齊敦金,王克銀,許 彥
(國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司徐州勘測設(shè)計(jì)中心,江蘇 徐州 221005)
依據(jù)電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,為滿足地區(qū)負(fù)荷增長需求,優(yōu)化和加強(qiáng)220 kV 電網(wǎng)結(jié)構(gòu),提高電網(wǎng)輸送容量,需對(duì)永勝—紹隆、普慶—紹隆220 kV線路夾江大跨越段的LHBGJ-400/95 鋼芯鋁合金芯導(dǎo)線進(jìn)行增容改造。
該工程位于揚(yáng)中市夾江江邊,已運(yùn)行15 年,采用“耐-直-直-耐”布置,跨越檔距999 m,南側(cè)錨塔距離跨越塔359 m,北側(cè)錨塔距離跨越塔323 m,均位于平地。耐張段全長1 681 m,為同塔雙回路架設(shè)。夾江跨越塔均為直立雙回柔性拉條鋼管塔,全高113 m,呼高90 m;導(dǎo)線為單根LHBGJ-400/95 加強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線,架空地線為OPGW(光纖復(fù)合架空地線)復(fù)合光纜。
經(jīng)核算,若將該耐張段整體新建,動(dòng)態(tài)投資約需4 000 萬,且夾江跨越段附近機(jī)場對(duì)新建線路的限高要求,水利管理部門對(duì)新建跨江線路的審核要求,均會(huì)制約工程建設(shè)。為節(jié)約工程投資,考慮利用原線路鐵塔、基礎(chǔ)進(jìn)行增容導(dǎo)線更換。
基于工程改造需求,本文調(diào)查了國內(nèi)一些大跨越工程和增容工程導(dǎo)線選型情況。根據(jù)我國幾十年來的大跨越輸電設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),目前廣泛應(yīng)用于大跨越輸電工程的導(dǎo)線主要有鋼芯鋁合金絞線、高強(qiáng)鋼芯(耐熱)鋁合金絞線、特強(qiáng)鋼芯(耐熱)鋁合金絞線、特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)鋁合金絞線以及鋁包鋼絞線等[1]。用于大跨越增容改造工程的導(dǎo)線主要有:葛滬±500 kV 直流輸電線路吉陽大跨越采用的2×KTACSR/EST-630/360 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金導(dǎo)線[2];葛洲壩—白家沖220 kV 大跨越采用的ACCC-300/60 碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線[3];江都—晉陵500 kV 線路鎮(zhèn)江大跨越采用的NRLH55/G5A-360/150 特高強(qiáng)度鋼芯高強(qiáng)度耐熱鋁合金絞線;鐘山—東渡220 kV 跨海通道增容改造用的KTACSR/UGS-407 超強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線[4]等。
結(jié)合大跨越工程案例和原線路的設(shè)計(jì)條件,本文規(guī)劃設(shè)計(jì)特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線JNRLH2/G5A-360/80、特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線JNRLH2/G4A-360/100、碳纖維復(fù)合芯鋁絞線JLRX/T-400/65 等3 種導(dǎo)線用于220 kV 大跨越工程增容改造。基于本工程增容需求、原線路桿塔設(shè)計(jì)條件、跨越夾江弧垂和線路防雷導(dǎo)地線間距要求等因素,經(jīng)比選論證,推薦JNRLH2/G4A-360/100 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線用于本工程夾江大跨越。為確保大跨越導(dǎo)線安全運(yùn)行,做好其微風(fēng)振動(dòng)防治工作,進(jìn)行了導(dǎo)線自阻尼試驗(yàn)和防振錘功率特性試驗(yàn)分析,為夾江大跨越工程的跨越檔、錨線檔提供了合理的防振方案。經(jīng)核算,本工程大跨越段增容改造動(dòng)態(tài)投資約200萬,相較于新建整個(gè)耐張段,節(jié)約工程投資約3 800萬。而且減小了施工難度和政策處理難度,大大減少了停電時(shí)間,極大方便了工程順利投運(yùn)。
本工程利用原線路鐵塔和基礎(chǔ),僅更換導(dǎo)線,避雷線保持不變。因此,本工程主要原則是按照原線路設(shè)計(jì)條件執(zhí)行,考慮本工程增容目標(biāo),歸納增容導(dǎo)線選型邊界如下:
(1)根據(jù)最新國網(wǎng)江蘇電力公司潮流分布數(shù)據(jù),至2030 年,N-1 狀態(tài)下系統(tǒng)要求本線路最大輸送容量在320~340 MVA,考慮負(fù)荷預(yù)測計(jì)算誤差,推薦按照每回輸送容量達(dá)到420 MVA 進(jìn)行導(dǎo)線選型。
(2)根據(jù)原江蘇海事局批文中夾江通航要求,導(dǎo)線弧垂最低點(diǎn)56 年黃海標(biāo)高不低于26.68 m。
(3)根據(jù)DL/T 5485-2013《110~750 kV 架空輸電線路大跨越設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[5]有關(guān)規(guī)定,校驗(yàn)氣溫+15 ℃且無風(fēng)、無冰時(shí)檔距中央導(dǎo)線與地線的最小距離大于12 m。
(4)根據(jù)原線路桿塔設(shè)計(jì)條件和上述邊界條件,要求新規(guī)劃導(dǎo)線機(jī)械特性和電氣特性滿足表1 要求。
表1 新規(guī)劃導(dǎo)線主要技術(shù)要求
依據(jù)原線路設(shè)計(jì)文件、國內(nèi)一些大跨越工程導(dǎo)線選型情況、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[6-7]、導(dǎo)線廠家技術(shù)資料,對(duì)JNRLH2/G5A-360/80 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線、JNRLH2/G4A-360/100 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線、JLRX/T-400/65 碳纖維復(fù)合芯鋁絞線等3 種導(dǎo)線進(jìn)行比選。
特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線具有強(qiáng)度高、拉重比大、弧垂特性好的特點(diǎn)[8]。本文推薦的導(dǎo)線采用4 級(jí)和5 級(jí)強(qiáng)度鍍鋅鋼線,絞前抗拉強(qiáng)度分別大于1 820 MPa 和1 910 MPa,1%伸長應(yīng)力大于1 550 MPa,A 級(jí)鍍鋅層,保證了絞線的拉重比。高強(qiáng)度耐熱鋁合金是耐熱性能好,具有高強(qiáng)度雙重特性的電工用鋁合金導(dǎo)體材料,該鋁合金制成的導(dǎo)線具有使用溫度高、耐熱性好、載流量大的特點(diǎn)[1]。本文推薦的導(dǎo)線采用NRLH2 等級(jí)的高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線,抗拉強(qiáng)度大于238 MPa,伸長率最小值為1.8%,最小導(dǎo)電率55%IACS(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn)),允許連續(xù)運(yùn)行溫度為150 ℃[8]。因此,特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線適合于大跨越及其增容改造線路工程。
碳纖維復(fù)合芯鋁導(dǎo)線具有強(qiáng)度大,耐熱性能好,高溫時(shí)溫度線膨脹系數(shù)小、高溫弧垂小、載流量大、相同鋁截面單重小等優(yōu)點(diǎn)[9-10]。本文推薦的導(dǎo)線采用碳纖維復(fù)合材料芯作為主要承力部件,額定抗拉強(qiáng)度大于2 100 MPa,絞線的拉重比大;外層導(dǎo)體采用軟鋁型線絞線,額定抗拉強(qiáng)度為60~90 MPa,最小導(dǎo)電率63%IACS,允許連續(xù)運(yùn)行溫度為160 ℃。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線已在一些220 kV 和500 kV 線路工程上累積了數(shù)年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)[11],且有大跨越增容改造工程案例[3,12],因此本工程也將其作為比選導(dǎo)線。
本文給出了原線路導(dǎo)線和3 種比選導(dǎo)線詳細(xì)技術(shù)參數(shù)(見表2),從技術(shù)參數(shù)上看,它們的導(dǎo)線機(jī)械特性均能夠滿足技術(shù)要求。計(jì)算得到各種導(dǎo)線載流量見表3,按照載流量分析,3 種導(dǎo)線電氣特性也能夠滿足工程增容目標(biāo)。
表2 導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)
表3 導(dǎo)線載流量計(jì)算
根據(jù)原線路技術(shù)條件,原導(dǎo)線設(shè)計(jì)最高運(yùn)行溫度為90℃。新規(guī)劃導(dǎo)線最高運(yùn)行溫度均不低于150 ℃,在滿足輸送容量要求情況下,幾種導(dǎo)線弧垂情況見表4。從表4 可以看出,新規(guī)劃導(dǎo)線弧垂均不超過原線路弧垂。
表4 導(dǎo)線最大弧垂對(duì)比(檔距999 m)
從電氣特性分析,推薦的3 種導(dǎo)線均滿足本工程使用要求。根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5485—2013[5]有關(guān)規(guī)定,校驗(yàn)氣溫+15 ℃且無風(fēng)、無冰時(shí)檔距中央導(dǎo)線與地線的距離。
表5 給出了幾種導(dǎo)線年平均運(yùn)行條件下的弧垂。經(jīng)計(jì)算,JLRX/T-400/65 在當(dāng)前計(jì)算條件下不滿足要求,可通過放松導(dǎo)線、增大弧垂來滿足導(dǎo)地線間距離要求,但碳纖維導(dǎo)線施工缺陷不易發(fā)現(xiàn)且后果嚴(yán)重[12],且現(xiàn)役線路中發(fā)生過碳纖維導(dǎo)線斷線情況,考慮大跨越工程的重要性,故不推薦使用。
表5 年平均運(yùn)行條件下導(dǎo)線弧垂對(duì)比(檔距999 m)
參照國內(nèi)大跨越工程案例,絕大多數(shù)采用鋼芯鋁合金(耐熱鋁合金)絞線,鋼芯主要采用G3A及EST 強(qiáng)度等級(jí)的鍍鋅鋼線[8]。本工程所選用的特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線JNRLH2/G5A-360/80 和JNRLH2/G4A-360/100 雖然都滿足技術(shù)要求,但考慮到JNRLH2/G4A-360/100 輸送容量略有優(yōu)勢,單價(jià)稍低,故推薦特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線JNRLH2/G4A-360/100 用于本工程。
大跨越工程的導(dǎo)線防振裝置一般是通過逐個(gè)試驗(yàn)研究確定的,由于存在下列多個(gè)因素,本工程大跨越檔增加了導(dǎo)線防振工作的困難。
(1)本工程跨越檔距長,導(dǎo)線弧垂較大,達(dá)到58.5 m。由于是原線路增容改造,為控制導(dǎo)線弧垂,張力與原線路持平,年平均運(yùn)行張力為20.5%,張力大、單導(dǎo)線這2 個(gè)因素將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線自阻尼降低,從而加大導(dǎo)線的微風(fēng)振動(dòng)。
(2)本工程跨越夾江,所處位置地形開闊,障礙物少,容易形成穩(wěn)定層流,致使導(dǎo)線容易形成穩(wěn)定的振動(dòng)并且持續(xù)時(shí)間也增加。本工程較陸上段風(fēng)速增加10%,為30 m/s。
根據(jù)本文所選定的增容導(dǎo)線,參照現(xiàn)有大跨越工程案例,本次防振方案采用防振錘加阻尼線的聯(lián)合防振措施。對(duì)阻尼線進(jìn)行剝層處理,以降低阻尼線夾處導(dǎo)線的動(dòng)彎應(yīng)變值,同時(shí)改變阻尼線夾的響應(yīng)頻率,改善防振方案的頻響特性。在懸垂線夾出口處安裝防振錘以加強(qiáng)防振方案低頻防振效果,通過防振錘和阻尼線的聯(lián)合使用可使整個(gè)防振方案性能達(dá)到最佳。具體防振方案見表6 和表7。
表6 跨越檔防振方案
表7 錨線檔防振方案
針對(duì)本工程防振方案設(shè)計(jì),需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)Q/GDW 245—2010《輸電線路微風(fēng)振動(dòng)檢測裝置技術(shù)規(guī)范》[13]附錄A,導(dǎo)線各夾固點(diǎn)的最大動(dòng)彎應(yīng)變小于120 με。試驗(yàn)過程中,分別設(shè)計(jì)了2種防振方案進(jìn)行試驗(yàn)比選,阻尼線線夾出口試驗(yàn)結(jié)果見表8 和表9。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理分析,繪制防振方案頻響特性曲線見圖1、圖2。
圖2 導(dǎo)線錨線檔頻響特性曲線
表9 錨線檔防振試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總
由表8 可知:方案2 懸垂線夾出口處最大動(dòng)彎應(yīng)變出現(xiàn)在頻率14.31 Hz 處,為61 με;阻尼線線夾出口處最大動(dòng)彎應(yīng)變出現(xiàn)在頻率60.84 Hz處,為112 με。從圖1 頻響特性曲線看,跨越檔所設(shè)計(jì)導(dǎo)線防振方案均能滿足設(shè)計(jì)防振要求,方案2 整體較優(yōu),推薦采用。
圖1 導(dǎo)線跨越檔頻響特性曲線
表8 跨越檔防振試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總
由表9 可知:方案2 耐張/懸垂線夾出口處最大動(dòng)彎應(yīng)變出現(xiàn)在頻率30.101 Hz 處,為46 με;阻尼線線夾出口處最大動(dòng)彎應(yīng)變出現(xiàn)在頻率46.23 Hz 處,為79 με。從圖2 頻響特性曲線看,所設(shè)計(jì)導(dǎo)線防振方案均能滿足設(shè)計(jì)防振要求,方案2整體較優(yōu),推薦采用。
本文結(jié)合原線路設(shè)計(jì)條件,圍繞工程增容目標(biāo),參考國內(nèi)一些大跨越工程導(dǎo)線選型情況,對(duì)JNRLH2/G5A-360/80 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線、JNRLH2/G4A-360/100 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線、JLRX/T-400/65 碳纖維復(fù)合芯鋁絞線等3 種導(dǎo)線進(jìn)行比選,推薦JNRLH2/G4A-360/100 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞線用于本工程增容改造,可節(jié)省大量工程投資,縮短停電時(shí)間,提供更加經(jīng)濟(jì)合理的解決方案。
大跨越工程本身導(dǎo)線選型難度大,增容改造更加困難,在滿足對(duì)下方江面跨越距離和上方地線防雷距離的嚴(yán)苛要求下,選擇增容改造用導(dǎo)線則面臨諸多的技術(shù)難題。目前,國內(nèi)已有的此類工程案例大多所選導(dǎo)線容量增加30%~60%[2-3],本文所采用的JNRLH2/G4A-360/100 特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)耐熱鋁合金絞增容近70%,具有推廣應(yīng)用價(jià)值。