用于±660kV直流同塔双回输电线路工程的地线选型研究

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  摘要:文章结合我国±660kV直流输电线路的主要塔型和导线型号的电磁环境参数的计算分析,对双回路导线的布置方式进行了分析和技术经济比较,推荐了双回路布置方案和地线型式。
  关键词:±660kV直流输电线路;双回路导线;地线型式;电磁环境参数
  中图分类号:TM853 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2011)33-0158-03
  
  西北(宁东)~华北(山东)直流联网±660kV输电线路工程起于宁夏回族自治区银川东换流站,止于山东省山东青岛换流站。线路途径宁夏、陕西、山西、河北、山东五省42县,线路全长1348km,包括山东黄河大跨越3.5km。其中单回路为143km,宁陕段单回路段83km,山东段单回路段60km。工程建设规模为同塔双回路±660kV直流工程,输电额定功率为8000MW;本期建设一回路送电容量4000MW。
  一、地线选择
  (一)主要原则
  一般工程的地线选择主要从地线的机械性能、电气性能、防腐性能等方面考虑。对于特高压直流线路,由于地线上的感应电荷较大,有可能在地线上产生很大的表面电场强度,当超过起始电晕电场强度时,地线亦会产生电晕损失、无线电干扰和可听噪声干扰等,因此地线还需满足电晕要求。
  地线选择的主要原则如下:
  1.热稳定要求:相线和地线间短路时,通过短路电流引起的温升应小于400℃。
  2.机械强度要求:设计荷载时,地线安全系数应大于导线安全系数。验算荷载时,其过载应力小于70%拉断应力。
  3.配合导线取得合理的地线支架高度及防雷保护角。
  4.地线最小直径还应满足地线不发生电晕。
  在以往500kV线路较长且光缆选型又由热容量参数所决定的时候,往往将光缆分段认为是一种比选经济的设置。在工程实践中常常有这样的经验:即当线路较长(一般大于80km)而光缆又由热容量控制时,将光缆变截面分段配置(分流地线也一样),是一种既满足技术要求又可减少投资的配置。
  本工程中,其短路电流的准确分布还不确定,同时地线的选型还不能简单地完全认为由热容量指标控制,而是由机械性能、防雷要求、热容量指标等共同作用的结果。对地线的选型,应充分考虑两种地线阻抗的匹配,机械性能应非常接近,塔头受力比较均衡,并使弧垂的配合上比较统一。
  (二)极导线布置方式
  对于同塔双回±660kV直流线路,极导线按上下两层布置,可能的极导线布置方案有4种,如图1所示。在下面,将(A)、(B)、(C)和(D)布置方案分别记为(A)+-/-+、(B)-+/-+、(C)++/--和(D)--/++,斜杠上下分别表示上层和下层的左右极导线极性。
  
  极导线采用(A)+-/-+方案布置时,可以将两回线路极导线水平布置在上、下层,或者垂直布置在左、右侧;采用(B)-+/-+方案时,一般将两回线路极导线水平布置在上、下层;采用(C)++/--和(D)--/++方案时,一般将两回线路极导线垂直布置在左、右侧。
  (三)地线直径
  1.最小直径。在交流规程中,对地线采用镀锌钢绞线时与导线配合的最小截面作出了规定,见表1:
  表 1 地线采用镀锌钢绞线时与导线配合表
  导线型号 LGJ-185/30及以下 LGJ-185/45~ LGJ-400/35 LGJ-400/50及以上
  镀锌钢绞线最小标称截面mm2 50 80 100
  
  将表1中的地线截面折算为直径,即要求与LGJ-400/50及以上导线配合的地线直径不得小于13.0mm。
  2.电晕要求。传统的地线选择基本是按防振要求,满足导地线机械强度配合决定的,一般500kV线路GJ-100钢绞线或铝包钢线即可满足要求。对于特高压直流线路,地线上的感应电荷较大,有可能在地线上产生很大的表面电场强度,当超过起始电晕电场强度时,会产生电晕损失、无线电干扰和可听噪声干扰等,必须予以限制。
  经计算,极导线布置方案对地线表面场强影响很大。极导线按(A)方案布置时,地线表面场强最小,表面场强在13kV/cm左右,按(C)[(D)]方案布置时很大,表面场强在29kV/cm左右;按(B)方案布置时介于两者之间,表面场强在17kV/cm左右。
  目前国内对双回路直流线路的高表面场强时的地线特性还缺少研究,但地线表面场强的增大,必然会产生更多电晕损失,更大的无线电干扰和可听噪声干扰等,因此,鉴于导线按(C)、(D)布置时,地线表面场强高达29kV/cm,导线应避免按(C)、(D)布置方式运行。
  为避免地线表面电场太大,对环境产生不利影响,建议导线按(B)方案布置,地线直径在18mm左右。
  (四)一般地线选择
  1.地线型式。铝包钢绞线与镀锌钢绞线相比,具有导电性能好、单重轻、耐腐蚀性能强、运行寿命长的优点,考虑导本工程在系统中的重要地位,参照以往线路经过地区的500kV交、直流线路设计和运行经验,推荐本工程地线采用铝包钢绞线。
  (1)地线型号选择。地线直径应在18mm左右,在YB/T124-1997《铝包钢绞线》中选择了3种铝包钢绞线。
  
  地线必须具备一定的覆冰过载能力,一般来说,应该大于导线的覆冰过载能力。
  
  参照《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T 5092-1999)、《高压直流架空送电线路技术导则》(DL/T 436-2005)规定,导线和地线的设计安全系数不应小于2.5,地线的设计安全系数,宜大于导线的设计安全系数,经计算所选3种地线与导线配合系数均大于5。
  (五)地线推荐结论
  导地线张力配合按照导线LGJ-630/45、安全系数2.5进行配合。按照《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)规定,地线安全系数不应小于导线安全系数,建议地线的安全系数大于4。因此,推荐采用LBGJ-180-20AC 。
  二、结论
  1.鉴于双回路导线按(A)布置时电晕损失巨大,按(C)、(D)布置时,地线表面场强很高,要求地线直径很大,综合考虑电磁环境、过电压水平、雷电性能、运行损耗等因素,本报告导线按可研推荐的(B)方案布置进行选择。
  2.对于±660kV直流送电线路,从分裂结构对金具加工、施工、运行角度考虑,四、六分裂导线方案在国内由成功的设计、运行经验,对于5分裂导线方案不予推荐。
  3.通过对导线组合方案的机械特性、经济性等方面的计算、分析和比较,可以看出:4、5、6分裂的几种导线相比,4分裂导线在风荷载、初期投资和年费用方面均占明显优势,经过初步的经济性计算比较,在传输相同功率的情况下,适当增加导线截面积能够大大减小电能损耗。大截面导线输电所节省的电能可以弥补甚至超过其增加的初期投资,且直流线路往往都是上千公里的长距离输电,采用大截面导线更能显出其更优的经济性。
  4.一般地线推荐采用LBGJ-180-20AC型铝包钢绞线,OPGW推荐采用OPGW-180,光纤单元采用不锈钢管内含光纤的层绞式松套结构,单丝采用铝包钢线,外层单丝直径要求不小于3.5mm。
  
  参考文献
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  (责任编辑:文森)
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