5.2導地線比較

(1)導線型式及其主要參數

現設計兩個方案，分別采用4×JL/G1A-630/45鋼芯鋁絞線和4×JRLX/TZ-400/40碳纖維復合材料芯導線，特性比較如下。

表5-2 導線型式及主要參數

(2)導線電氣性能比較

針對以上兩種方案，對導線載流量、輸送容量等電氣性能進行計算比較。

計算導線允許載流量時，環境溫度取為35℃，日照0.1W/cm2，輻射系數0.23,吸熱系數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行比較，結果見下表。

表5-3 導線長期允許載流量及輸送容量比較

從上表可以看出，當溫度升到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，恐將不能滿足系統要求。而4×JRLX/TZ-400/40碳纖維復合材料芯導線運行溫度升至120℃時即已超過了方案一，而且實際上碳纖維復合材料芯導線的運行溫度可升至150℃以上。

(3)導線機械特性比較

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

1)弧垂特性的比較

表5-4 導線弧垂特性比較

從表中可以看出，JRLX/TZ-400/40碳纖維復合材料芯導線的弧垂特性明顯優于鋼芯鋁絞線，相同檔距下的弧垂差距可達3m以上，這也就意味著在使用當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碳纖維復合材料芯導線由于導線外徑較小，使用的金具型號相應較小，而JL/G1A-630/45導線則較大些。

通過上表的比較可以看出，JRLX/TZ-400/40碳纖維復合材料芯導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JL/G1A-630/45導線參數及氣象區條件等設計外部條件，進行初步桿塔排位后，可得桿塔使用情況統計見下表[13]。在此基礎上，考慮使用JRLX/TZ-400/40碳纖維復合材料芯導線，桿塔檔距不發生變化，可得相應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碳纖維復合材料芯導線可使使用的桿塔呼稱高降低一檔，塔重指標、桿塔本體造價等均會相應降低。

(5)地線選型

根據設計規范要求,導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宜大于導線，平均運行應力不得超過破壞應力的20%;導線和架空地線距離應滿足配合公式的要求;日常工況下的地線垂度不應超過相導線垂度的90%。

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

結合國網公司通用設計中對500kV輸電線路地線選型的要求，分別針對JL/G1A-630/45導線和JRLX/TZ-400/40碳纖維復合材料芯導線參數，進行配合計算，選定對應的地線型號為JLB40-150和JLB20A-150，具體技術參數見下表。

表5-8 地線特性參數表

5.3造價比較

在造價比較時依據現有預算編制與計算標準進行估算，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：導線LGJ-630/45：18000元/t;碳纖維復合材料芯導線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，使用碳纖維復合材料芯導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%。

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

5.4小結

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

6.結論

碳纖維復合材料芯的共同特點是重量輕、線膨脹系數小，由其制作的導線與普通導線相比，在相同標稱截面積時碳纖維復合材料芯導線重量較輕或在相同重量時碳纖維復合材料芯導線標稱截面積更大。因此，采用碳纖維復合材料芯導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線弧垂過大、對地距離不足的問題，提高輸電線路的安全穩定性。

根據國內外收資調研情況可見，碳纖維復合材料芯導線的研究首先在國外發達國家開展，但應用較少;國內的相關研究工作方興未艾，在應用數量上遙遙領先。在世界范圍內碳纖維復合材料芯導線應用的最高電壓等級為230kV，沒有更高電壓等級的應用經驗。究其原因，碳纖維芯復合導線價格較貴是主要因素。

通過對220kV改造線路和500kV新建線路進行的模擬計算可知，在改造線路中使用碳纖維復合材料芯導線倍容，技術可行，在降低造價時具有巨大優勢;隨著碳纖維復合材料芯導線價格的下降，在新建輸電線路工程中，使用碳纖維復合材料芯導線在技術經濟特性上也具有優勢。