5.2導(dǎo)地線比較

(1)導(dǎo)線型式及其主要參數(shù)

現(xiàn)設(shè)計兩個方案，分別采用4×JL/G1A-630/45鋼芯鋁絞線和4×JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線，特性比較如下。

表5-2 導(dǎo)線型式及主要參數(shù)

(2)導(dǎo)線電氣性能比較

針對以上兩種方案，對導(dǎo)線載流量、輸送容量等電氣性能進(jìn)行計算比較。

計算導(dǎo)線允許載流量時，環(huán)境溫度取為35℃，日照0.1W/cm2，輻射系數(shù)0.23,吸熱系數(shù)0.35，在以上同等條件下，對兩種方案在相同運行溫度時的允許載流量及輸送容量進(jìn)行比較，結(jié)果見下表。

表5-3 導(dǎo)線長期允許載流量及輸送容量比較

從上表可以看出，當(dāng)溫度升到80℃以上時，普通的鋼芯鋁絞線4×JL/G1A-630/45已無法提高其載流量、輸送容量了，恐將不能滿足系統(tǒng)要求。而4×JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線運行溫度升至120℃時即已超過了方案一，而且實際上碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的運行溫度可升至150℃以上。

(3)導(dǎo)線機械特性比較

導(dǎo)線機械特性對線路本體投資的影響主要表現(xiàn)為兩個方面，一是導(dǎo)線弧垂特性對鐵塔使用高度的影響，二是荷載特性對鐵塔、基礎(chǔ)及絕緣子串的影響。

1)弧垂特性的比較

表5-4 導(dǎo)線弧垂特性比較

從表中可以看出，JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的弧垂特性明顯優(yōu)于鋼芯鋁絞線，相同檔距下的弧垂差距可達(dá)3m以上，這也就意味著在使用當(dāng)中將可能使桿塔呼稱高差出一檔。

2)對絕緣子、金具的影響比較

由于使用導(dǎo)線的不同，在相同情況下，對絕緣子、金具的荷載就不同。相同線路分別使用各種不同型式導(dǎo)線時，需使用的絕緣子情況見下表。

表5-5 使用絕緣子比較

金具使用上， JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線由于導(dǎo)線外徑較小，使用的金具型號相應(yīng)較小，而JL/G1A-630/45導(dǎo)線則較大些。

通過上表的比較可以看出，JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線使用的絕緣子和金具均較小，成本較低。

(4)桿塔使用情況比較

根據(jù)JL/G1A-630/45導(dǎo)線參數(shù)及氣象區(qū)條件等設(shè)計外部條件，進(jìn)行初步桿塔排位后，可得桿塔使用情況統(tǒng)計見下表[13]。在此基礎(chǔ)上，考慮使用JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線，桿塔檔距不發(fā)生變化，可得相應(yīng)情況下的桿塔使用情況，見下表。

表5-6 方案1桿塔使用情況

表5-7 方案2桿塔使用情況

綜合以上兩個表比較可知，使用JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線可使使用的桿塔呼稱高降低一檔，塔重指標(biāo)、桿塔本體造價等均會相應(yīng)降低。

(5)地線選型

根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求,導(dǎo)地線需滿足各種配合要求，主要是要滿足線路的機械和電氣兩方面的要求。機械方面的要求有：架空地線的安全系數(shù)宜大于導(dǎo)線，平均運行應(yīng)力不得超過破壞應(yīng)力的20%;導(dǎo)線和架空地線距離應(yīng)滿足配合公式的要求;日常工況下的地線垂度不應(yīng)超過相導(dǎo)線垂度的90%。

電氣方面的要求有：線路正常運行時及事故時，地線應(yīng)滿足熱穩(wěn)定要求;滿足系統(tǒng)方面的要求;滿足工程對減小電磁干擾的要求;滿足防雷的要求。

結(jié)合國網(wǎng)公司通用設(shè)計中對500kV輸電線路地線選型的要求，分別針對JL/G1A-630/45導(dǎo)線和JRLX/TZ-400/40碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線參數(shù)，進(jìn)行配合計算，選定對應(yīng)的地線型號為JLB40-150和JLB20A-150，具體技術(shù)參數(shù)見下表。

表5-8 地線特性參數(shù)表

5.3造價比較

在造價比較時依據(jù)現(xiàn)有預(yù)算編制與計算標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算，需要說明的如下：

人力運輸平均運輸距離0.3m，汽車運輸平均運輸距離12km;主要裝置性材料價格：導(dǎo)線LGJ-630/45：18000元/t;碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線JRLX/TZ-400/40：110元/m;地線JLB20A-150：21281元/t，JLB40-150：15544元/t;本次編制未計列定額人工費的調(diào)整和措施費。

表5-9 造價對比表

注：直接工程費=安裝工程費+裝置性材料費

從表5-9可知，使用碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線每公里造價僅比使用鋼芯鋁絞線增加9%;若按單位容量的造價比較，僅比使用鋼芯鋁絞線增加8%。

將碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的單價對新建工程造價影響進(jìn)行比較，詳見圖5-1。若今后碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的單價降低到80元/m，則本體造價采用4×JRLX/TZ-400/40比4×LGJ-630/45每公里節(jié)約10%;若按單位輸送容量比較，本體造價節(jié)約6%。

5.4小結(jié)

從上述針對500kV新建線路進(jìn)行的模擬計算可得下述結(jié)論：新建線路采用碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線技術(shù)同樣可行，在當(dāng)前的導(dǎo)線單價下，每公里造價僅比使用鋼芯鋁絞線增加9%;若按碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的單價下降達(dá)到95元/m，則每公里造價基本持平。

6.結(jié)論

碳纖維復(fù)合材料芯的共同特點是重量輕、線膨脹系數(shù)小，由其制作的導(dǎo)線與普通導(dǎo)線相比，在相同標(biāo)稱截面積時碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線重量較輕或在相同重量時碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線標(biāo)稱截面積更大。因此，采用碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線可以提高輸送容量并可避免由于容量增加使得架空輸電線路導(dǎo)線弧垂過大、對地距離不足的問題，提高輸電線路的安全穩(wěn)定性。

根據(jù)國內(nèi)外收資調(diào)研情況可見，碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的研究首先在國外發(fā)達(dá)國家開展，但應(yīng)用較少;國內(nèi)的相關(guān)研究工作方興未艾，在應(yīng)用數(shù)量上遙遙領(lǐng)先。在世界范圍內(nèi)碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線應(yīng)用的最高電壓等級為230kV，沒有更高電壓等級的應(yīng)用經(jīng)驗。究其原因，碳纖維芯復(fù)合導(dǎo)線價格較貴是主要因素。

通過對220kV改造線路和500kV新建線路進(jìn)行的模擬計算可知，在改造線路中使用碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線倍容，技術(shù)可行，在降低造價時具有巨大優(yōu)勢;隨著碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線價格的下降，在新建輸電線路工程中，使用碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線在技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性上也具有優(yōu)勢。