節能導線在高壓輸電線路設計中的應用

杜 奇

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴陽 550081)

導線作為高壓架空輸電線路最主要的組成部分，對長距離電能輸送具有重要作用。導線選擇的首要考慮條件是電氣性能，機械性能和經濟成本也是需要考慮的重要條件。如果導線選擇合適，則會大大節約能源消耗。相反，如果導線選擇不合適，不僅會在一定程度上增加電能輸送的成本，還會降低電能的運輸效率。傳統的架空輸電線路一般選用鋼芯鋁絞線作為導線。近些年來，隨著人們環保意識的提高，選擇電能損耗小、節能型的導線已成為行業發展趨勢。

1 導線的主要類型

隨著社會經濟的不斷發展，科學技術水平也在逐年提高，導線的發展技術也取得了日新月異的突破。導線的各項性能逐步得到優化升級，市場上出現的導線種類更加多樣化。

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

2 導線的電氣性能

在進行導線選擇時，電氣性能應作為重要選擇條件。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的導線。載流量大的導線即便線路發生事故，也不會出現較大的安全問題。在電網運行中，也要充分考慮到電能對導線過載流量的影響，特別要考慮天氣變化對導線電氣性能的影響。核算導線技術參數時，導線的耐熱性和抗寒性要充分考慮，溫差過大都可能對導線產生不良影響,要在最大程度上確保導線線路能夠適應周圍溫度的變化及環境的變化，使導線的使用壽命最大限度延長。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，超出這個范圍，導線就會出現性能不穩定、頻繁故障的問題，增大了安全隱患。

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

3 導線的機械特性

對不同導線的機械特性進行比較分析時，能夠發現桿塔與導線弧垂的重量有著緊密的關系。這就需要通過進一步分析導線的弧垂性來判斷導線的性能是否良好。在高溫條件下，導線的自重、拉力、鋁鋼截面等因素也要作為參考的標準。比如在40 ℃ 的條件下，計算導線弧垂時要觀察記錄其最小的弧垂。還要計算導線的風偏角，一般在平均風速27 m/s 的情況下，導線的垂直荷載是最小的。這時需要采用塔型的設計，降低風偏角的大小，并對塑形指標Kv值做好對應記錄。導線的機械特性主要包括弧垂、荷載、風偏角、過載能力等。從弧垂特性看，中強度全鋁合金絞線無疑是最好的，剩余的導線弧垂特性差異不大；從水平荷載來看，所有導線基本相同；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 導線的線路成本

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

利用經濟學比較方法，可以通過年費計算法準確計算投資是否合理科學。導線的年費主要分為初次購買費用、每年運行維護費用、電能損耗維修費用、資金周轉的利息費用等。將各個方案通過貨幣的時間價值折算到基準年的總費用,然后平均分布在經濟投資的各年中，年費用最低的方案即為最優的經濟方案。值得注意的是，設計年費用最低的導線線路方案要考慮以下幾個因素：導線使用時間年限為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數不得超過3000小時；設備的維護運行費用費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%；上網電價以 0.387 元/kWh為基準進行計算。通過計算可得，不同類型導線的年費用從低到高順序為：鋼芯高導電率鋁絞線、鋼芯鋁絞線、鋼芯高導電率鋁絞線、中強度鋁合金絞線、鋁合金芯高導鋁絞線、鋁合金芯高導鋁絞線。

5 結語

導線是高壓線路輸送最重要的設備，對線路運輸是否順利發揮著重要作用。通過比較分析不同導線機械性能、電氣性能和經濟性能，發現節能效果最差的是傳統的鋼芯鋁絞線，它的投資成本也很高。在選擇導線時，要選擇節能型的導線，這類導線不僅節能降耗效果好、減少資金投入、降低工程造價成本，還能夠在獲得更大經濟效益時更好地保護環境。