基于架空輸電線路輸電能力的研究

黃文勝（安徽送變電工程公司，安徽　合肥　230000）

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基于架空輸電線路輸電能力的研究

黃文勝（安徽送變電工程公司，安徽合肥230000）

準(zhǔn)確的計(jì)算輸電線路的輸電能力能夠?qū)芸蛰旊娋€路的潛在能力進(jìn)行充分挖掘，使現(xiàn)有電網(wǎng)的使用效率得以有效提升，并且填補(bǔ)現(xiàn)階段電網(wǎng)輸電能力不足的問題。本文在對(duì)輸電線路載流量和導(dǎo)線選型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，將強(qiáng)化架空輸電線路輸電能力的措施提了出來，希望能夠有效地提升架空輸電線路的輸電能力。

架空輸電線路；輸電能力；線路能力

引言

包括輸電網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)能力和受導(dǎo)線熱穩(wěn)定允許的條件限制的線路能力決定了架空輸電線路的輸電能力。在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的今天，我國的電力行業(yè)也實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。在這一背景下，我國的架空輸電線路的網(wǎng)絡(luò)能力獲得了非常大的提升，而且不再對(duì)輸電能力進(jìn)行限制，所以架空輸電線路的輸電能力的研究就變成了一個(gè)非常重要的問題。

1　架空輸電線路的輸電能力的影響因素

載流量決定了導(dǎo)線的輸電能力，而熱平衡與載流量?jī)烧咧g存在著十分密切的關(guān)系，所以架空線路輸電能力的決定因素就是影響導(dǎo)線熱平衡的因素，其主要包括導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度、導(dǎo)線表面的散熱系數(shù)、吸熱系數(shù)、日照強(qiáng)度、風(fēng)速和環(huán)境溫度等。在對(duì)導(dǎo)線發(fā)熱的允許溫度進(jìn)行限定之后，各種型號(hào)的導(dǎo)線本身都具有一定的極限載流量。比如以500kV和220kV這兩種架空輸電線路中常用的 G1A-630/45、G1A-400/35、G1A-300/25鋼芯鋁絞線（見圖1）為例，上述的三種鋼芯鋁絞線在70℃的允許溫度條件下分別具有878A、662A以及570A的極限載流量；在80℃的允許溫度條件下分別具有1065A、795A以及682A的極限載流量。由于在架空線路選擇中載流量屬于一個(gè)非常重要的因素，所以必須要準(zhǔn)確地計(jì)算載流量。目前國際上在計(jì)算載流量的時(shí)候使用到較多的不同的計(jì)算公式，比如國際電工委員會(huì)推薦的公式、英國的摩爾根公式［1］。然而這些公式在本質(zhì)上是相同的，也就是通過對(duì)熱平衡原理的運(yùn)用開展計(jì)算。熱平衡公式為：

在該公式中，單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的日照吸熱功率和電阻發(fā)熱功率分別用Ws和Wj來表示，單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的流散熱功率和輻射散熱功率分別用Wf和WR來表示。

圖1　鋼芯鋁絞線示意圖

2　架空輸電線路的導(dǎo)線選型設(shè)計(jì)

大截面分裂導(dǎo)線的應(yīng)用率在現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)中變得越來越高，在對(duì)導(dǎo)線截面進(jìn)行選擇的時(shí)候必須要對(duì)其年費(fèi)用和事故載流量等進(jìn)行認(rèn)真地分析。

①事故載流量：在發(fā)生事故的情況下架空輸電線路出現(xiàn)的最大載流量就是所謂的事故載流量，因?yàn)閷?dǎo)線在架空輸電線路中大部分都是鋼芯鋁絞線，因此溫度在很大程度上決定了事故載流量，也就是架空線路的最高允許溫度。配套設(shè)施和導(dǎo)線的接觸傳導(dǎo)情況和導(dǎo)線強(qiáng)度在設(shè)計(jì)年限內(nèi)的磨損程度等屬于溫度的決定因素。大跨越線路和110～500kV線路在我國的規(guī)定中必須要具有分別低于90℃和70℃的最高允許溫度。一般導(dǎo)線要具有低于70℃的最高允許溫度［2］。在對(duì)日照等因素進(jìn)行考慮的時(shí)候可以在80℃及以下的范圍內(nèi)對(duì)最高允許溫度進(jìn)行控制。一般線路和大跨越線路在架空輸電線路中具有與上述相同的最高允許溫度，其有所區(qū)別的在于在必要的的時(shí)候其一般線路可以提高到80℃的最高允許溫度。在選擇導(dǎo)線截面的工作中對(duì)以上最高允許溫度進(jìn)行參考的時(shí)候，還要對(duì)短時(shí)事故進(jìn)行充分的考慮，導(dǎo)線的溫度會(huì)由于過負(fù)荷而變得驟然升高，這時(shí)候就需要對(duì)最高允許值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，而且要選擇略小于經(jīng)濟(jì)電流密度的實(shí)際導(dǎo)線截面。我國在進(jìn)行導(dǎo)線設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要在40℃的最高溫度條件下對(duì)導(dǎo)線的交叉和對(duì)地跨物限距進(jìn)行檢查。溫升和環(huán)境溫度共同決定了導(dǎo)線運(yùn)行的實(shí)際溫度，在大多數(shù)地區(qū)具有15℃的平均氣溫的條件下導(dǎo)線通常會(huì)具有29～42.3℃的溫度，所以選擇40℃的最高溫度具有較高的合理性。一些一般線路是以經(jīng)濟(jì)電流密度為根據(jù)設(shè)計(jì)的，所以要對(duì)其最大弧垂進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)交跨限距進(jìn)行檢驗(yàn)。在設(shè)計(jì)一些大跨越線路和重要交叉跨越線路的時(shí)候，就要以導(dǎo)線的實(shí)際最高溫度為根據(jù)對(duì)交跨限距進(jìn)行檢驗(yàn)。在對(duì)線路進(jìn)行新建的時(shí)候，一般線路可以設(shè)計(jì)為80℃的最高允許溫度，同時(shí)可以采用50℃對(duì)交跨限距進(jìn)行檢驗(yàn)。②計(jì)算年費(fèi)用：對(duì)于架空輸電線路的輸電能力而言，費(fèi)用屬于另外一個(gè)非常重要的影響因素，費(fèi)用除了在線路的建設(shè)投資方面具有重要體現(xiàn)之外，同時(shí)在運(yùn)管維護(hù)的時(shí)候也有所體現(xiàn)。在對(duì)架空線路進(jìn)行建設(shè)的時(shí)候，如果導(dǎo)線具有較小的截面，那么就會(huì)減少導(dǎo)線的用量，并且進(jìn)一步的減輕荷載，雖然采用這種方式可以使總投資成本得以減少，但是會(huì)使后期的年損耗費(fèi)用變高，這種建設(shè)方案并不合理［3］。如果采用較大的導(dǎo)線截面盡管會(huì)使年損耗得以降低，然而因?yàn)榫哂休^多的導(dǎo)線用量，會(huì)進(jìn)一步的加重荷載，所以會(huì)造成建設(shè)成本具有較長(zhǎng)的回收時(shí)間，在經(jīng)濟(jì)性方面比較差。

3　增強(qiáng)架空輸電線路輸電能力的有效對(duì)策

3.1提高架空輸電導(dǎo)線的發(fā)熱允許溫度

架空輸電線路導(dǎo)線的載流量與發(fā)熱允許溫度兩者之間成正比，在提高發(fā)熱允許溫度之后導(dǎo)線就會(huì)具有明顯提高的載流量。比如鋼芯鋁絞線原先具有70℃的發(fā)熱允許溫度，在將其發(fā)熱允許溫度提高到80℃之后，并不會(huì)明顯地影響到導(dǎo)線的交叉、對(duì)地跨物距離、相關(guān)金具和自身的強(qiáng)度。如果導(dǎo)線的發(fā)熱允許溫度提升之后影響到了其他上述的因素，就可以采取其他的相應(yīng)措施加以解決。北美、日本和我國的鋼芯鋁絞線短時(shí)事故允許線溫分別為120℃、80℃和70℃。如果立足于這個(gè)角度進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，目前還可以繼續(xù)提升我國架空輸電線路的允許線溫，從而進(jìn)一步提升我國架空線路的輸電能力。

3.2將增容導(dǎo)線應(yīng)用在架空線路中

作為一種特異導(dǎo)線，增容導(dǎo)線在架空輸電線路中的應(yīng)用能夠在導(dǎo)線截面不變的情況下增長(zhǎng)導(dǎo)線的輸電能力，其主要包括鋁包殷鋼鋁合金絞線、間隙性鋼芯鋁合金絞線和碳纖維合成芯鋁絞線。由于其具有較高的價(jià)格，所以建設(shè)成本成為限制增容導(dǎo)線應(yīng)用的非常重要的一個(gè)問題，我國近幾年來在增容導(dǎo)線技術(shù)方面出現(xiàn)了一系列的進(jìn)步和發(fā)展，使得在架空輸電線路中增容導(dǎo)線的大規(guī)模應(yīng)用變成可能。在增容改造電力供應(yīng)緊張的架空線路中增容導(dǎo)線得到了較多的應(yīng)用，其能夠在現(xiàn)有的線路桿塔和電網(wǎng)資源的基礎(chǔ)之上，將原有的普通導(dǎo)線替換成增容導(dǎo)線，進(jìn)一步地增加架空線路的輸電能力［4］。

圖2　鋁包殷鋼鋁合金絞線示意圖

3.3利用在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方式進(jìn)行增容

通常導(dǎo)線允許溫度都是采用的靜態(tài)值的極限載流量，其采用的是惡劣氣象條件下趨于保守值的計(jì)算結(jié)果作為計(jì)算的基礎(chǔ)，但是在實(shí)際的線路運(yùn)行中并不會(huì)經(jīng)常發(fā)生惡劣的天氣條件，所以選擇基線載流量針對(duì)架空線路進(jìn)行設(shè)計(jì)在大部分情況下都會(huì)具有超出電力供應(yīng)需求的輸電能力，從而浪費(fèi)了導(dǎo)線資源［5］。為了使這一問題得到有效的解決，可以將在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在架空輸電線路中，對(duì)導(dǎo)線溫度和外部氣象環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而充分發(fā)掘架空線路的隱性容量，提升架空線路的輸送容量。

4　結(jié)語

總而言之，我國的架空輸電線路在對(duì)導(dǎo)線截面進(jìn)行選擇的時(shí)候通常都會(huì)對(duì)年費(fèi)用和事故載流量進(jìn)行考慮，這兩點(diǎn)屬于非常重要的因素。而要想使我國的架空輸電線路的輸電能力獲得有效的提升，必須要在對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行充分了解的基礎(chǔ)之上，利用在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)用增容導(dǎo)線和提升允許線溫等相應(yīng)的方式實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

［1］馮 瀚，任 昊，張 沛，梁 浩，賈宏杰.未來實(shí)際輸電線路利用率估算及應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2015（02）.

［2］王乃永，鄧育平，譚 蓉，見 偉，衛(wèi) 鵬.輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)規(guī)范化設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2014（10）.

［3］高 璐，盧曉龍.試論35和110千伏線路的輸電能力［J］.黑龍江科技信息，2014（09）.

［4］吳慶華，謝幫華.輸電鐵塔中相采用T型串減小塔窗尺寸的分析［J］.電力建設(shè)，2011（04）.

［5］李 軍，彭 謙，康東升.改變步長(zhǎng)的輸電線路不平衡張力計(jì)算方法［J］.電力建設(shè)，2010（12）.

2016-6-20

TM75

A

2095-2066（2016）19-0057-02