節(jié)能導(dǎo)線在高壓輸電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

杜 奇

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550081)

導(dǎo)線作為高壓架空輸電線路最主要的組成部分，對(duì)長(zhǎng)距離電能輸送具有重要作用。導(dǎo)線選擇的首要考慮條件是電氣性能，機(jī)械性能和經(jīng)濟(jì)成本也是需要考慮的重要條件。如果導(dǎo)線選擇合適，則會(huì)大大節(jié)約能源消耗。相反，如果導(dǎo)線選擇不合適，不僅會(huì)在一定程度上增加電能輸送的成本，還會(huì)降低電能的運(yùn)輸效率。傳統(tǒng)的架空輸電線路一般選用鋼芯鋁絞線作為導(dǎo)線。近些年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，選擇電能損耗小、節(jié)能型的導(dǎo)線已成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

1 導(dǎo)線的主要類型

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也在逐年提高，導(dǎo)線的發(fā)展技術(shù)也取得了日新月異的突破。導(dǎo)線的各項(xiàng)性能逐步得到優(yōu)化升級(jí)，市場(chǎng)上出現(xiàn)的導(dǎo)線種類更加多樣化。

一旦選擇導(dǎo)線不合適或不正確，將會(huì)直接影響電能的輸送效率和輸送安全性，嚴(yán)重情況將會(huì)對(duì)輸電線路帶來無法挽回的損失。所以在輸電線路的設(shè)計(jì)上，要慎重選擇導(dǎo)線，其中有三方面因素要重點(diǎn)考慮：一是考慮導(dǎo)線的性能及安全性；二是要考慮導(dǎo)線的成本；三是選擇節(jié)能型且噪聲小的導(dǎo)線。現(xiàn)在市面上常見的性價(jià)比較高的導(dǎo)線有以下幾種：普通鋼芯鋁絞線，鋁合金芯高導(dǎo)電率絞線，金芯高導(dǎo)電率絞線，中強(qiáng)度鋁合金絞線，鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線。通過分析探討以上幾種導(dǎo)線的不同方面，可以選擇最佳的導(dǎo)線。

2 導(dǎo)線的電氣性能

在進(jìn)行導(dǎo)線選擇時(shí)，電氣性能應(yīng)作為重要選擇條件。電氣性能越好，意味著它的載流量越大，載流量的大小直接影響電力輸送能力及輸電效率，所以要選擇承載能力強(qiáng)的導(dǎo)線。載流量大的導(dǎo)線即便線路發(fā)生事故，也不會(huì)出現(xiàn)較大的安全問題。在電網(wǎng)運(yùn)行中，也要充分考慮到電能對(duì)導(dǎo)線過載流量的影響，特別要考慮天氣變化對(duì)導(dǎo)線電氣性能的影響。核算導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)時(shí)，導(dǎo)線的耐熱性和抗寒性要充分考慮，溫差過大都可能對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生不良影響,要在最大程度上確保導(dǎo)線線路能夠適應(yīng)周圍溫度的變化及環(huán)境的變化，使導(dǎo)線的使用壽命最大限度延長(zhǎng)。例如鋼芯鋁絞線及其鋁合金絞線的耐熱度最高不超過80 ℃ ，一旦溫度沒控制住，超出這個(gè)范圍，導(dǎo)線就會(huì)出現(xiàn)性能不穩(wěn)定、頻繁故障的問題，增大了安全隱患。

不同導(dǎo)線的輸送功率和載流量也不相同，通過計(jì)算這些導(dǎo)線輸送功率，可以發(fā)現(xiàn)總體上差異不大。與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比，節(jié)能導(dǎo)線具有更突出的優(yōu)點(diǎn)。要精準(zhǔn)地計(jì)算出電阻損耗，在計(jì)算中要充分考慮熱損耗、額定電流、分裂根數(shù)、導(dǎo)線交流電阻等多種因素的影響。通過公式將鋁合金芯高導(dǎo)電率絞線、金芯高導(dǎo)電率絞線、中強(qiáng)度鋁合金絞線、鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線進(jìn)行計(jì)算比較，綜合判斷它們的電氣性能，并對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行評(píng)定。導(dǎo)線中的輸送功率越大，導(dǎo)線的節(jié)能效果就會(huì)越顯著。將不同類型導(dǎo)線的電氣性能進(jìn)行比較，性能最高的是鋼芯鋁絞線，第二是中強(qiáng)度全鋁合金絞線，第三是鋁合金芯鋁絞線，最后是高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線。

3 導(dǎo)線的機(jī)械特性

對(duì)不同導(dǎo)線的機(jī)械特性進(jìn)行比較分析時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)桿塔與導(dǎo)線弧垂的重量有著緊密的關(guān)系。這就需要通過進(jìn)一步分析導(dǎo)線的弧垂性來判斷導(dǎo)線的性能是否良好。在高溫條件下，導(dǎo)線的自重、拉力、鋁鋼截面等因素也要作為參考的標(biāo)準(zhǔn)。比如在40 ℃ 的條件下，計(jì)算導(dǎo)線弧垂時(shí)要觀察記錄其最小的弧垂。還要計(jì)算導(dǎo)線的風(fēng)偏角，一般在平均風(fēng)速27 m/s 的情況下，導(dǎo)線的垂直荷載是最小的。這時(shí)需要采用塔型的設(shè)計(jì)，降低風(fēng)偏角的大小，并對(duì)塑形指標(biāo)Kv值做好對(duì)應(yīng)記錄。導(dǎo)線的機(jī)械特性主要包括弧垂、荷載、風(fēng)偏角、過載能力等。從弧垂特性看，中強(qiáng)度全鋁合金絞線無疑是最好的，剩余的導(dǎo)線弧垂特性差異不大；從水平荷載來看，所有導(dǎo)線基本相同；從垂直荷載來看，鋁合金芯鋁絞線是垂直荷載偏小的；從順線張力來看，鋁合金芯鋁絞線也是最小的。

4 導(dǎo)線的線路成本

導(dǎo)線種類繁多，不同的導(dǎo)線其價(jià)格和質(zhì)量也是不同的。市場(chǎng)價(jià)格比較高的導(dǎo)線是型號(hào)為 JL4/G1A-630/45 的高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線；中間價(jià)格的導(dǎo)線是型號(hào)為JL3/G1A-630/45的高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線和JL3/LHA1-465/210的鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線。從直線塔運(yùn)行的耗鋼量來看，導(dǎo)線荷載、弧垂、橫擔(dān)長(zhǎng)度是最主要的影響因素。通過綜合分析，鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線、鋼芯鋁絞線的機(jī)械特性和耗鋼量差不多。從節(jié)能性來看，節(jié)能效果最好的是鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線，傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線是節(jié)能效果最差的。從資金投入的角度看，鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線是這幾個(gè)導(dǎo)線類型中投入資金最多的，其次是中強(qiáng)度鋁合金絞線、鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線，而鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線、普通鋼芯鋁絞線排在最后。通過對(duì)導(dǎo)線的節(jié)能性和資金投入綜合分析可以得到結(jié)論：鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線的成本回收時(shí)間最長(zhǎng)，大概需要7.7 年；鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線的成本回收一般需要6.5 年；中強(qiáng)度鋁合金絞線和鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線的成本回收一般需要3-4年；鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線的成本回收年限最短，為0.5年。

利用經(jīng)濟(jì)學(xué)比較方法，可以通過年費(fèi)計(jì)算法準(zhǔn)確計(jì)算投資是否合理科學(xué)。導(dǎo)線的年費(fèi)主要分為初次購(gòu)買費(fèi)用、每年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、電能損耗維修費(fèi)用、資金周轉(zhuǎn)的利息費(fèi)用等。將各個(gè)方案通過貨幣的時(shí)間價(jià)值折算到基準(zhǔn)年的總費(fèi)用,然后平均分布在經(jīng)濟(jì)投資的各年中，年費(fèi)用最低的方案即為最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)方案。值得注意的是，設(shè)計(jì)年費(fèi)用最低的導(dǎo)線線路方案要考慮以下幾個(gè)因素：導(dǎo)線使用時(shí)間年限為40年，且需要分成兩年的投資施工周期，第一年投資占比60%，第二年投資占比40%；每年的年最大損耗小時(shí)數(shù)不得超過3000小時(shí)；設(shè)備的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用費(fèi)率控制在總投資額的1.5%左右；電力工程回收率需占總投資額的8%；上網(wǎng)電價(jià)以 0.387 元/kWh為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算可得，不同類型導(dǎo)線的年費(fèi)用從低到高順序?yàn)椋轰撔靖邔?dǎo)電率鋁絞線、鋼芯鋁絞線、鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線、中強(qiáng)度鋁合金絞線、鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線、鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線。

5 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)線是高壓線路輸送最重要的設(shè)備，對(duì)線路運(yùn)輸是否順利發(fā)揮著重要作用。通過比較分析不同導(dǎo)線機(jī)械性能、電氣性能和經(jīng)濟(jì)性能，發(fā)現(xiàn)節(jié)能效果最差的是傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，它的投資成本也很高。在選擇導(dǎo)線時(shí)，要選擇節(jié)能型的導(dǎo)線，這類導(dǎo)線不僅節(jié)能降耗效果好、減少資金投入、降低工程造價(jià)成本，還能夠在獲得更大經(jīng)濟(jì)效益時(shí)更好地保護(hù)環(huán)境。