5 导线和地线

5.0.1  对不同电压等级输电线路的导线选择，适用的判据不同。但总体上看，都应归结为技术性和经济性两个方面。

    技术性方面，一般要求所选导线能满足控制线路电压降、导线发热、无线电干扰、电视干扰、可听噪声的要求，并具备适应线路气象和地形条件的机械特性。

    经济性方面，国内以往按照经济电流密度选择导线截面。

    根据具体线路的输送容量，按合理的经济电流密度，选择几个标准的导线截面进行经济技术比较来确定。

    经济电流密度应根据各个时期的电线价格、电能成本及线路工程特点等因素分析决定。我国幅员辽阔，西部有丰富的水电资源，而东部则以火电为主，电网送电成本存在明显差异，因此各地区的经济电流密度亦应有所不同，但目前我国尚未制定出合适的数值，现仍将1956年水电部颁发的经济电流密度值列入表1。

表1  经济电流密度值

    线路工程建设费用随材料费和人工费而变化。线路运行费用随电力部门人工费用以及销售电价而改变。

    随着我国国民经济的发展，输电线路各部件(导线、金具、绝缘子、杆塔和基础)等材料价格的提高，输电线路最大负荷利用小时数和销售电价的改变，以及国家节能减耗要求的加强，近年来，经济电流密度的取值有下降的趋势。总之，要根据年费用最小法进行综合技术经济比较后确定导线截面。

5.0.2  随着电网运行电压不断提高，输电线路的导线、绝缘子及金具零件发生电晕和放电的概率亦相应增加，故对超高压线路电晕损失和对环境的无线电干扰问题应引起重视。

    导线的最小外径取决于两个条件：

    1  导线表面电场强度E不宜大于全面电晕电场强度E_O的80％～85％，E与E_O的比值如表2。

表2  导线E/EO值

    超高压输电线路每相导线的根数可采用单根，也可采用多根分裂导线，由技术经济比较确定。我国建成投入运行的220kV架空输电线路早期多为单根导线，现多采用2分裂，分裂间距为400mm；330kV架空输电线路采用2分裂，分裂间距为400mm；500kV架空输电线路除个别大跨越外均采用4分裂，分裂间距为450mm，今后工程中宜选用与此相同的分裂根数与分裂间距，有利于施工单位现有施工机具的使用，且有定型金具零件可供选择。若选用铝部截面500m㎡以上的大截面导线，要考虑电线厂家的生产设备和施工单位的机械化水平。国外380kV线路多用4分裂导线，500kV架空输电线路每相有用单根导线，更多的是采用2、3、4分裂导线，日本近来采用6分裂导线。

    2  年平均电晕损失不宜大于线路电阻有功损失的20％。按此标准建设的输电线路，既可保证导线的电晕放电不致过分严重，以避免对无线电设施的干扰，同时也尽量降低了能量损耗，提高了电能传输效率。

    海拔不超过1000m地区，如导线外径不小于本规范表5.0.2所列数值，通常可不验算电晕，线路所经地区海拔超过1000m，不必验算电晕的导线最小外径仍保留《技术规程》中条文说明所列数值，见表3。

表3  高海拔地区不必验算电晕的导线最小外径

5.0.3  大跨越段在输电线路中只占较小的一部分，导线引起的发热损耗(电阻损耗)，对整个输电线路损耗所占比例很小，导线选择主要考虑要有较高的机械强度以及对杆塔、基础的各种荷载(水平荷载、垂直荷载、断线张力)较小，因此，导线截面选择不是按经济电流密度，而是按允许载流量选择。

    但此时应注意电网的总体配合，对导线制造的各处接点均需要特殊考虑，交叉跨越距离亦应按导线实际能够达到的温度计算最大弧垂。

5.0.4  本条为强制性条文，根据国家标准《高压交流架空送电线无线电干扰限值》GB 15707-1995中第4.2节的规定编写。1MHz时限值较0.5MHz减少5dB(μV/m)。 

    美国电力公司(AEP)经验认为，对于765kV线路来说，1MHz的无线电干扰水平在65dB～70dB(对应0.5MHz为60dB～65dB)范围之内。

    加拿大标准规定在距边相投影距离15m处，400kV～600kV线路无线电干扰限值为60dB；600kV～800kV线路无线电干扰限值为63dB。

5.0.5  本条为强制性条文，考虑到可听噪声参数是超高压线路导线选择的主要制约因素，并与环境保护相关，因此本条给出了限值。

     可听噪声是指导线周围空气电离放电产生的一种人耳能直接听见的噪声。这种噪声可能使线路附近的居民和工作人员感到烦躁不安，严重时可使人难以忍受。可听噪声与无线电干扰一样，随着导线表面电场强度的增加而增加，但可听噪声比无线电干扰沿线路横向衰减要慢。

    国外研究表明，对750kV及以上线路来说，可听噪声将成为突出的问题，导线的最小截面往往需按此条件确定。

    美国运行经验表明，在线路走廊边缘，人们对离线路中心线30m处53dB(A)以下的可听噪声水平基本无抱怨，噪声水平达到53dB(A)～59dB(A)时，生活在线路附近的人们会提出某些抱怨，当噪声水平超过59dB(A)时，抱怨大量增加。日本的限制最严，将其线路下方的噪声水平换算到走廊边缘15m，约为45dB(A)。美国和前苏联次之，均为55dB(A)。意大利的限制比较宽松，控制在56dB(A)～58dB(A)之内。

    根据《345kV及以上超高压输电线路设计参考手册》所述方法，可听噪声计算首先需确定大雨条件下的数值，然后再推出湿导线下的值。由于大雨出现的概率较低，而且此时背景噪声较高，一般只控制湿导线条件下的噪声值。湿导线条件代表了雾天、小雨和雨后的情况。

    我国目前对高压输电线路可听噪声尚无限值标准。现行国家标准《声环境质量标准》GB 3096中规定的城市五类区域的环境噪声限值(乡村生活区域可参照本标准执行)见表4。

表4  城市五类区域环境噪声标准值(dB)

    根据现行国家标准《声环境质量标准》GB 3096和国外提出的一般准则，本条将110kV～750kV线路湿导线噪声水平分别限制为55dB(A)，相当于表4中的3类区(工业区)夜间限制标准。

5.0.6  控制导线允许载流量的主要依据是导线的最高允许温度，后者主要由导线经长期运行后的强度损失和连接金具的发热而定。《电机工程手册》(试用本)电线电缆第26篇提出当工作温度越高，运行时间越长，则导线的强度损失越大，对54/7的钢芯铝绞线的强度损失见表5。

表5  54/7钢芯铝绞线强度损失值

    1980年国际大电网会议第22组前苏联代表等的报告中提出钢芯铝绞线的强度损失见表6。

表6  钢芯铝绞线强度损失值

    表6中数据说明钢芯铝绞线在90℃～150℃时强度并未损失，短时间受热强度反而提高，这可能是由于线股在受热后调整伸长和位移使受力条件得到改善，钢芯强度能更好利用的结果。报告认为仅从导线耐热的角度考虑，钢芯铝绞线可采用150℃，但为了避免接头氧化而损坏，在连续运行时，它们的温度不应超过70℃。

    我国输电线路钢芯铝绞线采用的电力金具，导线截面为240m㎡及以下的耐张线夹用螺栓型，跳线多用并沟线夹连接，运行中曾发生螺栓松动而将跳线烧红的情况。鉴于此，钢芯铝绞线的允许温度取《技术规程》采用值70℃(大跨越可取90℃)；钢芯铝合金绞线的允许温度采用值与钢芯铝绞线同。钢芯铝包钢绞线(包括铝包钢绞线)的允许温度，按华东电力设计院设计的220kV南京南热大跨越南江跨越和湖南省电力勘测设计院设计的220kV湘江大跨越采用的数值，取100℃，此允许温度是通过单丝热强度损失试验确定的。考虑到长线路的连接点多，温升难以控制，对照钢芯铝绞线一般线路的允许温度较大跨越低20℃，故一般线路钢芯铝包钢绞线(包括铝包钢绞线)的允许温度采用80℃，镀锌钢绞线仍取125℃。工程设计中也可进行单丝热强度损失试验来选择恰当的绞线允许温度。当按允许温度选择导线截面时应对交叉跨越距离和对地距离进行相应的验算，并对导线连接点的发热问题作出相应考虑。

    验算导线载流量时的环境气温采用最高气温月的最高平均气温、太阳辐射功率密度采用0.1W/c㎡，一般线路的计算风速采用0.5m/s，大跨越由于导线平均高度在30m以上，风速要相应增加，故取0.6m/s。

    计算导线允许载流量可选用《电机工程手册》(试用本)第26篇所列公式(原公式符号略有变更)：

    式中：I——允许载流量(A)；

          W_R——单位长度导线的辐射散热功率(W/m)；

          W_F——单位长度导线的对流散热功率(W/m)；

          W_S——单位长度导线的日照吸热功率(W/m)；

          R′_t——允许温度时导线的交流电阻(Ω/m)。

    辐射散热功率W_R的计算式：

    式中：D——导线外径(m)；

          E1——导线表面的辐射散热系数，光亮的新线为0.23～0.43；旧线或涂黑色防腐剂的线为0.90～0.95；

          S₁——斯特凡-包尔茨曼常数，为5.67×10^-8(W/㎡)；

          θ——导线表面的平均温升(℃)；

          θ_a——环境温度(℃)。

    对流散热功率WF的计算式：

    式中：λ_f——导线表面空气层的传热系数(W/m·℃)；

          R_e——雷诺数。

    式中：V——垂直于导线的风速(m/s)；

          v——导线表面空气层的运动粘度(㎡/s)；

    日照吸热功率W_S的计算式：

    式中：α_S——导线表面的吸热系数，光亮的新线为0.35～0.46；旧线或涂黑色防腐剂的线为0.9～0.95；

          JS——日光对导线的日照强度(W/㎡)；当天晴、日光直射导线时，可采用1000W/㎡。

    钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度修改为“宜采用70℃，必要时可采用80℃”。环境气温采用最热月平均最高温度，指最热月每日最高温度的月平均值，取多年平均值。

    输电线路上常用的导线为钢芯铝绞线、钢芯铝合金绞线和钢芯铝包钢绞线(包括铝包钢绞线)，《技术规程》规定钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度为70℃，钢芯铝包钢绞线(包括铝包钢绞线)可采用80℃。2001年国家电力公司委托华东电力设计院进行“提高导线发热允许温度的实验研究”工作，根据实验研究数据，得出以下结论。

    1  对组成导线的线材：

    对镀锌钢绞线，在长期加热至100℃，其抗拉强度不低于标准值；

    对经过热处理的铝合金线，温度不超过80℃时，1000h强度损失为0.5％，10000h强度损失为8％；

    对硬铝线，加热100℃，20000h强度不低于标准值。

    2  对钢芯铝绞线：

    国内试验，钢芯铝绞线在80℃时导线强度不低于计算拉断力；

    日本试验认为，钢芯铝绞线在90℃时强度即使有所损失，也能满足工程的要求；

    前苏联、比利时和加拿大的试验表明，钢芯铝绞线的允许温度可以超过90℃。

    3  对导线配套金具：

    国外试验，IEEE资料《钢芯铝绞线金具的高温试验》的结论：只要导线温度不超过200℃，线路金具就能够安全运行；

    国内试验证明，导线温度80℃时，配套金具的温度不超过67℃，金具温度在80℃以下时，对导线的握力基本没有影响(仍在导线额定拉断力的95％以上)。

    4  世界各国对钢芯铝绞线规定的允许温度见表7。

表7  各国对钢芯铝绞线规定的允许温度

    5  由于温度提高，导线弧垂增加，对地及交叉跨越空气间隙距离减少，将影响线路对地及交叉跨越的安全裕度。

        1)以往设计按经济电流密度选择导线截面，并以最高气温弧垂来校验对地和交叉跨越的安全间距。鉴于导线达到允许温度的时间在全年运行中所占比重很小，一般不要求对允许温度弧垂校验安全距离。

    对于特定的交叉跨越如200m以上档距跨越铁路、高速公路或一级公路和按允许温度选择导线截面的大跨越或跨越电力线等，规定按允许温度弧垂校验交叉跨越间距。

        2)对于按发热条件选择导线截面的线路，由于常常处于其允许传输容量的运行状态，应当按提高后的允许温度的弧垂来校验规定要求的安全距离。

        3)对于按经济电流密度选择导线截面的线路，提高导线允许温度的影响，主要反映在系统规划“N-1”的工况下，在调度转移负荷的短时间内，允许传输容量和导线弧垂的适当增加，导致了适当补偿导线对地面和交叉跨越距离的需要。

        4)对于按经济电流密度选择导线的线路，在导线允许温度提高到80℃之前，必须按50℃弧垂校验导线对地和交叉跨越间距、做好必要的调整，并检查、恢复导线接头的良好接触传导。

5.0.7～5.0.9  第5.0.7条为强制性条文。导、地线安全系数的公式用张力表达式(根据现行国家标准《圆线同心绞架空导线》GB/T 1179中的计算拉断力，在试验中要求绞线拉断力试验结果应不小于上述计算值的95％。故拉断力实际上仅保证不小于计算拉断力的95％)。

    导、地线设计安全系数取值与国外一些国家所用数值基本相近，而且经运行考验，无不良反映。

    对悬挂点张力控制条件，限定其安全系数不应小于2.25，便于有关项目计算。在稀有气象条件，相应的悬挂点最大张力不应超过拉断力的77％。

5.0.10～5.0.12  根据国家标准《镀锌钢绞线》GB 1200-88标准，覆冰区，500kV～750kV线路的地线采用镀锌钢绞线时，标称截面不应小于100m㎡。地线选用镀锌钢绞线与导线配合以往设计时按表8所示。

表8  地线选用镀锌钢绞线与导线以往配合表

    根据2008年初我国南方地区大面积冰灾的情况，受灾线路的地线由于不通电，致使地线覆冰严重，引起地线拉断及地线支架折断。因此，覆冰区加大地线截面及加强地线支架强度是提高线路抗冰能力的有效措施。

    经计算，按V＝30m/s、C＝10mm设计线路的导、地线过载能力，见表9。

表9  导、地线的过载能力(当t＝—5℃，V＝15m/s时)(mm)

    按本规范第4.0.6条规定，地线覆冰厚度应比导线增加5mm，则：

    1  LGJ-400/35与GJ-80相匹配。

    2  LGJ-400/50与GJ-100相匹配。

    针对在输电线路上大量使用光纤复合架空地线(简称OPGW)，增加了对光纤复合架空地线的选用要求；光纤复合架空地线的设计安全系数，宜大于导线的设计安全系数。光纤复合架空地线应满足电气和机械使用条件的要求，重点对短路电流热容量和耐雷击性能进行校验。

5.0.13  目前运行线路上的导、地线大多采用我国以往国标电线产品，当其平均运行张力和相应的防振措施符合以往设计要求时，运行中未发现问题。导线型号和相应的铝钢截面比列入表10。

表10  运行线路导线型号和相应的铝钢截面比

    1  钢芯铝绞线的铝钢截面比越小，则铝的平均运行张力越大。在本规范表5.0.13中具有良好运行经验的钢芯铝绞线铝钢截面比最小值为4.29。当采用镀锌钢绞线时，其平均运行张力上限仍可取《技术规程》规定值。如根据多年的运行经验证明所选用的年平均运行张力及相应的防振措施对导、地线的振动危险很小时，可不受规范规定值的限制。如华东电力设计院1960年前后开始在华东地区设计的220kV线路，对LGJQ型导线的平均运行应力采用66.68MPa(6.8kg/m㎡)，为抗拉强度的28.3％(同时采用护线条与防振锤联合使用的防振措施)，可加大杆塔施放档距，一直沿用至今，运行情况良好，在220kV线路中可减少工程投资约2％。

    本规范表5.0.13中的数据是根据铝钢截面比不小于4.29的钢芯铝绞线和钢绞线的运行经验总结出来的，现行国家标准中铝钢截面比1.71的LGJ-95/55耐振性能差，在25％拉断张力下不能通过3×10⁷万次振动考核，所以对铝钢截面比小于4.29的钢芯铝绞线规定列于本条第2款。

    单根导、地线及2分裂导线仍采用以往防振措施。

    4  分裂导线与单根导线比较，一方面分裂导线因自身的特性改变了其周围的气流状况，削弱了振动能量；另一方面间隔棒除了消耗导线的部分振动能量外，还牵制子导线相互的同步振动，使子导线的振动强度和持续时间均大为减小，分裂根数越多，消振效果越好，甚至可达到不再需要安装防振锤的效果。国内外有关资料如下：

    意大利1980年～1981年在威尼斯附近线路上实测悬垂线夹出口处动弯应变的最大值，单导线为250με；2分裂导线为200με；而3分裂导线则小于25με。

    IEEE介绍4分裂导线的振幅可比单导线降低83％～90％。

    西北电力设计院330kV工程的振动实测结果，2分裂水平排列导线的振幅约为单导线的33％～60％。

    东北电力设计院1978年在电力建设研究所进行500kV元锦辽线消振性能试验，4分裂导线采用单铰式间隔棒，次档距为64m，端次档距为35m，仅有0.1％的时间振动角超过10′，而装有防振锤的单导线则有0.2％的时间振动角超过10′。

    华东电力设计院1983年在电力建设研究所进行的500kV淮繁线消振性能试验中，4分裂导线采用阻尼间隔棒时，在线夹出口处导线的动弯应变为不装间隔棒时的50％左右。

    湖北省电力局超高压输变电局实测500kV平武线4分裂导线振动的结论为，装有间隔棒的一般线路，档距小于500m时可以不采取防振措施。

    日本的500kV线路普遍不装防振锤。

    前苏联1986年版《电气设备安装规程》提出：在开阔地带，单根钢芯铝绞线年平均运行应力超过40MPa应采取防振措施，而在相同条件下的2分裂钢芯铝绞线当年平均运行应力提高至大于45MPa时才要求采用防振措施。对3分裂和4分裂导线，当安装有间隔棒时，就不要求有防振措施(不包括跨越河流、水库和其他水域时档距大于500m的跨越段)。

    到1994年底我国投运的500kV线路已超过10000km，除个别大跨越外，导线均采用4分裂阻尼间隔棒。据有关专家提出档距在500m及以下没采用防振措施的线路，运行中未发现因振动断股而威胁线路的安全运行。

    根据以上资料和国内线路的运行经验，对4分裂导线安装阻尼间隔棒的线路，当导线平均运行张力满足本条文的规定值，档距在500m及以下可不需要防振措施。如有可靠的运行经验也可适当放宽此项限值。

    2  采用本规范第5.0.13条第1款以外的导、地线，其允许平均运行张力的上限及相应的防振措施，应根据当地的运行经验或通过试验确定，也可采用制造厂家提供的技术资料。

    在500kV淮繁线及徐江线中采用LGJT-95钢芯铝绞线(与LGJ-95/55结构相同)作良导体地线，铝钢截面比为1.71，分别于1985年11月和1986年11月竣工；浙江省电力设计院在500kV北绍二回线中采用LGJ-95/55作良导体地线，于1993年7月投入运行。以上三条线路良导体地线的防振设计原则为，按年平均气温时良导体地线的铝部应力不超过当地有运行经验钢芯铝绞线的铝部应力作为控制条件，确定其平均运行张力的上限，运行中未发现问题。

    3  对于大跨越导、地线防振技术要求，目前国内大跨越导、地线防振措施有：纯防振锤防振方案，阻尼线防振方案，阻尼线加防振锤联合防振方案，交叉阻尼线加防振锤联合防振方案，圣诞树阻尼线防振方案等，具体的大跨越导、地线防振方案应根据运行经验或通过实验来确定。

    由于各地发生导线微风振动事故很多，危害也很大，在运行中也要求一般线路每5年，大跨越每2年测振一次，但我国导线微风振动许用动弯应变没有统一标准，结合国内外情况，参照电力建设研究所企业标准，提出各种导线的微风振动许用动弯应变值，供设计人员参考。悬垂线夹、间隔棒、防振锤等处导线上的动弯应变宜不大于表11所列值。

表11  导线微风振动许用动弯应变表(με)

5.0.14  输电线路通过导线易舞动地区时，应适当提高线路抗舞动能力，并预留导线防舞动措施安装孔位。辽宁省的鞍山、丹东、锦州一带，湖北省的荆门、荆州一带是全国范围内输电线路发生舞动较多的地区，导线舞动对线路安全运行所造成的危害十分重大，诸如线路频繁跳闸与停电，导线的磨损、烧伤、断线，金具及铁塔部件损坏等，可能导致重大的经济损失与社会影响。

    现行的防舞动措施，概括起来大约可分为三大类：其一，从气象条件考虑，避开易于形成舞动的覆冰区域与线路走向；其二，从机械与电气的角度，提高线路系统抵抗舞动的能力；其三，从改变与调整导线系统的参数出发，采取各种防舞装置与措施，抑制舞动的发生。防舞动装置有集中防振锤、失谐摆、双摆防舞器、终端阻尼器、空气动力阻尼器、扰流防舞器、大电流融冰等，国内目前用得较多的防舞动装置为集中防振锤、失谐摆、双摆防舞器等。各个工程的具体防振方案可通过运行经验或试验确定。

5.0.15  对未张拉过的导、地线受力后除产生弹性伸长和塑性伸长外，还随着受力的累积效应产生蠕变伸长。塑性伸长及蠕变伸长均为永久变形(以下简称塑性伸长)。为考虑塑性伸长对弧垂的影响，线路理想的施工工艺是按塑性伸长曲线(蠕变曲线)架设导、地线。我国电线制造厂家目前不提供塑性伸长曲线，对新国标的电线产品又无系统的塑性伸长资料，故导、地线的塑性伸长相应的降温值仍取《技术规程》的采用值。《技术规程》对钢芯铝绞线塑性伸长采用值见表12。

表12  《技术规程》钢芯铝绞线塑性伸长采用值

    对现行国家标准《圆线同心绞架空导线》GB 1179中铝钢截面比为4.29～7.91者，其长期运行后产生的塑性伸长取值见表13。

表13  钢芯铝绞线塑性伸长采用值

    目前，输电线路输送容量增大，输电线路中大量选用大铝钢截面比导线，如630、720导线，为此在钢芯铝绞线塑性伸长表及钢芯铝绞线降温值表中补充铝钢截面比11.34～14.46的内容，并提出对更大铝钢截面比的钢芯铝绞线或钢芯铝合金绞线应采用制造厂家提供的塑性伸长值或降温值。

    当无资料时，铝包钢绞线(导电率为14％IACS、20.3％IACS)的塑性伸长可采用1×10-4，并降低温度10℃补偿，其他导电率的铝包钢绞线应采用制造厂家提供的塑性伸长值或降温值。