CN202094585U - 一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线。它是在特高压直流接地极线路中将导线选用为耐热铝合金导线，并将导线分两组对称布置于杆塔两侧，每侧子导线按照分裂间距450mm水平布置，与导线配套使用的线夹、间隔棒、防振锤等金具均为耐热导线用金具，在线路定位时高温温度取值为80℃。采用耐热铝合金导线的接地极线路不仅满足特高压直流接地极线路的运行需要，而且还降低了对铁塔的荷载要求和导线使用成本，节约了工程造价。
Description
技术领域
本实用新型涉及特高压输电线路导线应用领域，尤其是特高压直流接地极线路中耐热铝合金导线的应用技术。
背景技术
由于我国可开发的水电资源近2/3在西部，煤炭资源的2/3在山西、陕西和内蒙古；但是我国2/3的用电负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东的经济发达地区。这样，就需要把能源基地发电的电量输送至电力需求大的中东部地区。
为了减少输电损耗，提高输电质量，我国目前开始研制特高压交直流输电技术。
特高压交直流输电，是指交流750kV及以上和直流±800kV及以上电压等级的交直流输电工程及相关技术。特高压输电技术具有远距离、大容量、低损耗和经济性等特点。虽然特高压输电技术具有以上优点，但是由于特高压的电压等级很高，对输电线路导线选型都有很高的要求。
全世界的电力传输都是以钢芯铝绞线为主，架空输电线路通过导线把电能从发电端送至受电端，在传输电能的同时也不可避免地消耗掉一部分能量，我国的发电基地大部分都集中在西部，而用电的负荷中心，主要的工业城市，工矿企业却集中在东部沿海一带，长距离的大规模送电，对线路节能、减少能耗更显得十分重要。
在直流输电系统接地极线路工程中，导线投资一般约占整个工程投资的30％，而且导线型式直接关系到铁塔和塔基设计，很大程度上决定了线路工程的建设投资。由于特高压直流工程接地极线路运行电流大、电压低且运行时间短，在导线选型原则上与一般直流输电线路有较大差别。
特高压直流接地极线路具有运行电流较大和运行时间较短的特点，若在特高压直流接地极线路上也选用普通钢芯铝绞线，则只能选择小截面多分裂或者大截面少分裂两种形式。对于接地极线路这类运行时间较短的线路，以上选择均有不必要的浪费。
因此，在特高压直流接地极线路的建设中探索采用新型耐热导线，以求高效、低耗的完成工程建设是本领域技术工作者们共同追求的目标。
实用新型内容
为了解决在特高压直流接地极线路中使用普通钢芯铝绞线经济性差的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种特高压直流接地极耐热铝合金导线设计，该设计不仅能满足特高压直流接地极线路运行电流较大的需要，而且能有效较低接地极线路的工程造价。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线分布结构，所述耐热铝合金导线采用两组对称水平布置；所述耐热铝合金导线分裂间距采用450mm。
所述耐热铝合金导线分为两组对称布置在杆塔横担两侧，每一侧分裂子导线采用水平布置形式。
所述耐热铝合金导线配套使用的悬垂线夹本体和压板为铝合金件，闭口销为不锈钢制件，其余部件为热镀锌钢制作。
所述耐热铝合金导线配套使用的耐张线夹本体和引流线夹为铝制件，其余部件为热镀锌钢制件。
所述耐热铝合金导线配套使用的防振锤与间隔棒在线夹处为铝合金件，其余部位为热镀锌钢制作。
所述耐热铝合金导线定位温度采用80℃；所述耐热铝合金导线采用两组对称水平布置；所述耐热铝合金导线分裂间距采用450mm；所述耐热铝合金导线安全系数不小于2.5；所述耐热铝合金导线配套使用的线夹、防振锤、间隔棒均为耐高温金具。
为了满足特高压直流接地极线路的要求，与现有技术相比，本实用新型导线的弧垂相应增加、塔高略有增加、线路占用的走廊面积没有变化，但由于导线用量和塔重的减少，使得整体工程造价显著减少。为了保证接地极线路的运行安全，本实用新型所述导线在配套金具选用上，其与导线接触的金具均采用铝合金材质，既保证了良好的散热性能，又考虑了经济性和金具强度的要求。
本实用新型的技术方案与现有技术相比，可以在较小的导线截面下，实现较大的传输电流，能大幅降低导线和铁塔的投资。
附图说明：
图1为是本实用新型在杆塔上的布置图；
其中：1为悬垂线夹；2为杆塔横担。
具体实施方式
参见图1，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型所述导线设计方案是特高压±800kV直流接地极线路采用的导线方案。特高压直流接地极线路是特高压直流输电工程的重要组成部分，系统故障时全部运行电流都需经过接地极线路流入大地。
输电线路导线的选择首先应根据系统要求的载流量和外界条件给出备选导线型号。导线的截面根据经济电流密度进行选择，同时还应进行线路电晕特性参数校核，电晕特性参数包括电晕损失、无线电干扰、电视干扰、电场效应和可听噪声等环境影响参数；导线的分裂结构主要由导线的电晕特性和其对导线本身机械特性、金具及杆塔的影响来确定；然后，计算备选导线型号的荷载、弧垂，从而得到铁塔设计参数；最后，综合考虑导线成本、铁塔成本等方面的因素，比较分析备选导线技术经济性，从而选出技术经济性最优的方案。
与直流输电线路不同，直流工程接地极线路具有以下特点：
(1)运行电压低。接地极线路电压只是入地电流在导线电阻及接地极电阻上引起的压降，而且接地极线路一般长度较短，电阻小，因而接地极线路运行电压也小。
(2)单极运行时间短。接地极只是在工程初期，以及双极投运后某极发生故障或检修时才投入单极运行。由于特高压直流工程采用双极且每极2个换流器串联接线方式，运行方式更加灵活，单极运行时间更短。在双极对称运行等多数情况下，接地极及线路仅起钳制中性点电位作用，流过接地极线路的电流很小。
(3)电磁环境问题不用考虑。由于一般直流工程接地极线路利用率低，工作电压低，因此不须考虑电晕引起的能量损耗、无线电干扰、可听噪声等问题。
综合考虑运行要求和节省投资，接地极线路导线的截面选择可不按常用的经济电流密度来设计，不须校验电晕条件，也不必将电能损耗作为选择导线的控制条件，只须按线路可能出现的最严重运行方式来校验热稳定条件，这样选择的导线既满足直流工程技术要求，又可节约投资。
由于接地极线路导线为一极导线，各子导线等电位，在工程设计中，为简化铁塔受力、减小铁塔重量，按对称布置设计，即将子导线分为2组对称布置在铁塔的两侧。另外，接地极线路导线组合宜选择总截面较小、分裂数少、便于对称布置、可靠性高的组合方式。
我国特高压±800kV直流输电线路的运行电流基本在4500A左右，根据目前几种常用导线在环境温度为40℃时的载流计算情况，如果按照每组2分裂、2组对称形式，则630mm2、720mm2截面导线难以满足特高压直流工程2h过负荷电流的热稳定载流量要求，而900mm2截面导线载流量裕度太小。因此以上几种导线均需要2组且每组3分裂方式，由于缺乏相关经验和配套金具，不宜选用，而且对于大截面导线这种组合方式经济性也较差。2×4×400mm2两种组合方式总截面较小，但是能满足载流量要求，另外采用每组4根导线也方便设计和施工，因此要采用普通导线则需选用2×4×400mm2普通钢芯铝合金导线方案。
2×2×500mm2耐热钢芯铝合金导线方案与2×4×400mm2普通钢芯铝合金导线方案相比，其截面更小，分裂数少，导线重量轻约44％，铁塔荷载小，张力小，但是导线弧垂较大。综合考虑各方面因素，采用2×2×500mm2耐热钢芯铝合金导线方案，可以在较小的导线截面下，实现较大的传输电流，能大幅降低导线和铁塔的投资。同时，由于是接地极线路，可不考虑耐热铝合金导线的线损相对较大的影响。因此，耐热铝合金导线相比普通钢芯铝合金导线更适合用于接地极线路。
耐热铝合金导线分为钢芯耐热铝合金导线、铝包钢芯耐热铝合金导线、钢芯高强度耐热铝合金导线。对于轻冰区，一般不考虑钢芯高强度耐热铝合金导线。铝包钢芯耐热铝合金导线载流量比钢芯耐热铝合金导线高，但其价格也高。在钢芯耐热铝合金导线满足要求的情况下，按照技术经济性最优原则本实用新型设计优选的采用钢芯耐热铝合金导线。
对于接地极线路，导线总截面减小后，导线使用量下降，铁塔荷载也将降低，导线成本降低约4.42万元/km，线路金具绝缘子成本降低约0.21万元/km，铁塔成本降低约6.15万元/km，塔基材料成本降低约0.12万元/km，线路投资成本降低约10.9万元/km。
耐热铝合金导线基本原理是在铝导体中加人少量稀有金属锆，以提高导线的耐热性，并使得对导电率的影响较小。通过导线实验证明无论是常温还是高温，耐热铝合金线和普通硬铝线均保持着相同程度的蠕变特性。由于在特高压直流接地极线路中耐热铝合金导线，长期运行温度为120℃-150℃，短时温度可达到230℃，因此本实用新型设计优选的采用高温80℃的定位温度，以使线路高温运行时弧垂满足对地距离要求，安全可靠的运行。
在接地极线路中接地极导线为一极导线，各子导线等电位，在工程设计中，为使杆塔受力平衡、减小铁塔重量，应将导线对称布置在杆塔两侧，即将子导线分为2组对称布置在铁塔的两侧。
导线分裂间距的选取要考虑分裂导线的次档距振荡和电气两个方面的特性，次档距振荡是由迎风侧子导线的尾流所诱发的背风侧子导线的不稳定振动现象，一般认为分裂导线间保持足够的距离就可以避免出现次档距振荡现象，根据国外研究当分裂间距与子导线直径之比S/d＞16～18时，就可以避免出现次档距振荡；小于10时则不宜采用。在10～16之间，必须安装阻尼间隔棒予以解决。从电气方面看，有一个最佳分裂间距，在此分裂间距时，导线的表面电场强度最小，但接地极线路，可不考虑导线表面电场强度问题。特高压直流接地极导线一般为为4分裂导线，当分裂间距为450mm时，S/d等于16.78，其它工程已有该分裂间距的运行经验。故本实用新型导线分裂间距取为450mm。
根据《高压直流输电大地返回运行系统设计技术导则》，接地极线路导线安全系数应按照《110～500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)中关于220kV线路的设计标准执行，考虑耐热铝合金导线运行温度较高，弧垂较常规导线略大，为不太多增加铁塔高度，并保证线路的安全可靠运行，本实用新型导线安全系数取值将不小于2.5。
本实用新型特高压直流接地极线路耐热铝合金导线在相同环境温度时其运行温度较一般导线会高出40℃左右，短时最高运行温度会达到230℃，因此与导线直接连接的线夹、间隔棒、防振锤等金具均应为耐高温金具，已达到良好的散热性能。其中悬垂线夹本体和压板为铝合金件，闭口销为不锈钢制件，其余为热镀锌钢制作；耐张线夹要求本体和引流线夹为铝制件，其余为热镀锌钢制件。防振锤与间隔棒在线夹处要求为铝合金件，其余为热镀锌钢制作。
将耐热铝合金导线应用于特高压直流接地极线路中，是本实用新型所述特高压直流接地极线路耐热铝合金导线设计与现有接地极线路导线设计的最大的区别。这种小截面、少分裂的导线方式，其传输容量完全满足特高压直流接地极线路的运行需要，不仅降低了对铁塔的荷载要求，还节约了导线使用成本。
以上对本实用新型所提供的一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (5)
1.一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线分布结构，其特征在于：所述耐热铝合金导线采用两组对称水平布置；所述耐热铝合金导线分裂间距采用450mm。
2.如权利要求1所述一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线分布结构，其特征在于：所述耐热铝合金导线分为两组对称布置在杆塔横担两侧，每一侧分裂子导线采用水平布置形式。
3.如权利要求1所述一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线分布结构，其特征在于：所述耐热铝合金导线配套使用的悬垂线夹本体和压板为铝合金件，闭口销为不锈钢制件，其余部件为热镀锌钢制作。
4.如权利要求1所述一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线分布结构，其特征在于：所述耐热铝合金导线配套使用的耐张线夹本体和引流线夹为铝制件，其余部件为热镀锌钢制件。
5.如权利要求1所述一种特高压直流接地极线路耐热铝合金导线分布结构，其特征在于：所述耐热铝合金导线配套使用的防振锤与间隔棒在线夹处为铝合金件，其余部位为热镀锌钢制作。
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