電力金具中線夾節能降耗的思考

肖艷玲

摘要:輸電線路線夾由于鐵磁材料的渦流損耗等損失大量的電能,如何節能降耗是輸電線路設計面臨的重要課題。本文運用有限元法對鑄鐵線夾渦流損耗進行計算,對預絞式懸垂線夾和鑄鐵線夾的渦流損耗進行對比分析。通過綜合比較和經濟分析,認為預絞式懸垂線夾優勢明顯,能為輸電線路線夾的選型提供有力的依據。

關鍵詞:輸電線路節能降耗線夾

1.輸電線路中線夾的電能損耗分析

國家電網公司和南方電網公司“十一五”規劃堅持以資源開發與節約并重,把節約放在首位。因此,開展降低輸電線路電能損耗和延長輸電線路使用壽命的研究,是落實國家電網和南方電網“十一五”規劃的具體措施之一。線夾是架空輸電線路建設中使用最多的金具產品之一,如何優化線夾選型是值得關注的課題。

輸電線路線夾大部分是由鐵磁材料鑄成,由于鐵磁材料的磁滯和渦流作用,使輸電線路每年產生數以億計千瓦時的電能損耗。線夾優化選型必須進行經濟性比較,綜合考慮靜態初投資、運行節能特性。輸電線路運行中線夾分為鑄鐵懸垂線夾、鋁合金防暈型懸垂線夾和預絞式懸垂線夾。預絞式懸垂線夾由預絞絲護線條、內含鋁合金加強件的橡膠襯墊、高強度鋁合金護套和夾片等主要部分構成。因為其特殊的材料特性和結構使得渦流損耗小、導線所受的靜態應力和微風振動等引起的動態應力減小。當前對線夾電能損耗的研究存在的問題主要體現在:線夾能耗相對于整個線損而言相對較小,現有測量手段無法測出不同類型線夾的能耗差別,部分試驗也難以模擬現場實際運行情況;線夾的能耗特性研究多停留在定性分析的層面,無法為線夾選型提供必要的運行成本數據。這是由于線夾的渦流損耗與線夾結構參數、導線型號、電流密度、電磁特性參數等多種因素緊密相關,分析計算復雜。

計算渦流損耗的方法有解析法和數值計算的方法。解析法在模型比較簡單的情況下可以滿足精度并加快計算速度,但對于形狀比較復雜的輸電線路線夾,同時計算趨膚效應、渦流損耗時,解析法存在計算復雜、求解困難的缺點。有限元法是應用最廣泛的數值計算方法之一,它通過對整個場域進行剖分,便于處理各種電磁場問題。它能夠成功地模擬在各種情況下的線夾內部電磁場,并據此計算出渦流損耗;其計算與分析的過程是根據工程的實際情況而進行的,計算結果可靠、科學。因此,本文采用有限元法計算和分析在實際運行過程中線夾的渦流損耗,為輸電線路線夾的選型提供有力的依據。

根據預絞式線夾的結構參數并選擇常用的導線型號分別為LGJ-300/40、LGJ-400/50和LGJ-500/40的導線并通以相應的載流量來進行計算,單只線夾能量損耗以及可能造成的導線能量損耗見表1(導線長度為400mm,鑄鐵線夾和預絞式線夾長度分別為150mm和70mm)。從表1可以看出,在使用相同型號導線和通以相同工頻電流的情況下,鋁合金預絞式懸垂線夾比普通鑄鐵線夾耗能大大減小。而且隨著導線截面的增大,由于接觸電阻等因素影響,導線本身的電能損耗有減小的趨勢。

2.線夾經濟技術分析

以大新-南寧500kV線路工程為例,該工程起自大新500kV變電站,終至南寧500kV變電站,全長125.67km,導線采用4×LGJ-500/45鋼芯鋁絞線,鐵塔總數量276基,其中直線塔228基,耐張塔48基,導線懸垂線夾共2736個。

電壓等級越高,導線截面越大,線夾的投資回收期越短。輸電線路采用節能型預絞式線夾雖然建設成本較高,但一般來說通過上十年的運行,節能效益顯現。

3.結語

本文提出了以電磁場理論為基礎,采用有限元法精確求解線夾能量損耗,以投資回收期越短為目標的線夾優化選型策略,為電網建設經濟、安全、可靠的輸電線路提供嚴格的科學依據。預絞式線夾采用比鑄鐵線夾導磁率小的鋁合金鑄造,并且安裝護線條后大大增大了導流截面積,有效減小了等效電阻,從而損耗能量降低。在當今注重節能環保的世界潮流下,降低能耗,減少污染,大力推廣普及應用電力金具節能應用成為電網建設中的具體技術舉措。

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