探究新型節(jié)能導(dǎo)線在高壓輸電線路中的應(yīng)用

王剛 梁影 中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司

1 新型節(jié)能導(dǎo)線概述

1.1 新型節(jié)能導(dǎo)線概述

新型節(jié)能導(dǎo)線是一種通過改變導(dǎo)線內(nèi)部加強(qiáng)芯、提高導(dǎo)體導(dǎo)電率等方式，降低電力傳輸面臨的電流組織、提高線路導(dǎo)電能力，從而減少高壓輸電線路線損的新型導(dǎo)線，此類導(dǎo)線的應(yīng)用能顯著提高高壓輸電線路的節(jié)能效果。相比于傳統(tǒng)導(dǎo)線，新型節(jié)能導(dǎo)線普遍擁有更強(qiáng)機(jī)械特性，在技術(shù)層面上提高了導(dǎo)線的導(dǎo)電能力，因此在高壓輸電線路設(shè)計(jì)與施工中，可以不用考慮導(dǎo)線的機(jī)械性能，直接替代傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線，節(jié)省大量設(shè)計(jì)和施工時(shí)間。

新型節(jié)能導(dǎo)線主要通過導(dǎo)線材料性能提升，如導(dǎo)電率為63%IACS 的軟鋁，61.5～63%IACS 的高導(dǎo)硬鋁等；適當(dāng)優(yōu)化導(dǎo)線材料類型與導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)導(dǎo)線的導(dǎo)電能力和節(jié)能效果。

1.2 常見新型節(jié)能導(dǎo)線

高壓輸電線路中，應(yīng)用新型節(jié)能導(dǎo)線的根本目的是節(jié)能降耗，而通過導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，要通過減小導(dǎo)線電阻、降低導(dǎo)線線損實(shí)現(xiàn)，常見新型節(jié)能導(dǎo)線包括以下幾種，普通鋼芯鋁絞線與新型節(jié)能導(dǎo)線參數(shù)如下：目前市場上常用的導(dǎo)線有JL/G1A-630/45 普通鋼芯鋁絞線、JL4/G1A-630/45-45/7 鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線、JL/LHA1-465/210 鋁合金芯鋁絞線、JLHA3-675 中強(qiáng)度鋁合金絞線四種，有鋼（鋁合金）導(dǎo)線和鋁（鋁合金）導(dǎo)線兩種，市場上現(xiàn)存的導(dǎo)線基本上維持在總截面為674mm2、鋁鋼界截面比為7、直徑為33.8mm、電阻0.045Ω 左右，不同絞線可能存在數(shù)值上的些微差距，從單位質(zhì)量上看，JL/LHA1-465/210 鋁合金芯鋁絞線、JLHA3-675中強(qiáng)度鋁合金絞線更有優(yōu)勢(shì)，單位質(zhì)量約為1860kg/km，有JL/G1A-630/45 普通鋼芯鋁絞線、JL4/G1A-630/45-45/7 鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線的整體單位質(zhì)量約在2080kg/km。從計(jì)算拉斷力上看，JL/LHA1-465/210 鋁合金芯鋁絞線比較脆，JLHA3-675 中強(qiáng)度鋁合金絞線的計(jì)算拉斷力最高，從保證質(zhì)量的角度上看，選擇JLHA3-675 中強(qiáng)度鋁合金絞線比較合適。

（1）鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線

該新型節(jié)能導(dǎo)線中用到了一種新型鋁絞線——鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線，其導(dǎo)電率在61.5 ～63%IACS 之間，可直接替代普通鋼芯鋁絞線中的鋁線。新型節(jié)能導(dǎo)線在鋁截面積相同的情況下，擁有更高導(dǎo)電率，在高壓輸電線路中可以顯著降低導(dǎo)線的直流電阻，提高線路的導(dǎo)電能力，從而降低線損。

（2）中強(qiáng)度全鋁合金絞線

此類導(dǎo)線采用的是58.5%IACS 的中強(qiáng)度鋁合金，其相比于同等規(guī)格的普通鋼芯鋁絞線，由于傳統(tǒng)的鋼芯被鋁合金材料替代，所以會(huì)使導(dǎo)線的導(dǎo)線截面增加，直接降低導(dǎo)線的直流電阻值，提高導(dǎo)線的導(dǎo)電能力。

（3）鋁金芯高導(dǎo)電率鋁絞線

此類新型節(jié)能導(dǎo)線中，高強(qiáng)度鋁合金芯導(dǎo)電率為53%IACS，其可以替代普通鋼芯鋁絞線中的部分鋁線和所有鋼芯，導(dǎo)線外部鋁線為高導(dǎo)電鋁線，在總截面相同的情況下該導(dǎo)線的直流電阻更小，能很好的提高導(dǎo)線的導(dǎo)電能力，但此類導(dǎo)線的造價(jià)較高，在高壓輸電線路設(shè)計(jì)中要考慮工程預(yù)算問題。

2 高壓輸電線路設(shè)計(jì)中應(yīng)用新型節(jié)能導(dǎo)線應(yīng)遵循的原則

2.1 最優(yōu)化

高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，新型節(jié)能導(dǎo)線的選擇應(yīng)遵循最優(yōu)化原則。最優(yōu)化并非要求新型節(jié)能導(dǎo)線與普通鋼芯鋁絞線在經(jīng)濟(jì)、成本、節(jié)能、環(huán)保等方面均達(dá)到最優(yōu)化，而是要在考慮工程特征如投資大小、工程預(yù)算、使用環(huán)境、預(yù)期壽命等因素的基礎(chǔ)上，通過對(duì)各類新型節(jié)能導(dǎo)線進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇一種在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)層面最優(yōu)的新型節(jié)能導(dǎo)線。建議設(shè)計(jì)人員將各類新型節(jié)能導(dǎo)線作為預(yù)選對(duì)象，從工程實(shí)際著手全面對(duì)比分析各類新型節(jié)能導(dǎo)線的綜合效益，采取量化手段對(duì)各類導(dǎo)線進(jìn)行賦分，選取分值最高的新型節(jié)能導(dǎo)線，保證新型節(jié)能導(dǎo)線選型達(dá)到最優(yōu)化。

2.2 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是高壓輸電線路設(shè)計(jì)中導(dǎo)線選型必須遵循的必要原則，經(jīng)濟(jì)性原則不能只體現(xiàn)在導(dǎo)線采購成本、施工成本等環(huán)節(jié)，還要結(jié)合新型節(jié)能導(dǎo)線的導(dǎo)電率、截面大小等計(jì)算線損，結(jié)合工程所處環(huán)境因素預(yù)測新型節(jié)能導(dǎo)線的使用壽命，根據(jù)新型節(jié)能導(dǎo)線的線損值、預(yù)期壽命，在綜合考慮各類導(dǎo)線維護(hù)難度、維護(hù)頻率的條件下，掌握各類導(dǎo)線使用的經(jīng)濟(jì)效益，盡量選取經(jīng)濟(jì)效益最佳的導(dǎo)線，最大限度提高新型節(jié)能導(dǎo)線在線路中的節(jié)能效果。

2.3 安全性

安全性是主要考查的是不同類型新型節(jié)能導(dǎo)線應(yīng)用的穩(wěn)定性，在高壓輸電線路設(shè)計(jì)中必須注重新型節(jié)能導(dǎo)線的施工安全、使用安全。一方面，新型節(jié)能導(dǎo)線要便于運(yùn)輸、存儲(chǔ)、施工；另一方面，新型節(jié)能導(dǎo)線在面對(duì)復(fù)雜野外環(huán)境時(shí)，能表現(xiàn)出較強(qiáng)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員要從導(dǎo)線選型方面著手，盡量避免施工安全隱患，降低導(dǎo)線在使用過程中發(fā)生損壞的概率，避免故障影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 高壓輸電線路設(shè)計(jì)中新型節(jié)能導(dǎo)線的應(yīng)用

3.1 計(jì)算線損

高壓輸電線路的電能損耗分為電暈損耗、導(dǎo)線電阻損耗兩個(gè)部分。高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，如果選擇截面較大的導(dǎo)線，其電暈損耗通常為電阻損害的3%～4%左右，因此在高壓輸電線路電能損耗的計(jì)算中，需要將導(dǎo)線損耗作為計(jì)算重點(diǎn)，在掌握不同類型導(dǎo)線的線損值后，可以大致判斷電暈損耗，且各類新型節(jié)能導(dǎo)線的電暈損耗基本一致，設(shè)計(jì)人員可采用公式（1）（2）分別計(jì)算雙回線路單位長度的最大電阻功率損耗與電阻電能損耗：

式中W—最大功率損耗；I—相最大負(fù)荷電流；Q—年電阻損耗能量， —年最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)；Rac—年相線路單位長度交流電阻。隨后按照公式（3）計(jì)算多分裂導(dǎo)線電阻：

式中N—導(dǎo)線分裂根數(shù)；rac—導(dǎo)線給定輸送功率下的單位長度交流電阻。如果輸送電流與負(fù)荷小時(shí)數(shù)不變，電阻大小是決定導(dǎo)線線損的直接影響，可以通過降低導(dǎo)線的交流電阻達(dá)到降低線損的目標(biāo)，從而為新型節(jié)能導(dǎo)線的選型提供參考依據(jù)。

3.2 導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)性比較

高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以采用年費(fèi)用法對(duì)不同類型的新型節(jié)能導(dǎo)線展開經(jīng)濟(jì)性比較。年費(fèi)用計(jì)算能整體反映工程投資是否合理，計(jì)算內(nèi)容包括首次年費(fèi)用、年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、年電能損耗費(fèi)用、資金利息等。設(shè)計(jì)人員要將各類設(shè)計(jì)方案根據(jù)資金的時(shí)間價(jià)值折算到基準(zhǔn)年的總費(fèi)用中，并根據(jù)各類新型節(jié)能導(dǎo)線的設(shè)計(jì)方案，選擇年費(fèi)用最低的設(shè)計(jì)方案，保證新型節(jié)能導(dǎo)向的應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上達(dá)到最優(yōu)化。以某750kV 高壓輸電線路工程為例，根據(jù)業(yè)主要求新型節(jié)能導(dǎo)線的預(yù)期使用年限為5a，工期為2a，第一年和第二年分別投資50%，年最大損耗小時(shí)數(shù)分別按2200h 和3750h 計(jì)算，設(shè)備運(yùn)維費(fèi)率1.4%，工程回收率按工程投資8%計(jì)算，電價(jià)為0.4 元/kWh，經(jīng)計(jì)算不同新型節(jié)能導(dǎo)線在不同輸送容量下的年費(fèi)用見表1。

表1 不同新型節(jié)能導(dǎo)線的年費(fèi)用計(jì)算結(jié)果

根據(jù)不同導(dǎo)線的年費(fèi)用計(jì)算結(jié)果，其中鋁合金芯鋁絞線的年費(fèi)用最小，選用鋁合金芯鋁絞線的經(jīng)濟(jì)性最強(qiáng)。

3.3 了解導(dǎo)線的電氣性能

高壓輸電線路擁有很高輸電效率，導(dǎo)線選型對(duì)新型節(jié)能導(dǎo)線的電氣性能有較高要求。高壓輸電線路在運(yùn)行過程中，隨著輸電效率增長，導(dǎo)線承載的電流量會(huì)隨之上升，如果新型節(jié)能導(dǎo)線的電氣性能滿足不了線路運(yùn)行的要求，會(huì)給高壓輸電線路運(yùn)行的安全性帶來不良影響。

新型節(jié)能導(dǎo)線的電氣性能是影響其輸電效率的關(guān)鍵因素，因此在高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)考慮各類新型節(jié)能導(dǎo)線的電氣性能，考慮外部環(huán)境、氣候條件可能給導(dǎo)線電氣性能造成的影響。設(shè)計(jì)人員要全面統(tǒng)計(jì)各類導(dǎo)線材料的指標(biāo)參數(shù)，確定在不同溫度條件下導(dǎo)線電氣性能的變化，盡量選用在極端條件下仍然能維持正常運(yùn)行的導(dǎo)線，最大限度降低外部環(huán)境給導(dǎo)線正常運(yùn)行造成的干擾。首先，設(shè)計(jì)人員要考慮新型節(jié)能導(dǎo)線載流量對(duì)系統(tǒng)輸送容量提出的需求，關(guān)注溫度條件變化對(duì)其產(chǎn)生的影響，詳細(xì)分析各類導(dǎo)線的技術(shù)參數(shù)，在合理運(yùn)行溫度范圍內(nèi)準(zhǔn)確計(jì)算導(dǎo)線的輸送容量，確保新型節(jié)能導(dǎo)線的使用壽命能滿足工程實(shí)踐的要求。其次，在新型節(jié)能導(dǎo)線截面一致的情況下，不同新型節(jié)能導(dǎo)線的電阻損耗存在一定差異，在導(dǎo)線選型時(shí)設(shè)計(jì)人員要利用相應(yīng)公式計(jì)算各類節(jié)能導(dǎo)線的電能熱損失，其中線損計(jì)算是電氣性能計(jì)算的重要內(nèi)容。

4 結(jié)語

高壓輸電線路能否穩(wěn)定運(yùn)行，與導(dǎo)線選型、運(yùn)行有直接關(guān)系。高壓輸電線路中，傳統(tǒng)導(dǎo)線的線損較高，不符合電力系統(tǒng)綠色節(jié)能發(fā)展的要求，高壓輸電線路設(shè)計(jì)中進(jìn)行新型節(jié)能設(shè)備選型是行業(yè)發(fā)展的必然選擇。設(shè)計(jì)人員在選擇新型節(jié)能材料的過程中，要綜合考慮導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性，全面掌握、對(duì)比各類導(dǎo)線的技術(shù)參數(shù)，選取最適合工程運(yùn)行的導(dǎo)線類型，最大限度提高新型節(jié)能導(dǎo)線在高壓輸電線路中的作用，發(fā)揮新型節(jié)能導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。