0引言

高壓架空線是城市電網(wǎng)的重要組成,承擔(dān)電源輸送和供應(yīng)的重要功能,是城市供電的基礎(chǔ)保障。在目前的技術(shù)條件下,高壓架空線仍是電網(wǎng)不可或缺的部分,尤其是大容量的傳輸線路更是電纜線路難以匹配替代。為保證架空線運行安全,高壓架空線兩側(cè)一定范圍被劃為高壓架空線保護(hù)區(qū),保護(hù)區(qū)內(nèi)不得興建建筑物、構(gòu)筑物[1] 。隨著城市發(fā)展,為了釋放架空線下方建設(shè)用地,提供更優(yōu)質(zhì)的城市服務(wù),部分高壓架空線尤其是大型城市建設(shè)用地內(nèi)的高壓架空線面臨下地[2]。但是,高壓架空線下地必須以技術(shù)合理為前提,明確高壓架空線下地的技術(shù)邊界是開展高壓架空線下地的前提。

1 技術(shù)分析

高壓架空線主要指電壓等級在110 kv及以上的線路,以深圳市為例,高壓架空線主要分為110、220、400、500、800kv架空線[2]。同時,此類高壓架空線可以分成城市電源線路和聯(lián)絡(luò)線路兩部分,其中,城市電源線路指的是引入市外電能和連接市內(nèi)220 kv及以上等級大型電廠的線路,這些線路是城市重要的電能供應(yīng)線路,其停電會造成城市區(qū)域電能供應(yīng)不足,供電質(zhì)量下降,甚至存在其他電源線路解列的安全風(fēng)險。因此,這部分線路(主要包括800 kv架空線、500 kv架空線、400 kv架空線、220 kv電廠的首端出線[3])應(yīng)謹(jǐn)慎下地。高壓架空線下地相關(guān)技術(shù)條件是判斷高壓架空線下地技術(shù)可行性的依據(jù),具體方法是根據(jù)高壓架空線本身的職能、下地管線的技術(shù)特點和與高壓架空線的匹配性,根據(jù)下地技術(shù)條件的差異進(jìn)行分類。

現(xiàn)階段,110 kv及以上電能傳輸可以采用的導(dǎo)線主要類型分別為架空線、電纜和G,L線路。高壓架空線下地,通常采用高壓電纜作為替代,未來隨著下地架空線電壓等級不斷提高,下地線路的輸送容量不斷增加,G,L線路也有可能作為下地高壓架空線的替代品。現(xiàn)比較各類導(dǎo)線的優(yōu)缺點,判斷電纜線路和G,L線路與高壓架空線的匹配性。

1.1 適用范圍

三種導(dǎo)線在結(jié)構(gòu)、成本上差異巨大,導(dǎo)致三種導(dǎo)線應(yīng)用范圍有著明顯差異。架空線是應(yīng)用最早的輸電導(dǎo)線,高壓架空線經(jīng)過近百年的應(yīng)用和改進(jìn),在不同電壓等級,針對不同的傳輸方式(交流、直流)均可使用,是現(xiàn)階段三種導(dǎo)線中應(yīng)用范圍最廣的導(dǎo)線類型。

隨著社會對電磁環(huán)境的日益關(guān)注,對城市景觀要求的不斷提高,對城市建設(shè)用地需求的不斷增加,電纜作為一種高壓輸電導(dǎo)線已經(jīng)得到普遍采用。但是,受限于絕緣和散熱技術(shù)的瓶頸,尚未有500 kv以上電壓等級的應(yīng)用。

從20世紀(jì)七八十年代開始,美國、日本、加拿大、法國、俄羅斯、德國等國家都逐漸將G,L技術(shù)投入實用化?，F(xiàn)階段G,L線路從技術(shù)上來講可以應(yīng)用于交流中壓以上任何電壓等級,但是由于成本高、技術(shù)工藝復(fù)雜,國內(nèi)G,L線路多用于500 kv以上電壓等級,少量用于220 kv電壓等級,多用于大型電廠內(nèi)高壓設(shè)備的連接和城市短距離500 kv輸電,長距離500 kv輸電領(lǐng)域基本沒有應(yīng)用。另外,由于直流氣體絕緣設(shè)備的一些關(guān)鍵技術(shù)問題仍沒有完全解決,GIL線路現(xiàn)階段僅用于交流輸電領(lǐng)域。

1.2 傳輸容量

由于導(dǎo)線技術(shù)和結(jié)構(gòu)的差異,三種導(dǎo)線在傳輸容量上存在一定差異。

在500 kv電壓等級,城市電網(wǎng)內(nèi)部500 kv高壓架空線一般采用4×400 mm²、4 ×630 mm²等截面導(dǎo)線,輸送容量200萬~350萬kvA。500 kv電纜一般采用2500mm²截面電纜,輸送容量約170萬kvA。GIL線路的輸送容量一般可達(dá)340萬~430萬kvA[4]。

在220 kv電壓等級,城市電網(wǎng)220 kv高壓架空線一般采用4×300 mm²、2×630 mm²截面導(dǎo)線,輸送容量55萬~100萬kvA。220kv電纜同樣采用2 500mm²截面大容量電纜,輸送容量約為35萬kvA。GIL線路在220 kv應(yīng)用較少,但是輸送容量理論上高于高壓架空線和地下電纜。

在110 kv電壓等級,城市電網(wǎng)高壓架空線一般采用630、400、2×240 mm²截面導(dǎo)線,輸送容量9萬~15萬kvA。110kv電纜通常采用800mm²截面電纜,輸送容量約為13萬kvA。

由以上分析可知,500 kv高壓架空線輸送容量遠(yuǎn)高于電纜,但是低于GIL管線,500 kv高壓架空線下地宜采用GIL管線作為替代。220 kv高壓架空線下地,若為2×630 mm2截面導(dǎo)線,宜采用雙拼2 500 mm²截面大容量電纜作為替代;若為4×300 mm²截面,宜采用GIL線路作為替代。

1.3 停電時間

現(xiàn)階段,三種導(dǎo)線技術(shù)都比較成熟,安全性、可靠性很高。但是,三種導(dǎo)線由于結(jié)構(gòu)差異較大、敷設(shè)方式不同,事故類型和事故停電時間存在一定差異。

因為高壓架空線導(dǎo)體裸露,所以高壓架空線停電通常為瞬時停電,配合 自動重合閘,復(fù)電時間極短。高壓架空線出現(xiàn)永久性故障的概率遠(yuǎn)低于電纜和GIL線路。

電纜本體故障率并不高,但附件發(fā)生故障的比重遠(yuǎn)高于電纜本體。有備品備件時,電纜搶修時間約為7天,一般情況下500kv電纜均留有相應(yīng)備品備件,其他電壓等級電纜較為通用,長度夠的話可進(jìn)行調(diào)用,若電纜需重新生產(chǎn)則停電時間將大幅延長。

GIL管線是氣體絕緣系統(tǒng),高壓導(dǎo)體裝在金屬外殼內(nèi),運行不受大氣和環(huán)境影響,內(nèi)部以SF6或SF6-N2混合氣體作為絕緣介質(zhì)。高壓導(dǎo)體不裸露,所以雷電過電壓不會直接沖擊GIL。GIL故障主要發(fā)生在盆式絕緣子、絕緣拉桿、絕緣支撐件等絕緣件上,或者帶電體與殼體間氣體間隙上。GIL發(fā)生故障時,按確定故障點、對氣室抽真空、更換故障段、抽真空、充SF6氣體、靜置、試驗的過程,需要7~9天。

由以上分析可知,現(xiàn)階段各類管線技術(shù)均已比較成熟,可靠性高,永久性故障概率極低。三種導(dǎo)線發(fā)生永久故障恢復(fù)時間存在一定差異,架空線停電時間要短于電纜和GIL,而高壓電纜和GIL的停電時間在備品備件充足的條件下約為7天,在缺乏備品備件的條件下,停電時間會大幅延長。

2 經(jīng)濟性分析

現(xiàn)選取500 kv線路建設(shè)案例,比較三種導(dǎo)體的一次投資成本。

1)架空線:結(jié)合國家電網(wǎng)造價文件,參照500 kv架空線通用設(shè)計方案,工程概算投資水平如表1所示。

常用的500kv4 ×630架空線單位造價約為250萬元/km。

2)電纜:以某大城市500 kv電纜電氣工程審定概算為例,探討其造價水平。該線路全長16.4 km,雙回并聯(lián)三相,輸送容量為1 500 MW,電纜選用500 kv 2500mm2進(jìn)口交聯(lián)電纜,電纜終端頭(GIS電纜終端頭6只,戶外電纜終端頭6只)及絕緣接頭(174只)也均為進(jìn)口,電纜全線在隧道內(nèi)敷設(shè)。審定后的概算投資如表2所示。

雙拼500 kv 2500mm²進(jìn) 口電纜的單位造價可達(dá)8 480萬元。

隨著高壓電纜國產(chǎn)化研制及產(chǎn)業(yè)升級, 目前,國產(chǎn)500 kv電纜已能滿足超高壓長距離輸電線路的要求。依托上述500 kv電纜工程,結(jié)合國產(chǎn)電纜公司的報價,將上述工程的進(jìn)口電纜及電纜頭替換為同技術(shù)參數(shù)的國產(chǎn)電纜及電纜頭,經(jīng)測算得到相同條件下使用國產(chǎn)電纜與電纜頭的投資,如表3所示。

雙拼500 kv 2500 mm²國產(chǎn)電纜的單位造價約為3 200萬元。

GIL線路:以某大城市500 kvGIL電氣工程概算為例,探討其造價水平。該GIL線路路徑全長6.25 km,雙回,全線在管廊內(nèi)敷設(shè)。概算投資如表4所示。

單回進(jìn)口GIL管線的單位造價約為8 200萬元。

由以上分析可知,同一電壓等級、輸送容量相仿的情況下,GIL管線的一次投入成本為國產(chǎn)電纜的2~3倍,電纜的成本為架空線的10~20倍。同時,500 kvGIL管線和電纜敷設(shè)均采用電纜隧道的形式,需要額外投資,進(jìn)一步拉大了與架空線的差距。

3結(jié)論

現(xiàn)階段,在高壓遠(yuǎn)距離電能傳輸上,綜合傳輸容量、一次性投資、事故恢復(fù)時間,架空線優(yōu)勢仍然十分明顯。500 kv系統(tǒng),架空線下地可采用GIL線路作為替代;220 kv系統(tǒng),2×630 mm2架空線下地可采用2500mm²截面電纜作為替代,4×300 mm²高壓架空線宜采用GIL線路;對于110 kv輸電系統(tǒng),高壓架空線下地可采用800 mm²截面電纜作為替代。但是,現(xiàn)階段GIL線路主要應(yīng)用于大型電廠供電設(shè)備的銜接,高壓遠(yuǎn)距離輸電仍缺乏實踐。

500 kv及以上直流高壓電纜技術(shù)尚不完善,仍在試驗階段,GIL線路僅能用于交流輸電系統(tǒng),因此800 kv和500 kv直流線路技術(shù)上無法下地。

由于GIL管線現(xiàn)階段仍缺乏高壓長距離輸電的實踐經(jīng)驗,且存在一次投入成本高、故障停電時間長的劣勢,綜合各方面條件,500 kv和部分大容量220kv架空線(截面不低于4×300 mm²)暫不具備下地的技術(shù)可行性。其余220 kv架空線下地,應(yīng)采用電纜隧道;110kv架空線下地,若同路由高壓電纜數(shù)量過多,同樣應(yīng)配套電纜通道,若同路由高壓電纜數(shù)量較少(不高于4回),可采用電纜管溝。高壓架空線下地應(yīng)充分考慮電纜通道的建設(shè)條件,尤其是配套電纜隧道的線路,應(yīng)具備相應(yīng)電纜隧道規(guī)劃支撐。

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《機電信息》2025年第23期第22篇