±1100 kV特高压线路在工程实践中属新的电压等级线路，目前尚无相关设计标准规范、运行经验可供参考。本文的导线选型设计方法参考了我国已有±800 kV特高压直流输电线路的设计、运行经验以及《GB 50790—2013 ±800 kV 直流架空输电线路设计规范》^[1]，可为类似直流输电工程导线选型提供借鉴。

准东—华东（皖南）±1100 kV特高压直流输电工程起点为新疆准东将军庙换流站，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、安徽6省，终点为安徽省皖南换流站。线路全长约3256.5 km（含长江大跨越3.143 km），航空线长度为2963.8 km，海拔0~2300 m，线路曲折系数1.1。

甘肃北段线路起于新疆维吾尔自治区与甘肃省界，途经甘肃省敦煌市、瓜州县，止于瓜州县境内兰新铁路金泉站。推荐路径方案长146.0 km，本段线路航空直线距离138 km，曲折系数1.058。全段以沙丘地为主，其中20 km为一般山地。线路沿线海拔在1500~2000 m。

系统额定电压为±1100 kV，额定输送功率为12000 MW，极导线额定电流为5455 A，导线布置为极导线水平排列，最小极间距26 m。

导线的经济电流密度及最高允许温度选择参照GB 50790—2013，根据本工程特点，推荐输电线路的经济电流密度按小于0.9 A/mm²选取，钢芯铝绞线的最高允许温度取70 ℃。

根据各项参数，计算出导线总铝截面应大于6061.1 mm²。若采用6分裂形式时，单导线铝截面不小于1010.18 mm²；采用8分裂形式时，单导线铝截面不小于757.64 mm²；采用10分裂形式时，单导线铝截面不小于606.11 mm²。

参照《GB/T 1179—2008圆线同心绞架空导线》^[2]中导线的铝截面系列参数，本次设计研究拟选择6×1120 mm²、6×1250 mm²、8×900 mm²、8×1000 mm²、8×1120 mm²、8×1250 mm²、10×630 mm²、10×720 mm²截面的导线进行比较^[3]。所选各导线主要性能参数和极导线电流密度分别如表 1、表 2所示。

表 1 (Table 1)

表 1 不同型号钢芯铝绞线主要性能参数对比

表 1 不同型号钢芯铝绞线主要性能参数对比

表 2 (Table 2)

表 2 所选各型号导线电流密度

表 2 所选各型号导线电流密度

按照GB 50790—2013的规定，导线允许电流应该考虑10%过负荷情况。采用《JCS 0374：2003裸线载流量计算方法》^[4]进行计算，导线允许温度按70 ℃考虑，所选各导线方案极限输送容量如表 3所示。计算中环境气温取40 ℃，年平均气温5 ℃，风速0.5 m/s，日照强度0.1 W/cm²，钢芯铝绞线导线温度系数取0.004，极电流5455 A。

表 3 (Table 3)

表 3 所选导线方案极限输送容量计算结果

表 3 所选导线方案极限输送容量计算结果

从表 3可以看出，所选导线过负荷倍数均能达到额定输送容量（12000 MW）的1.1倍。

参照相关标准和同类工程设计计算方法^[2]，本工程全线约3256.5 km线路电压降、传输效率及电阻损耗计算结果如表 4所示。

表 4 (Table 4)

表 4 所选各导线的电压降、传输效率及电阻损耗计算结果

表 4 所选各导线的电压降、传输效率及电阻损耗计算结果

由于特高压直流输电线路较长，若导线截面积过小，则线路电压降很大，使线路传输效率降低，线路传输效率低于93%不具有经济性。所以，下文不对6分裂及10分裂导线进行电磁环境特性比较，本工程拟选8×JL/G3A-1000/45、8×JL/G3A-1120/50、8×JL/G3A-1250/70 3 种导线参与经济比较。8×JL/G1A-800/55与8×JL/G3A-900/40导线虽传输效率低于93%，但由于本文研究针对全新电压等级±1100kV，为详细了解8分裂导线的电磁环境特性，仍将其列入电磁环境比选范围。

按皮克（peek）公式计算，所选导线在不同海拔下的起始电晕电场强度如表 5所示。

表 5 (Table 5)

表 5各型号导线的起始电晕电场强度E0

表 5 各型号导线的起始电晕电场强度E0

由表 5数据可见，随着导线直径及海拔高度的增加，导线起始电晕电场强度越小。

导线表面工作电场强度与运行电压、子导线直径、子导线分裂数、子导线分裂间距、极导线高度以及相间距离等有关，极间距离、极导线高度对导线表面电场强度的影响较小，且随着极间距、导线高度的增加，表面电场强度呈减小趋势。本文在分析中采用美国电科院推荐的EPRI方法进行计算，计算结果如表 6所示。

表 6 (Table 6)

表 6 导线不同均高、极间距情况下表面平均最大电场强度

表 6导线不同均高、极间距情况下表面平均最大电场强度

从表 6结果可见，所有极导线方案的表面最大电场强度均大于起始电晕电场强度E₀，即在大部分时间内，导线均处于电晕状态。子导线外径对导线表面电场强度影响较大，外径变小，表面电场强度明显增大。

参照同类工程设计，地面合成电场强度的分析采用EPRIEL-2257法，最小对地距离分别取25m、27m，极间距取26m、28m，计算各种导线的地面合成电场强度和离子流密度结果见表 7所示。

表 7 (Table 7)

表 7地面合成电场强度Es及离子流密度J计算结果

表 7 地面合成电场强度Es及离子流密度J计算结果

由表 7数据可知，在海拔1000 m（晴天）时，所有导线的地面合成电场强度和离子流密度分别小于30 kV/m 和100 nA/m²，雨天时分别小于36 kV/m 和150 nA/m²，均满足GB 50790—2013规定。其中，8×JL/G1A-800/55导线方案在海拔1000 m（晴天）条件下的地面合成电场强度最大值超过29 kV/m，接近限值30 kV/m。针对高海拔地区的沙漠风沙（与雨天相当）气候进行了地面合成电场强度的估算，均在36 kV/m左右。鉴于该地区人烟稀少，并且可通过适当增加对地距离降低电场强度值，因此，针对本工程的特点，认为该结果是可以接受的。

GB 50790—2013推荐采用国际无线电干扰特别委员会（CISPR）的公式计算无线电干扰场强，本工程采用CISPR公式进行无线电干扰电场强度的预估计算，所选各导线方案的无线电干扰电场强度计算结果如表 8所示。

表 8 (Table 8)

表 8 不同型号导线的无线电干扰电场强度预估值

表 8 不同型号导线的无线电干扰电场强度预估值

表 8计算结果表明，所有参选方案的无线电干扰电场强度均小于58 dBμV/m，说明无线电干扰不是本工程导线选择的控制条件。

由于导线电晕所产生的架空输电线路上可听噪声强度取决于导线的几何特性、运行电压、对地距离和天气条件，当输电线路的运行电压在500 kV以下时，电晕可听噪声一般不是限制条件，但当运行电压在500 kV及以上时，可听噪声必须与无线电干扰一起加以考虑。

根据GB 50790—2013，本工程采用美国电力研究协会（EPRI）计算公式。

中国电力科学研究院在北京特高压直流试验基地和西藏高海拔试验基地分别进行了2 a的直流线路电磁环境真型试验，结果表明，从海拔0~4300 m，直流线路可听噪声增加量为EPRI推荐的海拔修正量的30%左右。根据不同海拔高度试验的结果，暂按海拔每增加1000 m，可听噪声增加2.2 dB（A）修正。

EPRI与中国电力科学研究院计算可听噪声基本值的方法相同，不同之处在于海拔修正方法。考虑到中国电力科学研究院计算方法是经中国实地试验得出的，符合我国实际情况，且EPRI修正方法会导致工程投资增加，本设计采用根据中国电力科学研究院的修正方法进行高海拔修正所得计算值作为判据（结果见表 9），并与EPRI修正方法进行对比。

表 9 (Table 9)

表 9 不同导线的可听噪声预估值

表 9 不同导线的可听噪声预估值

本工程路径在高海拔区可按非居民区考虑，因此除8×JL/G1A-800/55型导线外，其余导线方案可听噪声均不超过限值50 dB（A）。

采用EPRI推荐的公式进行电晕损耗计算^[5]：W=2VI0，其中，W为电晕损耗，kW/km；V 为线路运行电压；I₀为电晕电流。

各种导线组合方案在不同海拔高度时电晕损耗计算结果见表 10所示。

表 10 (Table 10)

表 10 各种导线组合方案的电晕损耗计算结果

表 10 各种导线组合方案的电晕损耗计算结果

从表 10可以看出，在相同的导线分裂形式下，随着子导线直径的增加和极间距的增大，电晕损耗随之减小；海拔越高，电晕损耗越大。

综合以上电磁环境比较结果，本工程拟选的8×JL/G3A-1000/45、8 × JL/G3A-1120/50、8 × JL/G3A-1250/70 3 种导线均满足相关电磁环境的要求，其优势还需通过经济比较确定。

导线机械特性比较主要考察导线的机械强度、弧垂特性、荷载特性等方面，其中，弧垂特性、荷载特性对整个线路经济性的影响较大，是较为重要的因素。

表 11 列出了所选8×JL/G3A-1000/45、8×JL/G3A-1120/50、8×JL/G3A-1250/70 3种导线方案的机械强度、弧垂、荷载特性的计算结果。

表 11 (Table 11)

表 11 所选导线机械强度、弧垂、荷载特性计算结果

表 11 所选导线机械强度、弧垂、荷载特性计算结果

从表 11计算结果可以看出：

（1） 参比导线中弧垂最小的导线是JL/G3A-1250/70型导线，最大的是JL/G3A-1000/45型导线。

（2） 荷载最小的导线是8×JL/G3A-1000/45型导线，最大的是8×JL/G3A-1250/70型导线。

（3） 导线耗量最少的是JL/G3A-1000/45 型导线，最多的是JL/G3A-1250/70型导线。

（4） 随着导线截面积的增加，其覆冰过载能力也相应提高，导线的弧垂特性与导线的结构有关，当拉重比增大时，其弧垂特性变好，拉重比相当时，弧垂特性相差不多。

（5） 采用不同极导线方案对绝缘子串强度的选择也存在一定影响，8×JL/G3A-1000/45和8×JL/G3A-1120/50型导线需要4×550 kN或3×760 kN级耐张绝缘子即可，8×JL/G3A-1250/70型导线则需更高一级的5×550 kN或4×760 kN级耐张绝缘子。

按《电力工业部（82）电计字第44号文电力工程经济分析暂行条例》第十五条，经济计算—年费用最小法^[6]计算额定输送功率下的年费用结果见表 12所示。

表 12 (Table 12)

表 12 额定输送功率下的年费用计算结果

表 12 额定输送功率下的年费用计算结果

根据本工程的实际情况，进行最小年费用计算条件如下：

（1） 经济使用年限为30 a，施工期按2 a计，前一年投资为60%，后一年投资为40%。

（2） 年最大损耗小时数按6000 h计。

（3） 设备运行维护费率为1.4%。

（4） 电力工程回收率按工程投资的8%和10%计。

（5） 电价按0.30、0.35、0.40、0.4311（受端标杆电价）元/kWh计。

通过导线年费用比较可知：初投资方面，8×JL/G3A-1250/700型导线的投资最大，8×JL/G3A-1000/45型导线的投资最小；年费用方面8×JL/G3A-1250/70型导线的投资最小，8×JL/G3A-1000/45型导线的投资最大。

通过技术经济比较，拟选的3种导线中，截面积最小的8×JL/G3A-1000/45 型导线方案，初投资最优；截面积最大的8×JL/G3A-1250/70型导线，年费用最优。

根据本工程特点，推荐平丘地区采用损耗费用低、年费用最优的8×JL/G3A-1250/70型导线。

山区导线截面积的选择一般应与平丘地形一致，但由于山区线路存在高差大、档距不均匀、微气象区多等特点，使得导线承受更大的荷载，运行条件更加恶劣，为提高线路运行安全度，山区导线强度一般应强于平丘地形的导线。

根据目前我国超特高压线路导线设计运行经验，铝钢比较大的导线一般不宜使用在山区，因此本工程在轻冰区山区段推荐采用强度和过载能力更强的8×JL/G2A-1250/100 型钢芯铝绞线。

长距离大容量输电时，采用大截面导线能有效减少线路损耗，考虑到1520 mm²大截面导线已经试制成功，因此本文增加了8 分裂1250 mm² 导线与1520 mm²大截面导线的技术、经济性比较，供读者参考。

比选导线的参数如表 13所示。参选导线的性能比较结果见表 14所示。

表 13 (Table 13)

表 13 比选导线参数

表 13 比选导线参数

表 14 (Table 14)

表 14 导线性能比较

表 14 导线性能比较

从表 13、表 14可以看出，比选导线在机械强度、荷载和弧垂特性方面的差异。

（1） 机械强度：JL/G2A-1520/125 型导线安全系数较高，但导线均满足机械强度要求。

（2） 荷载：8×JL/G2A-1520/125型导线的垂荷、风荷载、纵向荷载均比8×JL/G3A-1250/70、8×JL/G2A-1250/100型导线大。

（3） 弧垂特性：JL/G2A-1520/125 型导线的弧垂特性相对较好，但各方案间差异不大，对塔高的影响不显著。

按系统容量12000 MW，工程经济使用年限30 a，施工期2 a，第1年投资为工程总投资的60%、第2年为40%，设备运行维护费率1.4%，年利用小时数6000 h，电价0.3、0.35、0.4、0.4311（受端标杆电价）元/kWh，电力工业投资回收取8%和10%的情况计，计算比选导线方案年费用结果见表 15所示。

表 15 (Table 15)

表 15 与大截面导线年费用比较结果

表 15 与大截面导线年费用比较结果

从表 15可以看出：年费用较低的导线方案均为8×JL/G3A-1250/70 型及8×JL/G2A-1250/100 型导线。

采用8×JL/G2A-1520/125型导线，虽然运行时年损耗费用比8 × JL/G3A-1250/70 型及8 × JL/G2A-1250/100型导线低，但由于本体投资过高，年费用仍较8×JL/G3A-1250/70型及8×JL/G2A-1250/100型导线高，因此不推荐采用8×JL/G2A-1520/125型导线。

通过拟选导线的综合比较，并与新近试制成功的大截面新型导线进行了技术经济比较后，推荐本工程平丘段导线采用8×JL/G3A-1250/70型钢芯铝绞线，一般山地段采用8×JL/G2A-1250/100型钢芯铝绞线，分裂间距为550 mm。