蘆 燈，姚元璽，陳 鵬

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

鑒于大跨越的重要性及其修復(fù)的困難性，導(dǎo)線和地線的選型設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理，關(guān)系到大跨越線路的安全可靠性及工程造價(jià)的合理性［1-4］。

導(dǎo)線和地線選擇首先需要確定系統(tǒng)邊界條件：系統(tǒng)額定電壓為±800 kV；系統(tǒng)額定輸送功率為10 000 MW；電阻損失按3 500 h、4 000 h、4 500 h 計(jì)算，電暈損失按8 760 h 計(jì)算；電價(jià)按0.30 元／kWh、0.40 元／kWh、0.4311 元／kWh（2016 年受端標(biāo)桿電價(jià)）、0.5 元／kWh 計(jì)算；經(jīng)濟(jì)使用年限和施工期分別按30 年和2 年計(jì)算。

結(jié)合工程實(shí)際和以往大跨越工程經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹了黃河大跨越的導(dǎo)線、地線選擇原則、導(dǎo)線材質(zhì)的確定、載流量計(jì)算、電氣特性、機(jī)械特性、經(jīng)濟(jì)特性的計(jì)算，給出了導(dǎo)線和地線的選型意見，可為后續(xù)工程的黃河大跨越提供設(shè)計(jì)參考。

1 導(dǎo)線選擇原則

導(dǎo)線選擇一般應(yīng)根據(jù)電氣、機(jī)械性能以及國內(nèi)外大跨越運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、制造情況和供貨情況，并按工程實(shí)際條件，客觀、科學(xué)地選?。?-6］。

1.1 載流量要求

根據(jù)DL／T 5504—2015 《特高壓架空輸電線路大跨越設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中7.2 條的要求［3］，大跨越導(dǎo)線的截面應(yīng)按允許載流量選擇，避免全線路的輸送容量受大跨越段限制。同時(shí)，大跨越段導(dǎo)線輸送容量應(yīng)與一般段線路輸送容量相匹配。

1.2 良好弧垂特性

選擇弧垂特性良好的導(dǎo)線，可有效降低跨越塔高度來節(jié)約工程投資，同時(shí)方便線路施工、運(yùn)行和維護(hù)。當(dāng)選擇的導(dǎo)線拉斷力較大、單位長度重量相對較小時(shí)，即認(rèn)為該導(dǎo)線具有良好的弧垂特性?；〈固匦钥刹捎脤?dǎo)線拉斷力與單重比值，即拉重比（λ=T／W）來體現(xiàn)。根據(jù)國內(nèi)外大跨越線路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，得到拉重比λ 與跨越檔距L 的函數(shù)關(guān)系：

當(dāng)L＜1 000 m 時(shí)，取λ＞8 km；

當(dāng)L＞1 000 m 時(shí)，取λ＞12 km；

當(dāng)L＞1 500 m 時(shí)，取λ＞15 km。

能滿足該條件的導(dǎo)線有特強(qiáng)型或高強(qiáng)型鋼芯鋁合金絞線、鋁包鋼絞線、鋼絞線和鋁包鋼芯鋁合金絞線等。

1.3 年平均運(yùn)行應(yīng)力取值

DL／T 5504—2015 《特高壓架空輸電線路大跨越設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》指出：導(dǎo)線和地線，OPGW 光纜平均運(yùn)行應(yīng)力的上限，應(yīng)根據(jù)防振措施確定，懸掛點(diǎn)的平均運(yùn)行應(yīng)力不宜超過抗拉強(qiáng)度的25%，或按運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。OPGW 光纜的平均運(yùn)行應(yīng)力不宜大于導(dǎo)線［3］。

1.4 電磁環(huán)境要求

導(dǎo)線選擇的電磁環(huán)境要求，主要體現(xiàn)在導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度方面。電場強(qiáng)度過高會(huì)起暈導(dǎo)致電暈損耗大大增加。因此，應(yīng)選擇表面電場強(qiáng)度滿足要求的導(dǎo)線，符合電磁環(huán)境方面的要求［7］。

1.5 導(dǎo)線制造

大跨越導(dǎo)線一般不能采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而需根據(jù)耐張段長度專門（整根）定制，中間不得有接頭。隨著電力建設(shè)的發(fā)展，國產(chǎn)化的大截面特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金絞線已在國內(nèi)多條大江大河的大跨越工程中得到全面應(yīng)用，目前國內(nèi)生產(chǎn)的JLHA1／G4A-900／240導(dǎo)線，已成功應(yīng)用于哈鄭線黃河大跨越，JLHA1／G4A-640／290 導(dǎo)線，在2003—2004 年期間成功應(yīng)用于荊益線李埠長江大跨越、沅水大跨越以及益長線湘江大跨越，2009 年成功應(yīng)用于向上特高壓線路4次長江大跨越中，生產(chǎn)、施工和運(yùn)行積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在以往的超高壓大跨越設(shè)計(jì)建設(shè)中，鋼芯鋁合金絞線、鋁包鋼絞線、特強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線，從小截面到大截面都有采用，本跨越為直流特高壓大跨越線路，因此，應(yīng)該選擇有成熟的建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)線，并具有國內(nèi)生產(chǎn)條件。

1.6 防舞動(dòng)要求

大跨越導(dǎo)線發(fā)生舞動(dòng)的機(jī)理較為復(fù)雜，導(dǎo)致舞動(dòng)的原因有很多。一般在冬季導(dǎo)線覆冰時(shí)或?qū)Ь€受到較大的斜向風(fēng)作用時(shí)容易發(fā)生舞動(dòng)。氣象條件是發(fā)生舞動(dòng)的主要因素，在具備舞動(dòng)的氣象條件下導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)和性能對舞動(dòng)的影響也較大，其影響因素大致為：

1）大直徑導(dǎo)線在覆冰時(shí)，因扭轉(zhuǎn)剛度較大，不容易扭轉(zhuǎn)，使覆冰不對稱而易發(fā)生舞動(dòng)。

2）分裂導(dǎo)線因間隔棒的作用增加導(dǎo)線的扭轉(zhuǎn)剛度容易發(fā)生舞動(dòng)，分裂根數(shù)越多，發(fā)生舞動(dòng)的趨勢和幅值越大。

3）導(dǎo)線外層表面光滑不易發(fā)生舞動(dòng)，如外層單絲采用梯形結(jié)構(gòu)形成光滑表面。

1.7 其他因素

大跨越導(dǎo)線的選擇直接影響到桿塔荷載，絕緣子選型和線夾、聯(lián)板等金具的設(shè)計(jì)，此外還涉及導(dǎo)線的損耗和年運(yùn)行費(fèi)用等。需要對這些項(xiàng)目進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以確定最優(yōu)的導(dǎo)線方案。

2 導(dǎo)線選擇

2.1 導(dǎo)地線選擇基本氣象條件

跨越方案及氣象條件是本工程導(dǎo)線與地線選擇的重要依據(jù)，本工程推薦的氣象條件見表1，其中，冰的密度為0.9 g／cm3，雷暴日數(shù)為40 天／年。

表1 氣象條件組合表

2.2 導(dǎo)線材料的確定

2.2.1 鋼絞線

鋼絞線（或鋼絞線復(fù)絞的鋼絲繩）的抗拉強(qiáng)度很高，弧垂特性好，抗腐蝕能力差，同時(shí)較低的導(dǎo)電率將導(dǎo)致電能損耗增大。因此，近年來國內(nèi)、外線路導(dǎo)線均不再采用鋼絞線，部分工程將其用作線路地線。

2.2.2 鋼芯鋁絞線

鋼芯鋁絞線載流能力強(qiáng)，電工鋁的導(dǎo)電率為61.2%IACS。主要缺點(diǎn)是抗拉強(qiáng)度較低，若要勉強(qiáng)作成較高的弧垂特性，除了采用特高強(qiáng)度的鍍鋅鋼絲外，還要將鋁鋼截面比減小到1 左右，但由于硬鋁絲的強(qiáng)度低，疲勞極限更低。在這樣小鋁鋼截面比的情況下，不僅鋼芯的抗拉強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，重要的是鋁部應(yīng)力分配很大，斷股斷線將不可避免，此外，小鋁鋼比的導(dǎo)線的單重、外徑必須大大增加，給設(shè)計(jì)制造、施工、運(yùn)行帶來一系列問題，因此本跨越不選擇采用鋼芯鋁絞線。

2.2.3 鋼芯耐熱鋁絞線

耐熱絞線可大大提高導(dǎo)線的最高容許溫度。從而提高載流量，同時(shí)鋁絲在運(yùn)行中分擔(dān)應(yīng)力較小，在導(dǎo)線振動(dòng)時(shí)，較易滑動(dòng)而摩擦生熱，故對微風(fēng)微動(dòng)有較高的自阻尼能力。由于這種導(dǎo)線有這些優(yōu)點(diǎn)，因此國外已用于較小跨度的跨越。我國的松花江跨越換線工程（跨距955 m）和沙江線珠江跨越（跨距1 550 m）也使用了這種導(dǎo)線。

但是這種導(dǎo)線用于大跨越也有顯著的缺點(diǎn)：一是鋁部應(yīng)力減小將造成鋼部應(yīng)力增加，而鋼絲的疲勞極限又限制了平均運(yùn)行應(yīng)力的提高，達(dá)不到減少弧垂的效果；二是耐熱導(dǎo)線最高容許溫度的提高使弧垂增加很快；三是這種導(dǎo)線在國內(nèi)還缺少成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，松花江跨越換線后出現(xiàn)了導(dǎo)線斷股事故，沙江線珠江跨越的測振效果不好。故在后續(xù)建設(shè)的古勞跨越，將耐熱鋁導(dǎo)線作為一般導(dǎo)線使用。

鑒于鋼芯耐熱鋁絞線的目前狀況，考慮到本跨越的重要性，不采用此種導(dǎo)線。

2.2.4 鋼芯鋁合金絞線

鋁合金線的抗拉強(qiáng)度大大優(yōu)于硬鋁線，與鋼線絞合后可形成具有良好弧垂特性的絞線，而載流能力又與鋼芯鋁絞線相差不多，鋼芯鋁合金導(dǎo)線在國內(nèi)外大跨越工程中廣泛采用。有豐富的制造運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，弧垂特性好，可以滿足本工程跨越的要求，因此采用鋼芯鋁合金絞線作為該跨越導(dǎo)線選型的比較方案。

2.2.5 鋁包鋼芯鋁合金絞線

隨著我國鋁包鋼線生產(chǎn)加工技術(shù)的完善，鋁包鋼線可以和鋁合金絲組合成有很好的弧垂特性的導(dǎo)線，應(yīng)力分配也大大優(yōu)于鋼芯鋁線，而載流能力又與鋼芯鋁絞線相差不多，但該種導(dǎo)線還未在大跨越工程中使用過，因此不推薦采用該種導(dǎo)線。

2.2.6 鋼芯鋁包鋼線

其特點(diǎn)與鋁包鋼絞線基本相同，所不同的是在鋼芯外再加絞鋁包鋼線，較大幅度地提高抗拉強(qiáng)度和綜合破壞應(yīng)力，同時(shí)又利用了鋁的抗腐蝕性和導(dǎo)電性好的優(yōu)點(diǎn)。除日本的中四跨越外，我國在20 世紀(jì)70 年代也將這類典型的導(dǎo)線用于南京燕子磯長江大跨越，黃埔珠江大跨越和武漢沌口長江大跨越換線工程。其缺點(diǎn)是單重較重，導(dǎo)線較粗，使桿塔所承受的三維負(fù)荷增加，且近年來由于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，鋁包鋼絞線能隨意精確地調(diào)整導(dǎo)線的鋁鋼比和強(qiáng)度，鋼芯鋁包鋼絞線已完全被鋁包鋼絞線替代。因此，不推薦采用該種導(dǎo)線。

2.2.7 以往大跨越導(dǎo)線應(yīng)用情況

經(jīng)過對我國已建和在建500 kV、±800 kV 及1 000 kV 大跨越導(dǎo)線使用情況的統(tǒng)計(jì)，得到以下結(jié)論。

1）在20 世紀(jì)60 年代前后，受當(dāng)時(shí)條件限制，我國大跨越采用了鍍鋅鋼絞線。隨著我國導(dǎo)線制造技術(shù)的提高，20 世紀(jì)70 年代初開始，鍍鋅鋼絞線已沒有用于大跨越工程導(dǎo)線。

2）我國的大跨越線路工程的導(dǎo)線，其載流部分主要以鋁（及其合金）與鋁包鋼兩大系列為主，其比例大致為3∶1。近年來鋁（及其合金）系列導(dǎo)線的應(yīng)用逐漸增加，20 世紀(jì)80 年代以后的使用比例超過4∶1。

3）由于鋁包鋼絞線導(dǎo)電能力相對較低，在大跨越工程中應(yīng)用不多。但在要求導(dǎo)線有良好力學(xué)和防振性能的大跨越工程，需要使用鋁包鋼絞線。

4）我國導(dǎo)線制造企業(yè)生產(chǎn)能力已大幅提高，大跨越線路已逐漸采用國產(chǎn)化高強(qiáng)（或特強(qiáng)）鋼芯鋁合金絞線。鋼芯鋁合金絞線的使用工程數(shù)量接近總數(shù)量的2／3，尤其在近20 年所占的比例超過七成。近年來超高壓及以上的重要大跨越工程基本上采用特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金絞線，尤其是最近幾年，我國已建和規(guī)劃建設(shè)的特高壓工程的長江、黃河大跨越工程均采用特強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線。從其特性分析，特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金絞線在1 000 m 跨距以上的大跨越工程中有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

綜上所述，本工程黃河大跨越擬采用鋼芯鋁合金絞線作為參選導(dǎo)線。

2.3 極導(dǎo)線分裂數(shù)選擇

為滿足電磁環(huán)境的要求，一般段線路導(dǎo)線擬采用8 分裂1 250 mm2大截面導(dǎo)線。為了降低大跨越桿塔所承受的外負(fù)荷，大跨越子導(dǎo)線分裂數(shù)不超過一般段線路導(dǎo)線分裂數(shù)。在相導(dǎo)線總截面相同時(shí)，相分裂數(shù)多，其電氣性能越優(yōu)越；但在機(jī)械性能方面包括覆冰過載能力、弧垂特性、對桿塔的水平荷重、垂直荷重、縱向張力及導(dǎo)線的消耗量等則相分裂數(shù)少的較相分裂數(shù)多的要優(yōu)越［6］。因此需要通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，按年運(yùn)行費(fèi)用最小法進(jìn)行比較后確定。

已投運(yùn)的向上、錦蘇±800 kV 特高壓直流工程大跨越均采用4 分裂導(dǎo)線，正在建設(shè)的哈鄭、浙溪±800 kV 特高壓直流工程大跨越也采用4 分裂導(dǎo)線，大跨越采用4 分裂導(dǎo)線在我國已有比較成功的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。

本工程一般段線路采用8 分裂，結(jié)合以往特高壓大跨越工程，從環(huán)境保護(hù)、制造、施工、運(yùn)輸、運(yùn)行維護(hù)等方面考慮，并根據(jù)載流量初步計(jì)算，大跨越段導(dǎo)線必須采用6 分裂方案進(jìn)行比較。

2.4 導(dǎo)線分裂間距選擇

選擇大跨越線路導(dǎo)線的分裂間距，主要考慮因素為次檔距振蕩和電氣方面的性能。

次檔距振蕩隨時(shí)可能發(fā)生，在開闊地帶、近海、近湖、近水庫的地方，次檔距振蕩發(fā)生頻率更高。一般情況下導(dǎo)線分裂間距足夠大就可以避免出現(xiàn)次檔距振蕩現(xiàn)象。根據(jù)國內(nèi)、外研究，導(dǎo)線分裂間距S 與導(dǎo)線直徑d 的比值大于15 時(shí)，可有效避免次檔距振蕩發(fā)生。

在電氣方面，導(dǎo)線的分裂間距不同，導(dǎo)線表面最大電場強(qiáng)度也不同，一般來說，存在最佳分裂間距，在此分裂間距時(shí)，導(dǎo)線的表面電場強(qiáng)度最小。導(dǎo)線的分裂間距應(yīng)在限制次檔距振蕩的同時(shí)，使電氣性能在可以接受的程度。隨著分裂間距的增大，表面電場強(qiáng)度、可聽噪聲和無線電干擾等電磁環(huán)境影響等有所增加，但變化不大，且都滿足電磁環(huán)境限值要求。另外，由于大跨越導(dǎo)線用懸垂線夾的尺寸較一般段線路相對大一些，還應(yīng)保證懸垂線夾與相鄰金具不發(fā)生碰撞。

綜合考慮上述因素，結(jié)合已有大跨越分裂型式和已通過初步設(shè)計(jì)審查的寧東—浙江±800 kV 特高壓直流工程長江大跨越導(dǎo)線型式，6 分裂時(shí)分裂間距取550 mm。

2.5 導(dǎo)線允許載流量計(jì)算

2.5.1 導(dǎo)線載流量計(jì)算原則

大跨越導(dǎo)線截面應(yīng)首先按導(dǎo)線允許發(fā)熱的條件來選擇，即大跨越段導(dǎo)線在最高允許溫度時(shí)的輸送容量應(yīng)不小于系統(tǒng)要求的線路極限輸送容量。這樣對降低整個(gè)線路的工程造價(jià)是合適的。

2.5.2 導(dǎo)線載流量方法

國內(nèi)外架空導(dǎo)線載流量的計(jì)算公式中，英國摩爾根公式應(yīng)用較多，可用于直徑4.2～100 mm 導(dǎo)線載流量的計(jì)算，適用于環(huán)境溫度為35 ℃、風(fēng)速0.5 m／s、導(dǎo)線溫度不超過120 ℃時(shí)的情況。

2.5.3 載流量計(jì)算參數(shù)選取

1）系統(tǒng)條件。系統(tǒng)額定電壓為±800 kV，額定輸送容量為10 000 MW，每極導(dǎo)線額定輸送電流為6 250 A，每極導(dǎo)線極限輸送電流為6 875 A。

2）氣象條件。環(huán)境氣溫采用最高氣溫月的平均最高氣溫，根據(jù)本工程黃河大跨段附近氣象臺(tái)站的資料，本工程取最熱月最高平均溫度取35 ℃。驗(yàn)算載流量時(shí)，一般線路風(fēng)速取0.5 m／s，考慮到大跨越桿塔較高，以及水面開闊，風(fēng)速相應(yīng)增大的因素，根據(jù)大跨越技術(shù)規(guī)程，驗(yàn)算載流量時(shí)，風(fēng)速采用0.6 m／s。太陽輻射功率密度采用0.1 W／cm2（即1 000 W／m2），導(dǎo)線表面輻射系數(shù)ε 和導(dǎo)線表面吸熱系數(shù)αs均取0.9。

2.5.4 載流量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上導(dǎo)線材質(zhì)選型結(jié)果，對11 種特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線（JLHA1／G4A）進(jìn)行了載流量計(jì)算，并引入1 種特強(qiáng)鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線（JLHA3／G4A）進(jìn)行試算比較，其中環(huán)境溫度取35 ℃，導(dǎo)線最高允許溫度取90 ℃，如表2 所示。

由表2 計(jì)算結(jié)果可知，所選導(dǎo)線載流量在環(huán)境溫度取35 ℃時(shí)均滿足額定輸送容量要求和1.1 倍過載時(shí)載流量，其中，6×640 導(dǎo)線極限載流量為一般線路段導(dǎo)線（8×JL1／G3A-1250／70）的69%～73%（以下稱為“匹配度”），其中640／290 兩種導(dǎo)線方案中，中強(qiáng)度鋁合金絞線JLHA3／G4A 由于導(dǎo)電率較高，比JLHA1／G4A 載流量要大；6×720 和6×750 導(dǎo)線匹配度為74%～75%，6×900 導(dǎo)線匹配度可達(dá)85%，6×1000 導(dǎo)線匹配度可達(dá)91%。

表2 參選導(dǎo)線的允許載流量

2.6 導(dǎo)線電氣性能計(jì)算

大跨越導(dǎo)線的電氣計(jì)算包括電磁環(huán)境的校核，包括導(dǎo)線表面最大場強(qiáng)、地面最大合成場強(qiáng)、離子流密度、無線電干擾水平及可聽噪聲等。上述計(jì)算與導(dǎo)線的極間距離，導(dǎo)線的高度有直接關(guān)系，面對大跨越工程，其控制點(diǎn)就是兩端耐張塔的尺寸、高度。計(jì)算條件為：海拔高度0 m；耐張塔呼高45 m；耐—直檔導(dǎo)線極間距離28 m，導(dǎo)線高度取45 m；直—直檔導(dǎo)線極間距離44 m，導(dǎo)線高度取55 m。

2.6.1 電磁環(huán)境校核

1）導(dǎo)線最大表面電場強(qiáng)度校核。

采用逐次鏡像法，對各種導(dǎo)線方案進(jìn)行表面最大電場強(qiáng)度計(jì)算，并計(jì)算電暈臨界電場強(qiáng)度。其中耐—直檔導(dǎo)線高度取45 m，直—直檔導(dǎo)線高度取55 m。

采用6 分裂導(dǎo)線型式，耐—直檔導(dǎo)線導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度較大，800 mm2截面及以下導(dǎo)線大部分時(shí)間處于電暈狀態(tài)。其他導(dǎo)線方案不起暈。

2）地面合成場強(qiáng)及空間離子流校核。經(jīng)計(jì)算，由于大跨越導(dǎo)線對地高度較高，地面處的合成場強(qiáng)、離子流密度值均遠(yuǎn)小于規(guī)程限值要求。

3）無線電干擾校核。經(jīng)計(jì)算，各參比導(dǎo)線方案0.5 MHz、距邊導(dǎo)線對地投影20 m 處（80%時(shí)間、具有80%的置信度）的無線電干擾均可滿足無線電干擾不大于58 dB 的限值要求。

4）可聽噪聲校核。經(jīng)計(jì)算，各參比導(dǎo)線方案距邊導(dǎo)線對地投影外20 m 處由電暈產(chǎn)生的可聽噪聲（L50）均可滿足可聽噪聲不大于45 dB（A）的限值要求。

5）電磁環(huán)境性能校核結(jié)論。參與比選的各種導(dǎo)線方案均能滿足電磁環(huán)境的限值要求，相比較之前8 000 MW 輸送容量采用4 分裂導(dǎo)線型式時(shí)，電磁環(huán)境指標(biāo)大幅改善。

2.7 導(dǎo)線機(jī)械性能比較

導(dǎo)線機(jī)械性能計(jì)算，主要包括平均運(yùn)行應(yīng)力取值的確定，導(dǎo)線機(jī)械荷載（水平荷載、垂直荷載、張力荷載）的計(jì)算。

2.7.1 平均運(yùn)行應(yīng)力選取

導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力的取值，不僅直接影響跨越直線塔塔高，而且直接影響導(dǎo)線本身的安全運(yùn)行，導(dǎo)線平均運(yùn)行應(yīng)力取值太小，導(dǎo)線弧垂增大，需要跨越塔塔高增加；平均運(yùn)行應(yīng)力取值太大，可降低塔高但增大了導(dǎo)線振動(dòng)水平，從而使導(dǎo)線易疲勞受損。因此，應(yīng)選擇一個(gè)適中的平均運(yùn)行應(yīng)力。

國內(nèi)大跨越平均運(yùn)行應(yīng)力占導(dǎo)線額定拉斷力（UTS）的百分比，基本為17%～25%，其中以20%以上居多。約有64%的工程鋼芯鋁合金導(dǎo)線的最低點(diǎn)平均運(yùn)行應(yīng)力選在20%～22.5%，多年來運(yùn)行情況良好。

根據(jù)大跨越工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，特強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線的平均運(yùn)行應(yīng)力可取為其破壞應(yīng)力的20%。

2.7.2 機(jī)械荷載特性比較

按照水平檔距1200m、垂直檔距1400m 的荷載，對各種導(dǎo)線方案進(jìn)行年平均運(yùn)行應(yīng)力、最大弧垂、跨越塔高度、垂直水平荷載情況以及所需絕緣子串強(qiáng)度等計(jì)算，結(jié)果如下。

1）從對鐵塔高度的影響看，JLHA1／G4A-720／320、JLHA1／G4A-640／290導(dǎo)線方案的塔高最小，JLHA1／G4A-750／160、JLHA1／G4A-800／190、JLHA1／G4A-900／215 導(dǎo)線方案塔高最高，其余導(dǎo)線方案鐵塔高度相差不大。

2）由于全部導(dǎo)線方案均為6 分裂型式，其水平、垂直荷載的變化規(guī)律和截面、鋼芯截面的變化規(guī)律基本一致，6×640 mm2系列導(dǎo)線方案荷載最小，其次是750 mm2、720 mm2、800 mm2、900 mm2和1 000 mm2截面導(dǎo)線。

3）從縱向張力看，由于導(dǎo)線受年平均氣溫控制，實(shí)際可達(dá)的最大使用張力安全系數(shù)都在3.0 以上，6×1 000 mm2和6×720／320 mm2系列導(dǎo)線方案張力最大，6×900 mm2和6×720／270 mm2、6×640／290 mm2導(dǎo)線方案張力次之。

4）同截面的導(dǎo)線，由于特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線拉斷力比中強(qiáng)度鋁合金大，因此其塔高比中強(qiáng)度鋁合金絞線要高2 m 左右，其他荷載相近。

5）綜合考慮垂直、水平、縱向荷載以及塔高對塔重的影響后，可以看出，6×1000 mm2和6×900 mm2系列導(dǎo)線方案直線塔最重，6×750／160 mm2導(dǎo)線方案塔高最高；6×720／190 mm2、6×900 mm2和6×1 000 mm2導(dǎo)線方案直線塔呼高相同，平均水平偏上，6×720／270 mm2、6×720／320 mm2、6×640／240 mm2、6×640／290 mm2導(dǎo)線方案呼高整體較低，均不超過平均水平。

2.8 導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)性能比較

2.8.1 各導(dǎo)線方案初始投資比較

根據(jù)本工程具體情況，按推薦的典型桿塔及塔型進(jìn)行負(fù)荷、桿塔、絕緣子金具及本體工程投資等一系列計(jì)算后，6×JLHA1／G4A-750／160 導(dǎo)線方案初始投資最低，其次是6×JLHA1／G4A-720／190；6×JLHA1／G4A-900／240導(dǎo)線方案較6×JLHA1／G4A-720／320 導(dǎo)線方案的工程造價(jià)略有增加；6×JLHA1／G4A-1000／260 導(dǎo)線方案由于架線投資明顯增大，塔材、附件等主要項(xiàng)的費(fèi)用也較大，因此工程造價(jià)最高。

2.8.2 全壽命周期經(jīng)濟(jì)性比較

依據(jù)電力工業(yè)部（82）電計(jì)字第44 號文《頒發(fā)“電力工程經(jīng)濟(jì)分析暫行條例”的通知》中第十五條，年費(fèi)用最小法計(jì)算公式為：

式中：F 為年費(fèi)用（平均分布在m+1 到m+n 期間的n年內(nèi)）；Z 為折算到第m 年的總投資；Zt為第七年的投資；μt 為第七年的運(yùn)行費(fèi)用；μ為折算年運(yùn)行費(fèi)用；t 為第t 年運(yùn)行費(fèi)用；m 為施工年數(shù)；n 為經(jīng)濟(jì)使用年數(shù)；t 為工程開工起計(jì)的年份；t′為工程部分投產(chǎn)的年份；r0為電力工程投資的回收率。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，年費(fèi)用的計(jì)算原則為：開工為第1 年初，投產(chǎn)為第2 年底，經(jīng)濟(jì)使用年限按30年計(jì)；第3 年投資60%，第4 年投資為40%；年損耗小時(shí)數(shù)按4 000 h、5 000 h、6 000 h 計(jì)；設(shè)備運(yùn)行維護(hù)率為1.4%；電力工程回收率按8%、10%、12% 3 種利率計(jì)；上網(wǎng)電價(jià)按0.2 元／kWh、0.3 元／kWh、0.4 元／kWh、0.5 元／kWh、0.6 元／kWh 計(jì)。

通過對各導(dǎo)線方案年費(fèi)用比較，得出以下結(jié)論：

1）從以往大跨越工程與一般線路匹配情況來看，交流線路工程大跨越導(dǎo)線與一般線路的等效截面一般在60%以上，直流線路在50%以上（錦蘇線為45.4%），但本線路為火電送出，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)要大于水電送出，因此更大截面的導(dǎo)線在全壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。

2）總體來看，在經(jīng)濟(jì)年限為30 年，折現(xiàn)率8%、10%、12%，損耗小時(shí)數(shù)4 000～6 000 h，電價(jià)0.2～0.6 元／kWh 范 圍 內(nèi)，JLHA1／G4A-1000／260、JLHA1／G4A-900／240、JLHA1／G4A-900／215 導(dǎo) 線方案經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。

3）JLHA1／G4A-1000／260 導(dǎo)線方案雖然年費(fèi)用稍低，但其初始投資相對于JLHA1／G4A-900／240 導(dǎo)線初始投資增加約103 萬元，且導(dǎo)線需要新研制，沒有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

4）JLHA1／G4A-720／190、JLHA1／G4A-750／160導(dǎo)線雖然初始投資相對較低，但在全壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性不如JLHA1／G4A-900／240 導(dǎo)線。

5）將JLHA3／G4A 特強(qiáng)鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線引入?yún)⑦x導(dǎo)線進(jìn)行比較，通過比較可看出，塔材、基礎(chǔ)等投資與同截面的JLHA1／G4A 相比差別不大，但由于導(dǎo)線投資較低，因此其工程初始投資較低；同時(shí)，由于JLHA3／G4A 導(dǎo)電率較高，直流電阻比JLHA1／G4A 低，整體運(yùn)行下來，其年費(fèi)用要明顯比JLHA1／G4A 低，但是比JLHA1／G4A-900／240 要高。

6）由于缺乏導(dǎo)線參數(shù)，沒有實(shí)際計(jì)算JLHA1／G4A-900／240 對應(yīng)的特強(qiáng)鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線JLHA3／G4A-900／240，但根據(jù)640／290 導(dǎo)線的計(jì)算結(jié)果可以類比得出，同截面的特強(qiáng)剛中強(qiáng)度鋁合金絞線JLHA3／G4A 較特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線JLHA1／G4A 運(yùn)行年費(fèi)用要低。

7）特強(qiáng)鋼芯中強(qiáng)度鋁合金絞線JLHA3／G4A 從未在大跨越工程中有過運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，暫不推薦采用。

8）JLHA1／G4A-900／240 導(dǎo)線方案已成功應(yīng)用于哈鄭、溪浙±800 kV 特高壓直流工程的大跨越工程中，而且本工程的黃河大跨越段長度及主跨檔距、鐵塔呼高等均與哈鄭線相近。

綜合比較參比導(dǎo)線方案，在載流量、電磁環(huán)境、機(jī)械性能都滿足要求的情況下，推薦采用綜合經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)且有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的JLHA1／G4A-900／240 特強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線。導(dǎo)線采用6 分裂，分裂間距推薦采用550 mm。

3 地線選擇

3.1 地線及OPGW 選型原則

地線的作用主要是防止輸電線路遭受雷擊，而OPGW 光纜還承擔(dān)著特高壓輸電系統(tǒng)通信的角色。因此要求地線的機(jī)械強(qiáng)度高、耐振、耐腐蝕，并具有一定的導(dǎo)電性和足夠的熱容量，OPGW 選擇應(yīng)遵循原則為：具有足夠的熱容量，滿足接地短路情況下的熱穩(wěn)定要求；滿足電線電暈控制下的地線最小直徑；合理的平均運(yùn)行應(yīng)力，具有較好的耐振性能；安全系數(shù)高于導(dǎo)線安全系數(shù)；驗(yàn)算工況下的張力不大于破壞張力的60%；絞線外層單絲直徑不小于3.2 mm，以免發(fā)生雷擊斷股。

一般情況下大跨越線路的短路電流較小，其截面不受短路電流容量的控制。并且地線強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般段線路的地線，滿足電線電暈方面相關(guān)要求。因此，大跨越線路的地線及OPGW 選型主要關(guān)注其機(jī)械特性和防雷性能。

3.2 各種OPGW 型式分析

OPGW 光纜為光傳輸單元與多層金屬單絲構(gòu)成的絞線，常見型式有鋁管型、不銹鋼管型、鋁骨架型。特性比較如表3 所示。

大跨越導(dǎo)線采用特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線，推薦在OPGW 結(jié)構(gòu)形式的選擇上，采用不銹鋼管層絞式結(jié)構(gòu)。

3.3 大跨越OPGW 選擇重點(diǎn)

大跨越輸電線路桿塔較高，雷電活動(dòng)相對頻繁，雷害相對嚴(yán)重。不僅要從改善OPGW 自身的抗雷擊性能，還要從提高OPGW 的壽命角度來提出對本工程大跨越用OPGW 的技術(shù)要求。

表3 不同結(jié)構(gòu)形式的OPGW 特性比較

3.3.1 防雷性能

中國的超高壓線路OPGW 采用鋁包鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)防雷性能較好，因此在本工程中推薦使用全鋁包鋼結(jié)構(gòu)的OPGW。

以往工程經(jīng)驗(yàn)，外層單絲直徑的增大能顯著提高其抗雷擊斷股的能力。目前在500 kV 超高壓線路設(shè)外層鋁包鋼單絲直徑應(yīng)不小于3.0 mm。黃河大跨越鐵塔相對普通段線路塔高較高，造成引雷概率大大提高，按照大跨越設(shè)計(jì)規(guī)程，建議其最外層單絲直徑應(yīng)不小于3.2 mm。

3.3.2 直流電阻

OPGW 單位長度直流電阻應(yīng)盡量大于或者等于普通地線的電阻。

3.3.3 熱穩(wěn)定校驗(yàn)

在OPGW 的選型設(shè)計(jì)當(dāng)中，充分考慮了系統(tǒng)短路電流值，黃河跨越兩根地線均采用OPGW，且其截面受到機(jī)械強(qiáng)度控制，截面遠(yuǎn)大于相鄰的普通段線路OPGW，經(jīng)計(jì)算熱穩(wěn)定不是其控制條件。

3.3.4 OPGW 控制應(yīng)力

由于OPGW 采用單導(dǎo)線，從減弱微風(fēng)振動(dòng)的角度考慮，應(yīng)限制其年平均運(yùn)行應(yīng)力，一般不大于18%。

OPGW 安全系數(shù)取值不宜小于導(dǎo)線，大跨越導(dǎo)線安全系數(shù)取2.5，平均運(yùn)行應(yīng)力取20%，本工程大跨越導(dǎo)線控制條件為年平均氣溫，導(dǎo)線的實(shí)際安全系數(shù)達(dá)到3.34。因此地線需要有更大的安全系數(shù)，取值在3.34 以上，故OPGW 選擇也可能受最大使用應(yīng)力控制。

在大氣過電壓的氣象條件下應(yīng)對大跨越檔距中央導(dǎo)地線間距進(jìn)行校核。根據(jù)推薦方案檔距L 為1 353 m，計(jì)算所得實(shí)際導(dǎo)、地線間距離S1為23.92 m。

±800 kV 線路的反擊耐雷水平不宜低于200 kA，因此本跨越耐雷水平按不小于200 kA 考慮，要求的最小導(dǎo)、地線間距離S2為20 m，小于S1，滿足要求。

3.4 OPGW 選型意見

根據(jù)以上選型原則，選擇了2 種滿足工程要求的OPGW 進(jìn)行詳細(xì)的電氣和機(jī)械性能比較，分別為OPGW-300 和OPGW-350。經(jīng)計(jì)算，2 種光纜都滿足機(jī)械強(qiáng)度和電磁環(huán)境要求，平均運(yùn)行張力占拉斷力比例相當(dāng)，推薦造價(jià)相對較低的OPGW-300 作為黃河大跨越OPGW 光纜。

3.5 普通地線選型意見

鋁包鋼絞線的機(jī)械強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好，同時(shí)也容易滿足熱穩(wěn)定的要求，適合作為大跨越地線，因此普通地線方案按鋁包鋼絞線考慮。

普通地線的力學(xué)特性應(yīng)與配套的OPGW 相匹配，選擇與OPGW-300 力學(xué)特性較接近的JLB14-340，經(jīng)導(dǎo)地線配合計(jì)算，其參數(shù)及力學(xué)特性見表4。

表4 地線參數(shù)表

3.6 地線選型結(jié)論

從以上對比可以看出，OPGW-300 及普通地線JLB14-300 均能滿足本工程的技術(shù)要求。根據(jù)系統(tǒng)通信要求，本工程黃河大跨越段地線采用2 根OPGW光纜，型號均為OPGW-300。

4 結(jié)語

通過對已有大跨越導(dǎo)線、地線應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，結(jié)合本工程特點(diǎn)，選擇與本線路允許的最大輸送容量相配合的導(dǎo)線及相應(yīng)的相分裂根數(shù)，然后對不同的導(dǎo)線方案進(jìn)行跨越塔塔高、荷載及電能損耗、電暈特性、電磁環(huán)境影響等的計(jì)算，最后整體考慮建設(shè)費(fèi)用與運(yùn)行期間電能損耗，采用年費(fèi)用法按不同電價(jià)、利率進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)比較。

在滿足載流量、電磁環(huán)境和機(jī)械性能的情況下，鑒于大跨越工程的安全可靠性要求，同時(shí)考慮到本工程工期較急，擬推薦采用綜合經(jīng)濟(jì)性能較優(yōu)，工程初始投資增加不多且不用新研制的特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金絞線JLHA1／G4A-900／240 導(dǎo)線，每相導(dǎo)線6 分裂，分裂間距550 mm。通過調(diào)研，國內(nèi)導(dǎo)線廠家可以制造滿足本工程需要的導(dǎo)線。

OPGW-300 及普通地線JLB14-300 均能滿足本工程的技術(shù)要求。根據(jù)系統(tǒng)通信要求，本工程黃河大跨越段地線推薦采用2 根OPGW-300 光纜。