浅谈输电线路中导线型号的选用原则

浅谈输电线路中导线型号的选用原则

作者：彭续解

来源：《沿海企业与科技》2010年第10期

［摘要］输电线路工程设计中，系统规划专业依据相关规程、标准等以经济电流密度和系统输送容量要求确定导线载流截面后，送电专业再根据导线载流截面，通过多方案经济技术综合比较来确定导线型号（即导线铝钢截面比）。文章针对导线型号确定过程中需要考虑的问题进行分析探讨。

［关键词］导线型号；荷载；弧垂；档距

［作者简介］彭续解，海南电力设计研究院，海南海口，570203

［中图分类号］ TM726 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2010）10-0133-0003 一、前言

当某线路工程完成可行性研究报告并审查通过后，该线路工程导线载流截面也随之确定，接下来送电专业在开展初步设计时，将根据已经确定的导线载流截面，结合沿线地形地貌、气象条件、污秽等级等自然条件，从导线消耗量、最大弧垂、铁塔荷载、悬垂串摇摆角及塔头尺寸、铝部应力、导线过载能力、地形适应能力、电阻损耗八个方面进行综合技术经济比较，从而最终确定导线型号即铝钢截面比。

为了使各项对比数据更具体化，假定某工程为220kV线路，导线载流截面为2×300mm2，现就导线型号的选定展开论述。国标（GB1179-83）中《铝绞线及钢芯铝绞线》300mm2标称截面导线有LGJ-300/15、LGJ-300/20、LGJ-300/25、LGJ-300/40、LGJ-300/50、LGJ-300/70六种，它们的机电性能、使用条件、运行情况及价格等因素随着铝钢截面比的不同而不同，六种导线的相关参数比较见表1：

由表1数据可知：在相同安全系数下，导线LGJ-300/15、LGJ-300/20最大允许使用应力偏小，导致导线弧垂偏大，需要通过升高铁塔来满足导线对地距离要求，不经济；导线LGJ-300/50、LGJ-300/70能满足设计要求，但最大允许使用应力及张力值较大，将导致铁塔重量及基础尺寸迅速增大，虽然可以通过提高安全系数来减少使用应力及张力，但在输电线路设计中此做法太浪费，因此，该导线一般不使用。对于导线LGJ-300/25、LGJ-300/40，在输电线路工程中使用较广泛。由此可见，导线铝钢截面比过大或过小都显得不经济。 以下就LGJ-300/25、LGJ-300/40两种导线进行其他方面经济技术比较。 二、导线消耗量

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LGJ-300/25导线（按双回路双分裂计算）每公里消耗量为12.696吨，LGJ-300/40导线(同上)每公里消耗量为13.596吨，LGJ-300/25每公里可节省约0.9吨，折合约1.7万元（仅考虑导线本体费用，未包含施工运输及其他费用）。 三、最大弧垂

众所周知，导线弧垂大小决定着杆塔呼称高度的选定，进而直接影响着工程造价。最大弧垂一般出现在最高气温（按40℃考虑），但在覆冰地区最大弧垂也可能出现在最厚覆冰。就海南地区而言，最大弧垂发生在最高气温，在档距250～600m时，导线LGJ-300/25在最高气温下的弧垂约为4.68~28.22m，平均约为9.38m（按平均档距350m计算）；导线LGJ-300/40在最高气温下的弧垂约为4.51~26.12m，平均约为8.69m（同上），两者相差0.69m。由此可见，两者在档距250～600m范围内时对杆塔呼称高度影响不是很大。另外，根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）要求：对于按经济电流密度选择导线的线路，在导线允许温度提高到80℃之前，必须按50℃弧垂校验导线对地及交叉跨越间距。当按最高气温50℃计算弧垂时，导线LGJ-300/25与LGJ-300/40弧垂相差更大，对杆塔经济呼称高度的选择产生影响。 四、铁塔荷载

铁塔荷载是决定杆塔材料、基础尺寸的重要依据，从而影响着工程造价的高低。假定设计风速为40m/s，以CZT2232塔为例，取水平档距450m，垂直档距750m来分别计算LGJ-300/25、LGJ-300/40对杆塔荷载如表2：

由以上计算结果可知：以导线LGJ-300/25荷载为基准值，导线LGJ-300/40比导线LGJ-300/25水平荷载大0.8%，垂直荷载大7.1%，纵向荷载大10.6%，因而对铁塔的重量有一定的影响。对于耐张塔塔材影响会更大。 五、悬垂串摇摆角及塔头尺寸

悬垂串摇摆角的大小直接决定着铁塔的塔头尺寸，摇摆角越大，塔头尺寸越大，塔材越重、线路本体投资越大，反之亦然。以CZT2232塔为例，取基本风速折算到导线平均高度处为40m/s，LGJ-300/25、LGJ-300/40两种导线在三种工况下的摇摆角如表3：

根据上述表中结果，取悬垂串长度为3.3m，计算得正常大风下导线LGJ-300/25的间隙比导线LGJ-300/40的间隙大0.04m；操作过电压下导线LGJ-300/25的间隙比导线LGJ-300/40的间隙大0.047m；大气过电压下导线LGJ-300/25的间隙比导线LGJ-300/40的间隙大0.028m。相对于220kV线路铁塔约5m长横担来说，0.028~0.047m的影响几乎可以忽略不计，设计时悬垂串摇摆角对塔头尺寸的影响可以忽略。 六、导线铝部应力

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众所周知，导线平均气温下的铝部应力决定着导线耐振疲劳特性，铝部应力越小，导线耐振性能越好。 计算时：铝的弹性模量取55000N/mm2，在年平均气温条件下导线LGJ-300/25与LGJ-300/40的铝部应力见表4。

由表4数值可知：LGJ-300/25与LGJ-300/40铝部应力相差不大，导线抗振疲劳性能上也相当。

七、导线过载能力

根据规程要求：导、地线在稀有风速或稀有覆冰条件下，弧垂最低点的最大张力不应超过其拉断力的70%，悬挂点的最大张力不超过其拉断力的77%。取典型气象区Ⅰ，在一定的代表档距下（350m），两种导线过载能力计算结果见表5：

由以上计算结果可知：导线LGJ-300/40允许过载能力明显比LGJ-300/25强（以上过载能力计算仅针对于导线，不考虑杆塔、基础受稀有气象条件的影响）。 八、地形适应性

根据《110kV~750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）要求：导、地线在弧垂最低点的设计安全系数不应小于2.5，悬挂点的设计安全系数不应小于2.25。LGJ-300/25、LGJ-300/40两种导线计算结果如表6：

在相同的安全系数、同样档距（400m）条件下，LGJ-300/40比LGJ-300/25高差允许增加约10%，对易受悬点应力控制的山区，LGJ-300/40与LGJ-300/25相比更优越。 九、电阻损耗

按输送功率250MW、功率因数0.95、导线运行温度40℃计算，导线LGJ-300/25电阻损耗约为144.98kW/km，导线LGJ-300/40电阻损耗约为147.76kW/km，按全线100km计，LGJ-300/40导线比LGJ-300/25导线电阻损耗多278kW。 十、工程案例

由海南电力设计研究院设计的东方龙北至陵水文罗220kV送电线路工程，线路全长162公里，途经五市县，山地约占60%，最大设计风速按地区采用35m/s和40m/s，考虑到全线山地所占比例较大，高差达200m以上，本工程导线采用2×JL/LB1A-300/40铝包钢芯铝绞线（性能较2×LGJ-300/40优越）。 十一、结论

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通过对导线LGJ-300/25、LGJ-300/40全面比较，两种导线在技术上都能满足工程设计及运行要求。采用导线LGJ-300/25，本体材料消耗量少，运行费用略低，经济上可以节省。在过载能力上，导线LGJ-300/40比导线LGJ-300/25要强，如果为山区线路，沿线高差起伏较大，选用导线LGJ-300/40比LGJ-300/25更合适。因此，在输电线路工程设计中，设计人员均可以按照以上各项对比，通过综合技术经济比较，最终确定导线型号。 ［参考文献］

［1］中国电力企业联合会.GB50545-2010 110kV～750kV架空输电线路设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［2］国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册［S］.北京：中国电力出版社，2003.

［3］孟遂民,孔伟.架空输电线路设计［M］.北京：中国电力出版社,2007.