1、1淮南南京上海 1000kV 特高压交流输电线路工程节能导线工程应用技术经济分析2012 年 11 月 12 日淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析1目 录前 言 .31 综述 .41.1 线路概况和系统条件 .41.2 节能导线应用背景 .41.3 工程环境条件 .52 节能导线型式选择 .72.1 新型节能导线介绍 .72.2 适合特高压线路应用的节能导线 .82.3 节能导线的参数和标准 .123 导线机电特性 .143.1 导线弧垂 .143.2 导线过载能力 .153.3 导线耐张串强度选择 .153.4 导线对杆塔荷载的影响 .163.5 导线摇摆
2、角 .173.6 导线防振性能 .173.7 导线蠕变和初伸长补偿 .183.8 配套金具 .193.9 中强度铝合金绞线放松张力使用分析 .203.10 小结 .204 交流电阻及能耗计算 .224.1 节能导线的交流电阻计算研究 .224.2 导线交流电阻比较 .274.3 小结 .285 交流特高工程应用的造价分析 .305.1 导线投资计算 .305.2 耐张串差价比较 .305.3 铁塔耗钢量比较 .325.4 基础用量比较 .336 年费用 .346.1 年费用算法及边界条件 .346.2 全线各区段经济性比较 .356.2.1 淮南-南京段 .356.2.2 南京-泰州段 .38
3、6.2.3 泰州-苏州 I 串段 .40淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析26.2.4 泰州-苏州 V 串段 .426.2.5 苏州-上海段 .446.3 导线不同价位的年费用比较 .466.4 增选新型导线 .496.5 小结 .51第二部分 新型导线的杆塔验算使用 .527 校验条件及原则 .527.1 试点区段及导线型号 .527.2 气象条件及铁塔型式 .527.3 铁塔验算的思路 .538 间隙圆校验 .548.1 空气间隙及间隙圆设计原则 .548.2 Kv 值及悬垂串风偏角 .548.3 Kv 值统计分析 .588.4 小结 .629 铁塔荷载
4、及基础校验 .639.1 杆塔荷载 .639.2 耐张塔塔材及基础优化 .649.3 小结 .6510 杆塔使用条件 .6611 结论 .67淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析3前 言为将更多的“新技术、新材料、新工艺”应用到交流特高压电网建设中，本报告结合淮南南京上海 1000kV 输电线路工程特点，分析了高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共3 种新型节能导线应用的可行性和必要性。以普通钢芯铝绞线为对比基准，对 3 种节能导线的弧垂、过载能力、耐张串强度选择、杆塔荷载、摇摆角、防振性能、蠕变、配套金具等进行了详细比较，认为三种导线的机械电
5、气性能均能满足工程需要，且各有优势。同时本报告详细分析了 3 种节能导线对线路本体造价影响，为准确分析导线的经济性奠定了基础。铝合金芯铝绞线 JL/LHA1-465/210的年费用最低，故作为首推采用的节能导线型号，尤其是在路径复杂，转角比例高的区段优先应用；高导电率钢芯铝绞线 JL(GD)/G1A-630/45 的年费用次优，作为第二位推荐；中强度铝合金绞线 JLHA3-675 由于价格高，其年费用在不利的边界条件组合下会略高于普通导线，但由于其节能效果好，机械特性优，故建议选择耐张塔比例较低、防振要求较高的区段少量应用。铝合金芯高导电率铝绞线 JL(GD)/LHA1-465/210 节能效
6、果和经济性能最优，但由于该种导线尚无实际运行经验，故建议局部试点应用。本报告通过大量的年费用计算，给出了本工程不同区段下，节能导线对普通钢芯铝绞线的相对经济性与相对价格倍数的关系图。最后，结合优先推荐的铝合金芯铝绞线 8JL/LHA1-465/210，本报告以皖电东送铁塔为典型塔型，进行了塔头间隙、杆塔荷载校验，并给出杆塔验算的使用条件，为在 1000kV 线路中使用节能导线提供淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析4了支撑。淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析5第一部分 节能导线选型研究1 综述1.1 线路概况和系统条件本工程
7、起自淮南变电站，经南京变电站、泰州变电站、苏州变电站，止于上海（沪西）变电站，线路全长 779.5km（可研长度，含淮河大跨越 2.61km、长江大跨越 6.21km） ，全线同塔双回架设。线路途经安徽、江苏和上海三省市，其中安徽省境内路径长约 179.7km，江苏省境内路径长约 536.3km，上海市境内路径长约 63.5km。电力系统基本条件系统额定电压： 1000 千伏系统最高运行电压： 1100 千伏系统输送功率（单回）： 3000 MW6000MW其中各段初期输送功率预测如下：淮南南京 4000MW，南京泰州 3000MW泰州苏州 6000MW，苏州沪西 3000MWN-1 极限输送
8、功率： 6000 MW12000MW功率因数： 0.95最大负荷利用小时数： 取 5000、5500 小时。1.2 节能导线应用背景 为实现可持续发展，履行国企社会责任，国网公司近年来积极推进“新材料、新技术和新工艺”应用，建设环境友好和资源节约型电网。节能导线作为输电线路最有效的节能降耗措施正在逐步推广，目前 110750kV 等级的高压、超高压输电线路上有多项工程应用了各种淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析6节能导线，锡盟至南京特高压交流输电线路也局部试用了铝合金芯铝绞线。为进一步推进节能导线在交流特高压线路中的应用，我院受国家电网公司交流建设部委托编制
9、本报告，对在淮南南京上海1000kV 特高压交流输电线路中应用节能导线进行技术经济分析，并对特高压典型设计（皖电东送杆塔施工图）与节能导线的配合使用进行校验。1.3 工程环境条件根据本工程可行性研究评审意见，设计气象条件见表 1-1。表 1-1 气象条件表参 数 气温() 风速(m/s) 覆冰厚度 (mm)设计覆冰 -5 10 导线 10、地线 15验算覆冰 -5 15 导线 20、地线 25基本风速 -5 27/30/32 0最高气温 40 0 0最低气温 -20 0 0平均气温 15 0 0安装情况 -10 10 0雷电过电压 15 10/15 0操作过电压 15 15/18/20 0带电
10、作业 15 10 0年平均雷暴日 40 日冰的比重 0.9g/cm3淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析7沿线各段气象、自然环境条件及路径情况组合如下表：表 1-2 各段环境条件组合区段 基本风速 （m/s）覆冰（ mm）地形 长度（km） 串型 耐张比例 （ %） 输送功率（MW）淮南-南京 27/30 10 196.4 I 18 24000南京-泰州 30 10平丘、河网少量低山 157.5 I 16 2300032 10 227.3 I 17泰州-苏州32 10 127 V 2726000苏州-上海 32 10平地河网62 V 28 23000注：表中数
11、据取自本工程可研评审意见，输送功率参考导线选型专题报告。淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析82 节能导线型式选择2.1 新型节能导线介绍在新建输电线路中，我国应用最为广泛的是钢芯铝绞线，多年的运行实践证明，钢芯铝绞线具有稳定的机械、电气性能，施工运行和维护方便，能够较好地适应我国大部分地区的条件和环境。近年来，我国线缆行业发展较快，为达到增容、节能、改善弧垂特性和防振、防腐性能、降低噪声和电晕等目标，出现了各式各样的新型导线产品，其中很多导线都能达到节能的效果。宽泛地说，只要在同等截面水平下，单位长度电阻低于常规钢芯铝绞线的导线，都可以称为节能导线。这些新型
12、导线主要通过三类技术原理来降低电阻损耗：一是采用退火工艺处理的软铝代替电工硬铝，导电率可由61%IACS 提高到 63%IACS。主要代表产品有 钢芯软铝绞线、应力转移型特强钢芯软铝导线、复合芯软铝倍容量导线等。二是采用具有一定强度和导电率的铝合金代替钢芯和部分乃至全部电工硬铝，在保证机械强度的同时，总的直流电阻可降低 3%左右，并且没有钢芯的磁滞涡流损耗。主要代表产品有铝合金芯铝绞线、中强度铝合金绞线以及正在研制中的高导电率中强度铝合金绞线等。三是保持钢芯铝绞线的结构形式不变，通过材料和工艺手段提高硬铝的导电率，实现 63%IACS 的高导电硬铝。主要产品为 高导电率钢芯铝绞线。节能导线应满
13、足以下几个条件，才适合在基建项目尤其是特高压线路中应用：导线价格与常规钢芯铝绞线持平或略高，不会造成基建投资的明显增加，且节约的电能可以在合理的时限内（如 10 年左右）补偿初投资的增加；机械电气性能能够满足系统和环境要求，且便于施工和维护；与通用设计的杆塔和金具尽可能匹配。淮南南京上海 1000kV 输电线路工程 节能导线工程应用技术经济分析9根据上述条件分析，软铝类节能导线价格过高，或是表面易损伤，对施工和运行要求较高，且力学性能与常规导线差异较大，与通用设计匹配度低，因此在特高压工程中不宜采用。高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线以及中强度铝合金绞线等三种节能导线，从全寿命周期经济性、施工
14、和运行方便性、通用设计匹配性三个方面都有良好表现。目前这三种节能导线均已实现成规模量产，并有在多条 110kV750kV 高压和超高压线路实际工程应用的业绩。其中铝合金芯铝绞线、中强度铝合金绞线已有上海中天、武汉电缆、杭州电缆、无锡远东、无锡华能、通光强能等企业生产；高导电率钢芯铝绞线已有无锡华能、无锡远东等企业产品通过鉴定。根据向相关厂家和科研单位咨询，目前国内主要厂家节能导线的产能情况如下：中强度铝合金绞线可年产 4 万吨，按照招标至供货半年时间计算，产能可满足约 220km 的 8630 截面同塔双回特高压需求；铝合金芯铝绞线可年产 12 万吨，按照招标至供货半年时间计算，产能可满足约 660km 的 8630 截面同塔双回特高压需求；高导电率钢芯铝绞线可年产 5 万吨，按照招标至供货半年时间计算，产能可满足约 250km 的 8630 截面同塔双回特高压需求。由上述分析可见，三种节能导线的产能均可满足新建特高压线路大规模使用的要求。其中铝合金芯铝绞线由于具备生产能力的厂家多，产能大，因此不仅可以大规模应用，且通过充分竞争可以得到最优价格。2.2 适合特高压线路应用的节能导线2.2.1 高导电率钢芯铝绞线铝的导电率除了与铝的状态（硬态、软态）外，与铝的纯度也相关。根据相关研究，纯铝的极限导电率约为 64%IACS，这也是目前大
