论了导线选型的原则，通过实例分析了如何利用全寿命周期的理论来进行，导线的碧旋并最终确定适用导线.

关键词：输电线路；导线选型

1.引言

输电线路工程设计是具体确定项目功能与费用对立统一过程，它对线路的输送容量、传输性能、电磁环境 （电晕、无线电干扰、可听噪声等）和技术经济指标都有很大的影响，决定了工程建设的规模、标准及功能，最终影响设计概算费用，确定投资的最高限额，该阶段对工程造价的影响较大，而导线作为输电线路电功率的载体，是保证安全运行的重要组成部分。

以往的导线选型偏重于电磁环境、载流量、机械强度等方面的比较，对线路投运之后产生的损耗较少关注。随着全寿命周期的提出，大家对年费用的概念越来越重视，且随着社会进步，对建好能源损耗的要求也越来越急迫，年费用最小法成为了在导线选型重要的一个方面。

2.导线选型的原则

导线作为输电线路最主要的部件之一，首先要满足输送电能的要求，同时要安全可靠地运行，对输电线路还要求满足环境保护的要求，而且还要在经济上是合适的。因此，在电气和机械两方面都对导线选型提出了严格的要求。在导线截面和分裂方式的选取中，要充分考虑导线的电气和机械特性，在电气特性方面，导线电晕而引起的各种问题，特别是环境问题（无线电干扰、可听噪声等）将更加突出，从世界一些国家的实验研究和工程实践情况看，一般均通过合理选择导线的截面和分裂形式来解决由电晕引起的环境影响问题；对于导线的机械特性，要使线路能安全可靠的运行，导线要有优良的机械性能和一定的安全裕度，特别是线路经过大档距、大高差及严重覆冰地区时，导线必须具备优良的机械性能和留有一定的安全裕度。

导线截面和结构的选择除满足系统输送容量等系统运行要求外，还要考虑导线机械强度的要求，并校验线路运行的各种电气性能是否满足要求。在导线选型时，主要原则有：

2.1 导线电流密度的取值

表中标准经济电流密度，是总结了大量的输电线路设计经验而得出的，能够反映数据提出当时的导线选用经济性，这种方法可以简化工作，并在特定的研究对象和研究时间具有准确性。

有关文献指出，随着线路额定电压的提高，电晕损耗和限制无线电干扰、可听噪声的要求，对输电技术经济指标的影响越来越大。随着线路电压的提高，按经济电流密度所求得的相导线截面和在合理的相间距离下按电晕及无线电干扰、可听噪声条件所确定的截面，这二者之间会很不协调。因此就超高压输电线路而言，关于经济电流密度的概念实际上已不采用，而相导线截面及其参数的选择，则要根据不同方案的技术经济比较来确定。

本文认为，500kV线路工程导线的选择，不能简单地根据经济电流密度来确定。但其实际的经济电流密度应该在其附近，特别是考虑到线路长期运行的经济性。

2.2 导线最高允许温度

导线最高允许温度是控制导线载流量的主要依据，导线允许最高温度主要由导线经过长期运行后的强度损失和连接金具的发热而定，当工作温度越高，运行时间越长，则导线的强度损失越大，但根据国外一些研究数据，从导线耐热的角度考虑，钢芯铝绞线可采用150℃，主要应考虑导线接头的氧化和连接金具的发热情况。

我国根据以往线路的运行经验，在《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）中规定，在验算导线允许载流量时，钢芯铝绞线的允许温度可采用+70℃，必要时可采用+80℃。

2.3 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，而且会带来其它很多问题，所以在500kV线路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和导线临界电场强度的比值来控制。《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）条文说明中规定导线表面电场强度Em不宜大于全面电晕电场强度Eo的80%～85%。

2.4 无线电干扰限值

输电线路的无线电干扰主要是由导线、绝缘子或线路金具等的电晕放电产生，电晕形成的电流脉冲注入导线，并沿导线向注入点两边流动。从而在导线周围产生磁场，即无线电干扰场。由于高压架空送电线的导线上沿线“均匀地”出现电晕放电和电流注入点，考虑其合成效应，导线中形成了一种脉冲重复率很高的“稳态”电流，所以架空送电线周围就形成了脉冲重复率很高的“稳态”无线电干扰场。

可以认为电晕放电产生的无线电干扰是高压架空送电线的固有特性，其频率基本上就在30MHz以内。同时，由于电晕放电会因天气的变化而强弱变化，雨天交流线路电晕放电明显变强，所以送电线路的无线电干扰电平会随天气变化而有很宽范围的变化，因此通常采用具有统计意义的值来表示线路的无线电干扰水平，如好天气平均值、80%值和95%值（大雨条件）等。

根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）有关规定，并结合其它750kV输变电工程成果，本工程无线电干扰限值：海拔不超过1000m时，距离输电线路边相导线投影外20m处且离地2m高且频率为0.5MHz时的无线电干扰限值不大于58dB（V/m）。海拔1000m以上地区，无线电干扰进行海拔修正。

2.5 可听噪声限值

根据国内外超高压输电线路的研究经验，随着电压的升高和导线分裂根数的增加，输电线路的电晕噪声问题越显突出，必须重点关注。

国标《声环境质量标准》（GB 3096-2008）中规定了我国5类声环境功能区的可听噪声限值，详见下表。

根据我国《声环境质量标准》（GB 3096-2008）和国外提出的一般准则，一般地区特高压输电线路湿导线时的噪声水平限制在55dB（A），因此在好天气时可满足上表中 0-3类区（工业区）夜间限制标准。

根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）有关规定，并结合其它750kV输变电工程成果，海拔不超过1000m时，距输电线路边相导线投影外20m处，湿导线条件下的可听噪声限值为55dB（A）。

2.6 地面最大场强和邻近民房时的场强限值

根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）有关规定，对非居民区线路下地面最大电场强度按10kV/m控制，对居民区线路下地面最大电场强度按7kV/m控制，输电线路跨越非长期住人的建筑物或邻近民房时，房屋所在位置离地面1.5m处的未畸变电场不超过4kV/m。

2.7 工频磁场的限值

鉴于目前工频磁场的标准情况和输电线路实际水平相差甚远，计算超高压输电线路工频磁场也远远低于HJ/T24-1998的标准，所以线路设计时可不考虑工频磁场要求。

2.8 机械特性选择

以上几点是导线选型的需考虑的必要因素，而多方案比选是寻求合理的技术经济方案的必要手段，在满足上述电气必要因素的同时，还需要就导线的机械特性进行多方面比较。

以下为超高压线路中经常用到的几种导线：JL/G1A-630/45、JL/G1A-630/55、JL/G1A-500/45、JL/G1A-400/35、JLK/G2A -630（720）/45、JL/LHA1-465/210，现将其机械特性进行分析比较。

2.8.1 对杆塔荷载的影响

对于不同导线方案，每相的导线荷载百分比计算如下表所示。

2.8.2 导线弧垂和过载能力

由上可知导线的弧垂特性也与导线的结构有关，当铝钢截面比加大时，其弧垂特性变差，铝钢截面比一样时，弧垂特性相差不多，最大弧垂小可相应节省杆塔耗量，上述导线均能满足工程需要，随子导线截面的加大，其覆冰过载能力也相应增大，这几种导线也都能满足线路要求。总的来看JL/G1A-400/35的弧垂特性和过载能力均较差，若为山地工程，其对弧垂和过载能力要求较高，不宜使用此导线。

2.9 经济比较

2.9.1 年费用最小法

年费用最小法是工程方案比较常用的方法，就是用折算年费用评选方案。年费用法为财务评价方法之一，能反映工程投资的合理性、经济性。年费用比较法是将参加比较的诸多方案在计算期内的全部支出费用折算成等额年费用进行比较，年费用低的方案为经济上最优。年费用包含初投资年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的时间价值（即利息）。