绿色线路节能导线设计方案(110kV)

1、 汇聚金点汇聚金点 构筑标准构筑标准第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案CSG-110B-3B24GND 方案（户内方案（户内 GIS）珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司二二 O 一二年九月一二年九月 签署页珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案批批准：准：审审核：核： 校校 核：核： 编编 写：写： 珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公

2、司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案序汇聚金点汇聚金点 构筑标准！构筑标准！2012 年 7 月 31 日，由中国南方电网有限责任公司主办，南方电网传媒公司承办的“首届南方电网基建“金点奖”变电站标准化设计大赛”在广州正式启动，通过组织设计、产品及创意大赛的活动形式，面向全国广泛征集变电站标准设计方案、变电站标准件设计以及基建工作方面的好创意和好建议，为南方电网公司的标准设计及典型造价（V1.0）版提供参考和借鉴。随着电网建设投资的不断增大，变电站建设任务日益繁重，南方电网公司正在编制的变电站标准设计及典型造价（V1.0）版，对于

3、落实科学发展观，进一步提高变电站建设的速度和效率，倡导变电站工程建设的政策和理念，规范变电站的设计和建设，又好又快地建设电网，具有十分重要的意义。它有利于更进一步规范工程的建设管理，科学合理地为生产服务；更进一步便于集中招标和设备采购，加快工程的建设步伐；更进一步统一变电站的风格，体现企业形象。我公司积极响应首届南方电网公司基建“金点奖”大赛活动主题，参与 CSG-110B-3B24GND 标准设计方案（户内 GIS）竞赛。为此公司专门成立了标准设计方案竞赛工作组，紧贴大赛活动要求，按照科学合理，好用实用的原则，经过充分的调研、分析讨论、精心组织，设计出一套统一灵活、先进可靠、 操作性强、经济

4、实用的 110kV 全户内 GIS 变电站标准设计竞赛方案，以期为南方电网公司的变电站标准设计及典型造价（V1.0）版的编制作出我们力所能及的贡献。珠海华成电力设计院有限公司二一四年八月十八日 珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案前 言本次参赛的 CSG-110B-3B24GND 标准设计方案（户内 GIS）是在南方电网变电站标准设计的基础上进行深入优化设计的，按照南方电网的建设特点及运行维护要求进行设计。本标准设计方案不包含设备材料清册及工程造价，方案深度按照大

5、赛组织方要求达到初步设计深度，各专项设计及样板点设计深度达到施工图设计深度要求。标准设计方案、专项设计、样板点设计除包括设计说明、图纸等内容外，还配以必要的效果图或实物图片展示。设计内容及深度均满足大赛组织方的要求。本次参赛的 CSG-110B-3B24GND 标准设计方案（户内GIS）是在南方电网变电站标准设计的总体框架内，针对南方电网的建设特点，注重科学性、统一性、可操作性；科学合理为生产服务，注重便于集中招标和设备采购；注重统一变电站的风格，体现企业形象。在编制过程中充分研究了南方电网变电站标准设计的技术要点，结合我们多年工程实践过程中遇到的情况，多次组织设计工作组成员及相关配合方研究讨

6、论，综合了多方面的合理意见和建议，使设计方案的成果更具科学性、代表性、通用性和实用性。由于在较短的时间内编写完成本标准设计参赛方案，错误和遗漏在所难免，敬请各位专家和评委批评指正。珠海华成电力设计院有限公司变电站标准化设计大赛工作组二 O 一二年九月 珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案摘摘 要要本方案响应第三届南方电网公司基建“金点奖”大赛绿色线路节能导线设计方案参赛要求，按照给定的自然条件和电力系统条件，选取了可能采用的各种导线截面。然后，对各种导线，进行了电

7、气性能、机械性能(机械特性、负荷特性等)、生产加工以及施工工艺等的计算和比较，以常规的钢芯铝绞线为基准，进行全面的技术经济比较，确定合理的导线型式，推荐采用 1JLHA3-335 中强度铝合金绞线。 i珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案目 录1 1 工程概况工程概况.11.1 线路概况线路概况.11.2 电力系统条件电力系统条件.11.3 设计气象条件设计气象条件.12 2 导线结构及型号选择导线结构及型号选择.22.1 导线截面导线截面.22.2 导线型号的选

8、择导线型号的选择.22.3 导线型号及技术参数导线型号及技术参数.63 3 导线电气性能比较导线电气性能比较.73.1 电磁环境影响电磁环境影响.73.2 相关计算方式及参数取值相关计算方式及参数取值.73.3 导线载流量比较导线载流量比较.113.4 交流电阻损耗比较交流电阻损耗比较.124 4 导线机电特性导线机电特性.134.1 导线弧垂导线弧垂.134.2 导线覆冰过载能力导线覆冰过载能力.144.3 导线防振性能导线防振性能.154.4 导线蠕变和初伸长补偿导线蠕变和初伸长补偿.164.5 中强度铝合金绞线放松张力使用分析中强度铝合金绞线放松张力使用分析.174.6 小结小结.185

9、 5 新型导线对标准设计杆塔的适应性新型导线对标准设计杆塔的适应性.185.1 杆塔条件杆塔条件.185.2 导线对杆塔的影响和配套金具的选择导线对杆塔的影响和配套金具的选择.195.3 导线摇摆角导线摇摆角.215.4 杆塔荷载的影响杆塔荷载的影响.215.5 基础选型基础选型.236 6 导线方案投资分析及全寿命周期分析导线方案投资分析及全寿命周期分析.256.1 导线用量计算导线用量计算.25 ii珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案6.2 杆塔耗钢量比较杆

10、塔耗钢量比较.256.3 导线经济性比较导线经济性比较.276.4 导线年费用比较导线年费用比较.287 7 结论结论.338 8 附图附图.34 1珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案1 1 工程概况工程概况1.1 线路概况线路概况本导线设计方案为针对 110kV 线路设计，根据参赛要求提供的设计输入条件，线路按同塔双回架设，路径长 20km,地形为 100%山地，海拔高度1000-2000m。1.2 电力系统条件电力系统条件系统额定电压：110 kV线路功率因

11、素：0.95每回正常最大输送功率：53MWN-1 事故极限输送功率：100MW最大负荷利用小时数：本设计方案按 4000 小时考虑。1.3 设计气象条件设计气象条件根据参赛要求提供的资料，参照110kV750kV 架空输电线路设计规范（GB 50545-2010）的有关规定本方案采用的设计气象条件如表 1.3-1。表 1.3-1 设计气象条件 项 目气象条件气温()风速(m/ s)覆冰厚度(mm)最高气温4000最低气温-1000年平均气温1500覆 冰-51010基本风速15250大气过电压(有风)15100 2珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届

12、南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案 项 目气象条件气温()风速(m/ s)覆冰厚度(mm)大气过电压(无风)1500内部过电压15150安 装51002 2 导线结构及型号选择导线结构及型号选择2.1 导线截面导线截面根据本工程系统条件，单回最大输送容量为 53MW，由此算得每相电流为 276A，按电流密度不大于 1.15A/mm2考虑，则导线总铝截面不小于240mm2。本设计方案考虑到一定的裕度，宜选择满足总铝截面不小于300mm2的导线。本设计方案导线选型重点比较新型节能导线与常规导线的技术性与经济性，以 1300mm2导线截面为基础，

13、在导线型式上尽量选取优性能的新型导线进行比选。2.2 导线型号的选择导线型号的选择2.2.1 常规导线（1）钢芯铝绞线目前在输电线路中，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。（2）铝包钢芯铝绞线铝包钢芯铝绞线(aluminium conductor aluminium clad steel reinforced，简称 ACSR/AC)在国内外的送电线路工程中已得到广泛的应用，铝包钢线 3珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“

14、金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案是一种双金属的复合材料，它将钢和铝各自的优良特性集于一体，具有导线性能好、耐腐蚀性能好、抗拉强度高和单位重量轻等特点。铝包钢芯铝绞线的钢丝上被铝层包裹而不与铝股接触，避免了电腐蚀，且与空气中的水气隔离绝缘，提高了导线的抗腐蚀能力。但本工程沿线基本无腐蚀情况，铝包钢芯铝绞线与钢芯铝绞线相比，无明显技术经济优势，不作为本次比选导线。2.2.2 节能导线为将更多的新技术、新材料、新工艺应用到电网建设中，针对本次参赛的工程情况，本方案选择了铝合金芯成型铝绞线、铝合金芯高导电率铝绞线、钢芯高导电率铝绞线、中强度铝合金绞线等四种新型导线

15、进行分析比较。（1）铝合金芯成型铝绞线铝合金芯成型铝绞线是采用高强度铝合金芯替代钢芯铝绞线中的钢芯（某些导线是替代钢芯和一部分铝线），导线外部铝线采用型线结构。当上述两种导线总截面相等时，用成型铝绞线结构，导线的外径更小，减少了风荷载和覆冰荷载，是新一代节能导线。在等直径的条件下，铝合金芯成型铝绞线比普通钢芯铝绞线相比，其重量轻，拉力小，拉重比相差不大。对杆塔的荷载设计有优势。由于其加强芯部分采用具有 53%IACS 的高强度铝镁硅铝合金芯，其导线截面相等，直径接近，但电阻率明显降低，因此，其载流量比普通导线的载流量要高。导线外径小。采用型线绞制结构，导线外径偏小，线路在运行过程中风偏角较小，

16、可获得较小的风荷载和覆冰荷载。由于外层为型线结构，导线的铝合金芯比例可调，则导线可获得合理的拉重比。 4珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案图 2.2.2-1 S、Z 绞铝合金芯成型铝绞线 图 2.2.2-2 梯形绞铝合金芯成型铝绞线（2）铝合金芯高导电率铝绞线铝合金芯铝绞线采用 53%IACS 的高强度铝镁硅铝合金替代普通钢芯铝绞线中的钢芯和部分铝线，导线外部铝线与普通钢芯铝绞线的铝线相同。在等总截面应用条件下，基本无导电能力的 9%IACS 钢芯被铝合金芯替代

17、，铝合金芯铝绞线的直流电阻比钢芯铝绞线小 3%。同时铝合金芯铝绞线是铝基体材质，可避免由于磁滞损耗和涡流损耗带来的电能损失，对于输电线路的节能降耗具有积极的意义。同时铝合金芯铝绞线的单一铝基体材质，没有多金属的电化学腐蚀，耐腐蚀与钢芯铝铰线相比有所提高。 图 2.2.2-3 铝合金芯铝绞线结构图由于铝合金芯铝绞线单位长度质量轻，在满足与普通钢芯铝绞线相同载流量和对地高度的前提下，导线张力与垂直荷载可降低 710%；另外铝合金芯铝绞线的单位重量价格约高出普通钢芯铝绞线 1118%，但该导线单位质量轻，其单位长度价格较普通钢芯铝绞线略高。（3）钢芯高导电率铝绞线61% IACS 硬铝53%IACS

18、 高强度铝合金芯 5珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案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，这也是目前大量使用牌号 AL99.70%电工铝锭，以普通熔炼、轧制工艺生产的铝线导电率一直维持在 61%IACS 的主要原因。但 99.99%的高纯铝锭满足不了目前架空铝导线的市场需求，另外其价格、成本约是普通铝锭的 150%左右，缺乏商业价值。而软铝导线的强度和表面硬度等方面的缺陷，阻碍了其全面推

19、广使用。在常规钢芯铝绞线的基础上，通过从晶粒细化、铝线冷拉拔过程的低缺陷控制以及敏感元素的精确控制，在保障铝线强度满足国标规定的 LY9硬铝线条件下，铝线导电率可以达到 63%IACS。依此开发的高导电率钢芯铝绞线，承力构件采用镀锌钢线，导体采用导电率 63IACS（对应电阻率 0.027367mm2/m）的硬铝线型，可降低线路的电阻损耗，节能效益明显，而其结构、机械性能及施工条件与普通钢芯铝绞线完全一致。图 2.2.2-4 高导电率钢芯铝绞线结构图此种导线的拉丝和绞合技术与普通导线无异，根据目前制造成本及合理利润测算，其价格约高出普通钢芯铝绞线 510%。（4）中强度铝合金绞线我国导线标准

20、GB/T1179-2008圆线同心绞架空导线中的 LHA1 和LHA2 为高强铝合金，导电率分别为 52.5%IACS 和 53%IACS，与普通钢芯铝绞线的导电率 61%IACS 硬铝线 LY9 相比，相同导线截面时直流电阻要增大 15%左右。63% IACS 硬铝线镀锌钢丝 6珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案中强度铝合金绞线由于其在制造、设计、施工、运行等方面的诸多优点，已在世界上许多国家的输电线路上应用，特别是日本、美国、法国等一些发达国家，通过采用非热

21、处理工艺生产的铝合金导电率可达58.559%IACS。在国内，中强度铝合金绞线全部采用 58.5%IACS 中强度铝合金材料，同样具有交流电阻小、耐腐蚀好等优点。 图 2.2.2-5 中强度铝合金绞线结构图中强度铝合金绞线的单位重量价格大致高出普通钢芯铝绞线 18-26%；由于其自重轻，单位长度价格较普通导线高出约 6-13%。2.3 导线型号及技术参数导线型号及技术参数本设计方案以导线截面 300mm2为中心，以传统钢芯铝绞 JL/G1A-300/25 为参照，共选择了四种 300 mm2截面的导线进行比较，分别为：钢芯铝绞线 JL/G1A-300/25、钢芯高导电率铝绞线 JL4/G1A-

22、300/25、铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 和中强度全铝合金绞线 JLHA3-335，各种导线的主要技术参数见下表：表 2.4-1 导线型号及技术参数表导线型号JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-335铝(铝合金)482.85482.85183.10373.40根直径(mm)钢(铝合金)72.2272.22193.40/钢(铝金)/ 铝(铝合金)27.11/306.2127.10/306.21163.43/172.51335.93截面积(mm2)总截面333.31333.31335.94335.9358.

23、5%IACS 中强度全铝合金 7珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案导线型号JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-335铝(铝合金)导电率61%63%61.5%58.5%铝/钢(铝合金)截面比990.95/直径(mm)23.823.823.823.8单位质量(kg/km)1057.01057.0928.4928.4计算拉断力(N)83760837608023080620拉力单重比（km）8.088.088

24、.828.8520直流电阻（/km）0.09440.09120.09230.08973 3 导线电气性能比较导线电气性能比较3.1 电磁环境影响电磁环境影响线路电磁环境影响主要取决于电压等级、导地线布置、导线外径、分裂数、分裂半径和表面粗糙度。对于同截面的普通钢芯铝绞线和新型节能导线，直径略有差异，当其他参数想同时，各种导线电磁环境影响基本相当。3.2 相关计算方式及参数取值相关计算方式及参数取值（1）导线允许载流量导线载流量根据110kV750kV 架空输电线路设计规范（GB 50545-2010）条文说明 5.0.6 公式计算。具体公式如下：/ )(tSFRRWWWI式中: 允许载流量（A

25、）；I单位长度导线的辐射散热功率（W/m）；RW单位长度导线的对流散热功率（W/m）；FW单位长度导线的日照吸收功率（W/m）；SW 8珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案允许温度时导线的交流电阻（/m）。tR辐射散热功率的计算式：RW)273()273(4411aaRSDEW式中：D导线外径（m）；导线表面的辐射散热系数，取 0.43；1E斯特凡-包尔茨曼常数，为 5.6710-8（W/m2）；1S导线表面的平均温升 45（），环境温度取最高气温月的平均气温 3

26、0（）。a对流散热功率的计算式：FW485. 0Re57. 0fFW式中：导线表面空气层的传热系数（W/m）；fRe雷诺数。5210)2/(71042. 2afRe=VD/8510)2/(6 . 91032. 1a式中：V垂直于导线的风速，取 0.5（m/s）； 导线表面空气层的运动粘度（m2/s）；日照吸热功率的计算式：SWDJWSSS式中：导线表面的吸热系数，取 0.46；S日光对导线的日照强度，取 1000（W/m2）。SJ（2） 导线电能损耗当相导线分裂型式以及子导线外径均相同时，三类节能导线与普通钢芯铝绞线的电晕损耗相同；其中，电阻损耗的计算方法如下：1) 首先需计算在运行温度下的单

27、导线直流电阻 DCR 9珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案 )20(1 (20TRRDC式中： -T时每米导线直流电阻值，/m； DCR -20时每米导线直流电阻值，/m；20RT导线运行温度，；电阻温度系数。电阻温度系数 取值时，硬铝线（61%IACS）取 0.00403；硬铝线（61.5%IACS）取 0.00405；高导硬铝线（62.5%、63%IACS）取 0.00416；铝合金线（52.5%IACS、53%IACS）取 0.0036；中强度铝合金线（5

28、8.5%IACS）取 0.00386。2) 接着计算交直流电阻比DCDCACRRRRRk211令为集肤效应系数，为铁损效应系数，则DCRRk111DCRRk221，数值小于，可以忽略，则DCDCDCDCRRRRRRRRkk2121211DCDCRRRR2141021）（即为交直流电阻比 。21kk k3) 集肤效应系数和铁损效应系数，参照日本电线与电缆制作协会颁发的标准 JCS0374：2003“裸线载流量计算方法”进行计算： 321020735. 0030263. 0018578. 099609. 0 xxxk其中，对于单一绞合线（铝合金线、铝合金芯铝绞线）DCRfx801. 0对于复合绞线

29、（铝线+钢线） DCRDDDDfDDDDx)()(8201. 021212121式中：x为常数； 10珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案f频率，50Hz；导线的外径，mm；1D钢线的外径，mm。2D 对于单一绞线（铝合金线、铝合金芯铝绞线）、复合绞线（铝线+钢线）铝偶数层时，；复合绞线（铝线+钢线）铝为 3 层及以上奇数层12k时： 32200042259. 00059348. 0028895. 099947. 0yyykAIy 式中：y-为常数；I-导线电流，

30、A；A-铝截面的面积，。 2mm根据上述计算得出 、的值小于 1 时，应取、。1k2k11k12k4) 交流电阻按 GB50545-2010110kV750kV 架空输电线路设计规范中载流量计算公式反复计算与 I 最终得到。ACRACR)(ACSFRRwwwI式中：I允许载流量，A； 单位长度导线的辐射散热功率，W/m； Rw 单位长度导线的对流散热功率，W/m； Fw 单位长度导线的日照吸热功率，W/m； Sw 允许温度时每米导线电阻值，/m。ACR其中，、按标准中的公式计算；交流电阻。RwFwSwDCACkRR 计算电阻损耗时，风速 V 取值 0.5m/s，日照强度取值为 1000sJ，导

31、线表面的辐射散热系数 E 取 0.43，导线表面吸热系数取2mWS 11珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案0.46，包尔茨曼常数 S 取值；计算导线热稳定载流量时，环境281067. 5mW温度为当地最高气温月的平均最高气温，计算电阻损耗时，环境温度为当地年平均气温。5) 最终，计算电阻损耗为： 3210RIQ式中：Q电阻损耗能量，kWh； I负荷电流，A；线路损耗小时数，小时；R线路总电阻，。其中，线路最大负荷利用小时数 Tmax 与损耗小时数 的关系见下表所

32、示：表 3.2-1 最大负荷利用小时数与损耗小时数的关系3.3 导线载流量比较导线载流量比较 12珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案本设计方案要求最大负荷电流为 523.5A，则单相导线最大负荷电流为276523.5A。在事故运行方式下，交流输电线路可能出现的最大容量由系统的过负荷能力所决定。导线载流量与导线所处气象条件(环境温度、风速、日照强度)有关，在计算导线载流量时，应使导线不超过某一温度，目的在于使导线在长期运行或在事故条件下，由于导线的温升，不致影响导

33、线强度，以保证导线的使用寿命。钢芯铝绞线连续允许使用温度为 7080，若温度继续升高，会大大恶化导线的综合性能。110kV750kV 架空输电线路设计规范（GB50545-2010）中规定，验算导线允许载流量时钢芯铝绞线的允许温度采用+70，必要时可采用+80。本报告中各种导线的最高允许温度采用+80方案进行计算。计算中环境温度为最高气温月的平均气温，根据当地气象统计资料，计算导线载流量的环境温度取 30，日照强度 1000w/m2，风速 0.5m/s，导线表面辐射散热取 0.43，吸热系数均取 0.46，包尔茨曼常数取值5.6710-8W/m2。各种导线载流量和输送功率见下表：表 3.3-1

34、 各种导线载流量 (80)导线型号JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-33570518525523532允许电流(A/相)80645653651662为提高线路的输送能力，降低工程造价，本工程导线允许载流量按最高允许温度 80控制。从表 3.3-1 可以看出，参加比选的四种导线的极限输送功率均能满足系统要求，各种导线的载流量和极限输送功率相差不大，节能导线要比普通导线高出 15%。3.4 交流电阻损耗比较交流电阻损耗比较 13珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点

35、奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案单回交流输电线路的交流电阻热损耗为： 23QeWN Ir式中：功率热损耗(MW/km)；QW分裂根数；N单回路每根导线的额定工作电流(A)；I导线的交流电阻(/km)。er各种导线结构的交流电阻热损耗见表 3.4-1。表 3.4-1 各种导线组合的电阻损耗(kW/km)JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-33558MW35.3934.8134.08533.26553MW29.11528.58528.0127.38548MW23.53523.0122.62522.09542M

36、W18.5518.16517.9317.48注：1.环境温度均为本地年平均气温（15）。2.本工程经济输送功率为 53MW，计算时考虑按经济输送功率的110%，100%，90%，80%四种组合。 从表 3.4-1 可看出，交流电阻热损耗相差不大，相对普通钢芯铝绞线JL/G1A-300/25，钢芯高导电率铝绞线 JL4/G1A-300/25 电阻热损耗可降低约 2.7%3.2%，铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 电阻热损耗可降低约 3.3%3.7%，中强度全铝合金绞线 JLHA3-335 电阻热损耗可降低约 5.6%6.0%。同时当线路的输送功率较大时，其交流电阻热损耗也

37、就越大。由于中强度全铝合金绞线 JLHA3-335 的节能效果较好，故其电阻热损耗最少，在输送功率较大的线路其节能效益更明显。导线型号电阻损耗输送容量 14珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案4 4 导线机电特性导线机电特性4.1 导线弧垂导线弧垂导线的弧垂特性与导线的计算拉断力、铝钢截面比、自重等因素有关。表 4.1-1 各种导线 40弧垂及杆塔重量百分比导线型号JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-3

38、35弧垂(m)10.0710.079.839.7840弧垂(Ldb=350m)差值比(%)0（基准）0-2.38-2.87从表 4.1-1 可知，中强度全铝合金绞线 JLHA3-335 弧垂特性最好；铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 居中；钢芯铝绞线 JL/G1A-300/25、钢芯高导电率铝绞线 JL4/G1A-300/25 相当。为校验各导线在极限输送工况下弧垂特性，计算各导线 70、80弧垂的计算结果见表 4.1-2。表 4.1-2 导线 70、80弧垂导线型号JL/G1A-300/25JL4(/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-33

39、5弧垂(m)11.2211.2211.1411.0970弧垂(Ldb=350m)差值比(%)0（基准）0-0.72-1.16弧垂(m)11.5911.5911.5611.5180弧垂(Ldb=350m)差值比(%)0（基准）0-0.26-0.694.2 导线覆冰过载能力导线覆冰过载能力各导线过载能力见表 4.2-1，覆冰验算的气象条件为：气温-5、风速10m/s。表 4.2-1 导线过载冰厚比较表(10mm 冰设计条件)导线型号JL/G1AJL4/G1AJL1/LHA1JLHA3 15珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖

40、”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案-300/25-300/25-165/170-335过载覆冰能力(mm)Ld=350m23.1注：计算覆冰过载能力时，弧垂最低点的最大张力不超过额定拉断力的 70%，悬挂点的最大张力不超过额定拉断力的 77%。从上表可看出，总体上钢芯铝绞线 JL/G1A-300/25 和钢芯高导电率铝绞线 JL4/G1A-300/25 覆冰过载能力最强，中强度全铝合金绞线 JLHA3-335 和铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 相当。在导线运行中，导电层的最终应力大小需单独计算，它关系到铝股的实际使用安全

41、系数、平均运行应力和疲劳极限。在不计扭绞时，芯线和导电层的应力与相应的弹性系数成比例。据此，对四种导线方案的各层应力分配进行计算。从计算结果可以看出，随着芯线和导电层（即一般所说的钢铝比）的增大，铝股的安全系数逐渐下降。因为 JLHA3-335 采用同种材料，因此其各层应力分配均匀，即使在过载情况下，仍具有足够的安全系数，而JL1/LHA1-165/170 在过载情况下，铝股应力相对其它导线较大。这也验证了，为什么早期采用的 LGJ-70/40 和 LGJ-95/55 地线在大荷载过后容易产生外层铝线断股事故的原因。总的来说，从过载能力角度看，线路的设计覆冰厚度为 10mm 时，四种导线的过载

42、允许覆冰均在 23.0mm 以上，因此基本能满足本工程覆冰过载的要求。4.3 导线防振性能导线防振性能 16珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案输电线路不可避免要发生微风振动，严重的振动会导致导线的疲劳断股或断线，且随着铝（铝合金）部应力的提高而使振动断股发生的可能性随之增大。钢芯铝绞线和高导电率钢芯铝绞线的外层铝线应力安全系数及单股应力相同，铝合金芯铝绞线的耐振性能稍低，而中强度铝合金导线的耐振性能明显优于其它几种导线，放松使用时优势更明显。总体来看，所选节能导

43、线的防振性能均能满足工程要求。4.4 导线蠕变和初伸长补偿导线蠕变和初伸长补偿导线架设完成后受拉力会释放塑性伸长和蠕变，称为初伸长，并导致档内线长和弧垂增加。常规钢芯铝绞线初伸长的处理一般采用降温法，根据不同的铝钢比选取降温度数，计算安装张力和架线曲线。高导电率钢芯铝绞线的设计降温取值与常规导线相同。铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线的降温度数在规范中未给出，应根据蠕变实验数据确定降温度数。一般按照平均运行张力条件下持续 10年的蠕变量确定降温度数。因未收集到 300mm2截面导线的厂家数据，本次根据某厂同型导线样品的蠕变试验结果（如图 4.6-1、2）进行分析，JL/LHA1-460/210

44、在 25%RTS 下 10 年蠕变量为 0.0666%，线膨胀系数0.0000233，设计降温应取 30。JLHA3-765 在 25%RTS 下 10 年蠕变量为0.0562%，线膨胀系数 0.0000233，则设计降温应取 25。 17珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案图 4.6-1 铝合金芯铝绞线蠕变试验结果图 4.6-2 中强度铝合金线蠕变试验结果由上述实验数据可见，由于材质特性的差异，铝合金芯铝绞线蠕变量较大，故架线设计中较普通导线应多降温 5以弥补初

45、伸长的释放。建议实际工程对中标铝合金芯铝绞线再次进行蠕变试验，以确定架线设计采用的降温度数。4.5 中强度铝合金绞线放松张力使用分析中强度铝合金绞线放松张力使用分析中强度铝合金线相对于普通导线自重轻、拉断力大，按照正常张力使用时弧垂小，直线塔能够降低呼高；但由于风偏和张力大，部分直线塔受摇摆角控制需要增大呼高，耐张塔塔重和基础作用力增大，故应根据具体情况考虑是否采用放松张力的架设方式。在人口密集、障碍物较多的区段，受交跨物控制，档距难以放开，只有少量直线塔呼高可以降低，同时耐张段长度短，耐张塔比例高，中强度铝合金绞线的弧垂优势受到限制，故施放档距大的优势无法发挥，且耐张塔塔重和基础工程量均增加

46、。故在此类区段应用中强度铝合金绞线时宜放松张力使用，可放松到与铝合金芯铝绞线相当的水平，同时可以起到进一步改善导线防振性能，降低耐张串强度的作用。 18珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案在丘陵低山地区，人口密度低，路径顺直，主要由对地或跨树距离决定杆塔排位情况，平均档距较大，耐张塔比例低，则中强度铝合金绞线弧垂优势得到较好发挥，杆塔和基础投资能够有所降低。故在此类区段应用中强度铝合金绞线时宜按正常张力使用（K=2.5/Tcp=25%），以降低杆塔高度、减少树木砍

47、伐。4.6 小结小结（1）在力学特性方面，高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线与普通导线基本相同，中强度铝合金导线与普通导线相比有一定改善。（2）铝合金芯铝绞线采用高强度铝合金芯替代普通钢芯铝绞线中的钢芯和部分铝线，提高了导电能力，其纵向荷载条件略优于普通钢芯铝绞线，耐腐蚀性能较好，但弧垂和蠕变量略大。（3）中强度铝合金绞线拉断力较高，具有很好的弧垂特性、过载覆冰能力和防振性能，放松使用时过载覆冰能力和防振性能进一步提高。该导线按照正常张力使用时，直线塔的呼高可降低，但其转角塔的荷载加大，在转角数较多的线路其经济性降低，故应区分不同情况决定是否放松张力使用。（4）从机械、电气性能来看，所选的节能

48、导线均能够适用于本工程。5 5 新型导线对标准设计杆塔的适应性新型导线对标准设计杆塔的适应性5.1 杆塔条件杆塔条件根据所选的节能导线类型，结合工程气象条件地形特点等，本方案采用南方典设 V1.0 版 1C2X1 模块系列塔型。这些塔型具有结构简单、传力清晰、用材经济、加工施工方便的优点。标准设计的直线塔和耐张塔见图5.1-1 所示。 19珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案图 5.1-1 杆塔单线图5.2 导导线对杆塔的影响和配套金具的选择线对杆塔的影响和配套金

49、具的选择在以上四种参与比较的导线中，高导电率铝绞线 JL4/G1A-300/25 张力、垂直荷载与钢芯铝绞线 JL/G1A-300/25 相当，其余导线比钢芯铝绞线小，同时几种导线的截面基本相当，根据 JL/G1A-300/25 导线设计条件，铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 和中强度铝合金绞线 JLHA3-335 对杆塔影响较小，悬垂合成绝缘子串采用 100KN,耐张串玻璃绝缘子采用 270kN 均可满足要求。在现有金具标准设计中，适用于钢芯铝绞线的金具总体上对三类节能导线均是适用的，仅铝合金芯高导电率铝绞线、中强度全铝合金绞线配用的耐张线夹和接续管做了适当的调整。各

50、型号、尺寸见下表所示。 20珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案图 5.2-1 中强度铝合金绞线耐张线夹表 5.2-1 中强度铝合金绞线耐张线夹主要参数主要尺寸型号LL1L2D1D2R质量（kg）NY-335510672655018113.1图 5.2-2 中强度铝合金绞线接续管表 5.2-1 中强度铝合金绞线接续管主要参数主要尺寸型号LD质量（kg）JY-335480501.5节能导线的悬垂、跳线以及档内金具与常规导线无区别，可根据截面直接对应采用定型金具。 2

51、1珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案上述金具已有产品通过鉴定和应用，价格稍高于普通金具。5.3 导线摇摆角导线摇摆角当基本风速为 25m/s 时，各种导线结构的风偏角见下表。表 5.3-1 25m/s 风速中横担各种导线风偏角(Kv=0.75)导线结构JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/170JLHA3-335大风风偏角()52.852.859.559.5操作风偏角()25.625.629.629.6雷电风偏角()11

52、.711.713.613.6从上表可看出，铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 和中强度全铝合金绞线 JLHA3-335 的垂直荷载相对较小，导线风偏角相对较大，可采用原南方电网 V1.0 典型设计塔型，但需注意校验实际 Kv 值，对部分临界塔型应跳大一档使用。5.4 杆塔荷载的影响杆塔荷载的影响为比较各种导线对铁塔的影响情况，现将四种导线型式荷载情况列入表 5.4-1 中，表 5.4-1 中以 JL/G1A-300/25 导线的为基准值 100。表 5.4-1 10mm 冰区荷载比较表导线结构JL/G1A-300/25JL4/G1A-300/25JL1/LHA1-165/

53、170JLHA3-335N3463.9153463.9153463.9153463.915水平荷载(大风时)%100.00%100.00%100.00%100.00%N6908.166908.166466.8456466.845垂直荷载(覆冰时)%100.00%100.00%93.61%93.61%N31828.831828.830487.430635.6相导线最大张力 Tn%100.00%100.00%95.79%96.25%设计安全系数2.5纵向最大张N6365.766365.766097.486127.12 22珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届

54、南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案力差20%Tn100.00%100.00%95.79%96.25%注：大风 V25m/s、覆冰 C10mm、代表档距 Lp350m从表 5.4-1 中可以看出：从垂直荷载来看，在四种导线型式中，JL/G1A-300/25 与 JL4/G1A-300/25 最大，JL1/LHA1-165/170 与 JLHA3-335 最小。从水平荷载来看，在四种导线型式中，因为四种导线直径一样大，四种导线的水平荷载一致。从纵向最大张力来看，在四种导线型式中，JL/G1A-300/25 与JL4/G1A

55、-300/25 最大，JL1/LHA1-165/170 最小，JLHA3-335 居中。JL1/LHA1-165/170、JLHA3-335 与 JL/G1A-300/25 导线相比，垂直荷载，纵向最大张力都较小。JL/G1A-300/25 与 JL4/G1A-300/25 导线所受的纵向张力最大，对转角塔的设计影响较大，会导致铁塔钢材量增加。直线塔耗钢量主要与导线水平荷载、横担长度及导线弧垂有关，而耐张塔耗钢量主要与导线张力、水平荷载有关，垂直荷载对塔重的影响不大。通过对四种不同导线结构综合分析，钢芯高导电率铝绞线 JL/G1A-300/25与钢芯铝绞线 JL4/G1A-300/25 的机械

56、特性基本一致，故其耗钢量相等；中强度全铝合金绞线 JLHA3-335 的自重轻、弧垂小，虽然导线风偏角较大，综合计算耗钢量最小；铝合金芯高导电率铝绞线 JL1/LHA1-165/170 综合计算耗钢量居中。从四种导线的高温度弧垂来看，高温最大弧垂与最小弧垂相差较小，0.5 米都不到，对直线塔定位呼高影响有限，对整个工程铁塔重量的影响可以忽略不计。四种型式导线均能满足本工程气象区的机械强度和机械特性的要求；四种导线方案中 JL/G1A-300/25 和 JL4/G1A-300/25 垂直荷载和纵向张力相对较大对铁塔塔重的影响较大，增大工程投资。因此从机械特性角度出 23珠海华成电力设计院有限公司

57、珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案发，JL1/LHA1-165/170，JLHA3-335 具有较大优势。5.5 基础选型基础选型5.5.1 沿线地质情况全线山地 100%，硬塑砂质粘性土，fak=250kpa，c=25kpa，=20。5.5.2 基础选型基础工程是输电线路工程体系的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。因此，针对不同的基础负荷、地质及地形条件，因地制宜、经济合理地选择基础型式，不仅可降低工程成本，而且可确保线路的安全运行，同时可最大限度的保

58、护好自然环境，以实现安全、环保、经济、合理的目的，有效降低工程造价。要实现上述目的，基础设计需要从以下方面综合考虑：塔位的地形、地貌及植被覆盖情况塔位的地质情况以及地下水位情况塔型及外负荷大小塔位周边的设施情况塔位的运输情况材料的采集情况(如砂、石、水等)施工的难易程度及安全性铁塔与基础的连接方式不同的基础型式具有不同的特点，承载能力、材料耗量、土石方量以及对环境的影响等各不相同；对输电线路而言，各个塔位的微地形相当复杂，这需要设计根据塔位不同的地质、地形及周边环境来选择适宜的基础型式，充分利用每个基础的优点，达到安全、经济、环保的目的。根据上述原则，结合第三届南方电网公司基建“金点奖”大赛绿

59、色线路节能导线设计方案给定的基础设计条件，以及本工程推荐采用的 JLHA3- 24珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛大赛绿色线路节能导线设计方案绿色线路节能导线设计方案335 导线型式所对应的基础作用力，拟采用刚性台阶基础、直柱板式基础及掏挖基础。(1)刚性台阶基础(1)刚性台阶基础此基础为常规基础型式，底板不配筋，采用素混凝土，结构简单，施工方便，已有很成熟的施工和运行经验，适用地质条件为粉土、粉质粘土等一般土质,有地下水或无地下水情况。(2)直柱板式基础直柱板式基础由配筋的底板及立柱组成，底板大、埋深浅、底板

60、较薄，靠底板双向配筋承担由铁塔上拔、下压和水平力引起的弯矩和剪力，主柱计算与阶梯基础相同。与刚性基础相比，直柱板式基础具有消耗混凝土量比较少，造价较低，埋深浅，易开挖成形等特点，具有成熟的设计、施工经验；故本工程推荐采用。(3)掏挖基础掏挖基础是目前使用最多的一种原状土基础型式，它以天然土构成的抗拔土体与基础自重相互作用而保持基础的上拔稳定，最大限度地利用了天然原状土的强度，不仅具有良好的抗拨性能, 而且具有较大的横向承载力。全线基础参数及技术指标详见基础一览图（附图 2） 25珠海华成电力设计院有限公司珠海华成电力设计院有限公司第三届南方电网公司基建第三届南方电网公司基建“金点奖金点奖”大赛