解析架空輸電線路的輸電能力

趙利明

摘 要：在分析架空輸電線路導(dǎo)線選型和載流量的基礎(chǔ)上，提出了提高架空輸電線路輸電能力的措施，以促進電力系統(tǒng)供電能力的提升。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；輸電能力；導(dǎo)線；事故載流量

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.115

架空輸電線路的輸電能力取決于線路能力（受導(dǎo)線熱穩(wěn)定允許條件限制）和網(wǎng)絡(luò)能力（電網(wǎng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和運行結(jié)構(gòu)等因素決定）。近年來，在電力行業(yè)不斷發(fā)展的情況下，架空輸電線路的網(wǎng)絡(luò)能力有了很大的提升，不再限制其輸電能力，因此，架空輸電線路輸電能力的研究重點為線路能力。

1 導(dǎo)線選型設(shè)計和輸電能力的影響因素

1.1 架空輸電線路的導(dǎo)線選型設(shè)計

在現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)中，大截面分裂導(dǎo)線的應(yīng)用率不斷提高。在選擇導(dǎo)線截面時，需要分析其事故載流量和年費用。

1.1.1 事故載流量

事故載流量是指架空輸電線路事故發(fā)生的最大載流量，在架空輸電線路中，由于導(dǎo)線多為鋼芯鋁絞線，所以，事故載流量主要受溫度的影響，即架空線路的最高允許溫度，而溫度取決于設(shè)計年限內(nèi)導(dǎo)線強度的磨損程度、導(dǎo)線與配套設(shè)施的接觸傳導(dǎo)情況等。

在相關(guān)規(guī)定當中，110～500 kV線路和大跨越線路的最高允許溫度應(yīng)分別低于70 ℃和90 ℃；一般導(dǎo)線的最高工作溫度應(yīng)低于70 ℃。在考慮日照等因素時，可將最高允許溫度控制在80 ℃及以下；在110～750 kV的架空輸電線路中，一般線路和大跨越線路的最高允許溫度與上述相同，不同之處在于一般線路在必要情況下可將最高允許溫度提高至80 ℃。

在參考以上最高允許溫度選擇導(dǎo)線截面時，還要考慮短時事故。過負荷會導(dǎo)致導(dǎo)線溫度升高，因此，應(yīng)適當調(diào)整高溫允許值，且實際導(dǎo)線截面應(yīng)略小于經(jīng)濟電流密度。就國外的鋼芯鋁絞線導(dǎo)線設(shè)計而言，通常遵循“正常持續(xù)輸送和短時事故時的導(dǎo)線溫度低于90 ℃和低于120 ℃”的原則。

在我國的導(dǎo)線設(shè)計中，需要在最高溫度（通常取40 ℃）的條件下檢驗導(dǎo)線的對地和交叉跨物限距。導(dǎo)線運行的實際溫度由環(huán)境溫度與溫升共同決定。在大多地區(qū)平均氣溫為15 ℃的情況下，導(dǎo)線溫度通常在29～42.3 ℃，因此，取40 ℃的最高溫度較為合理。對于以經(jīng)濟電流密度設(shè)計的一般線路，應(yīng)計算最大弧垂，以校驗交跨限距；對于重要交叉跨越和大跨越線路，需要按照導(dǎo)線的實際最高溫度檢驗交跨限距。

新建線路時，一般線路的最高允許溫度可設(shè)計為80 ℃，并取50 ℃來檢驗交跨限距。

1.1.2 年費用計算

費用是影響架空線路輸電能力的另一個因素，不僅體現(xiàn)在建設(shè)投資上，還體現(xiàn)在運管維護中。年費用的計算公式為：

. （1）

式（1）中：A為年費用；I為建設(shè)費用；i為基準收益率；C為年經(jīng)營費用（包括運營管理維護費用和電能損耗費用）；n為架空線路的經(jīng)濟使用年限。

在建設(shè)架空線路時，如果采用截面相對較小的導(dǎo)線，則導(dǎo)線的用量會減少、荷載會減輕。這樣做雖然會降低總投資成本I，但會增加后期的年損耗費用，是一種不科學(xué)的建設(shè)方案；如果導(dǎo)線截面較大，雖然會降低年損耗，但因?qū)Ь€用量增多、荷載加重，導(dǎo)致建設(shè)資本的回收需要較長時間，不具備經(jīng)濟性。

1.2 計算載流量

載流量是架空線路選擇中的重要影響因素，因此，做好載流量的計算十分必要。在載流量的計算中，國際上有多種不同的計算公式，比如英國的摩爾根公式、國際電工委員會推薦的公式等，但其本質(zhì)是相同的，即利用熱平衡原理計算，熱平衡公式為：

Wj+Ws=WR+WF. （2）

式（2）中：Wj和Ws分別為單位長度導(dǎo)線電阻發(fā)熱功率和日照

吸熱功率；WR和WF分別為單位長度導(dǎo)線的輻射散熱功率和流散熱功率。

1.3 架空輸電線路輸電能力的影響因素

導(dǎo)線的輸電能力是由載流量決定的，而載流量與熱平衡之間有著密切的聯(lián)系。因此，影響導(dǎo)線熱平衡的因素是架空線路輸電能力的影響因素，主要包括環(huán)境溫度、風速、日照強度、導(dǎo)線表面散熱、吸熱系數(shù)和導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度等。

在限定導(dǎo)線發(fā)熱的允許溫度后，不同型號的導(dǎo)線都有其極限載流量，以220 kV和500 kV架空輸電線路中常用的JL/G1A-300/25、JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45鋼芯鋁絞線為例，在70 ℃的允許溫度條件下，其極限載流量分別為570 A、662 A和878 A；在80 ℃的允許溫度條件下，其極限載流量分別為682 A、795 A、1 065 A。

2 提升架空輸電線路輸電能力的措施

針對影響架空輸電線路輸電能力的相關(guān)因素，提升架空線路輸電的措施有以下3種。

2.1 提升導(dǎo)線的發(fā)熱允許溫度

導(dǎo)線的發(fā)熱允許溫度與載流量成正比，在發(fā)熱允許溫度提升后，導(dǎo)線的載流量也會明顯提高。以鋼芯鋁絞線為例，當發(fā)熱允許溫度由70 ℃提升至80 ℃后，并不會對導(dǎo)線自身的強度、相關(guān)金具和對地、交叉跨物距離造成明顯的影響；在對上述因素產(chǎn)生影響時，也可通過合理的措施解決。此時，導(dǎo)線的載流量增加幅度可超過20%.

對于鋼芯鋁絞線而言，我國和日本、北美等國家的短時事故允許線溫分別為70～80 ℃和120 ℃。從這個角度看，我國架空輸電線路還可以繼續(xù)提升允許線溫，從而實現(xiàn)架空線路的增容，提高架空線路的輸電能力。

2.2 在架空線路中使用增容導(dǎo)線

增容導(dǎo)線是一種特異導(dǎo)線，將其應(yīng)用在架空輸電線路中，在相同的導(dǎo)線截面條件下，增容導(dǎo)線的輸電能力明顯高于普通導(dǎo)線。增容導(dǎo)線主要有碳纖維合成芯鋁絞線、間隙性鋼芯鋁合金絞線和鋁包殷鋼鋁合金絞線等，其價格普遍較高。因此，在應(yīng)用過程中，受到建設(shè)成本的約束，該導(dǎo)線的應(yīng)用范圍相對較小。近年來，我國在增容導(dǎo)線技術(shù)方面的進步，為增容導(dǎo)線在架空輸電線路中的大范圍應(yīng)用提供了條件。

在實際應(yīng)用中，增容導(dǎo)線主要被應(yīng)用于電力供應(yīng)緊張架空線路的增容改造中。通過在現(xiàn)有電網(wǎng)資源和線路桿塔等的基礎(chǔ)上，利用增容導(dǎo)線替換原有的普通導(dǎo)線，可實現(xiàn)架空輸電線路的增容，從而提升架空線路的輸電能力。

2.3 通過在線動態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)增容

上述的導(dǎo)線允許溫度的極限載流量是靜態(tài)值，其計算基礎(chǔ)是在惡劣的氣象條件下，計算結(jié)果趨于保守值。但在實際中，惡劣的氣象條件并不會時常發(fā)生，以極限載流量設(shè)計的架空線路在大多時間內(nèi)的輸電能力是超出電力供應(yīng)需求的，進而導(dǎo)致導(dǎo)線資源的浪費。針對此問題，可在架空輸電線路中建立在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測外部氣象環(huán)境、導(dǎo)線溫度等，在不改變現(xiàn)有技術(shù)標準的基礎(chǔ)上，將架空線路的隱性容量發(fā)掘出來，從而增加架空線路的輸送容量。一般情況下，上述增容的幅度在10%～30%之間。

3 結(jié)束語

綜上所述，在我國的架空輸電線路選擇導(dǎo)線截面時，通常需要考慮事故載流量和年費用。為了提高我國架空輸電線路的輸電能力，需在充分了解相關(guān)影響因素的基礎(chǔ)上，通過提高允許線溫、應(yīng)用增容導(dǎo)線和在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等達到相應(yīng)的目標。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕