论节能导线在高压输电线路设计中的应用

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论节能导线在高压输电线路设计中的应用

孙志铖

国网山西省电力公司阳泉供电公司 山西 阳泉 045000

摘要:高压输电线路中的110kV线路主要起着保障区域供电的作用,因其直接对接用户的特点,建设数量较多、距离用户较近,周围环境敏感目标相对较多,公众的关注度较高。高压输电线路周围公众主要关心点是线路投运后引起的电磁环境问题和噪声问题,而这些主要取决于输电线路的结构和导线的型号。因此高压输电线路建设对周围电磁环境和声环境的影响也逐渐成为项目建设前期需要重点关注的问题之一。一般输电线路的路径都较长,导线的选型成为影响输电线路建设成本的重要因素之一。近年来随着各地用电需求的增加,对输电线路导线的输送容量要求也越来

关键词:输电线路;节能单导线;节能导线;年费用法

导线的选择对送电线路的输送容量、电能损耗、传输特性、环境问题、技术经济指标具有较大的影响,尤其是电能损耗。对于输送容量较大的线路,浪费在电能损耗上的费用十分巨大。因此,选择满足电气、机械性能的导线及导线型式,同时降低电能损耗,实现工程全寿命周期内年费用最优,是高压输电线路设计中的重要课题。目前,常规220kV输电线路导线一般采用双分裂。倘若改采用节能单导线,对于导线而言,截面越大,导线、结构本体部分投资则越大,会导致工程初始投资增加。但随着导线截面增大,导线越高,实际建设过程中,110kV架空线路也越来越多地采用分裂导线,根据实际情况推荐环保性能优的导线选型,为工程前期工作提供参考。作者研究并提出了在部分重载的220kV输电线路采用新型单根节能节能导线以取代常规双分裂的导线型式的技术观点。通过以年费用最优为目标,在安全可靠、经济适用的基础上充分贯彻执行节能降耗,以供参考。

1节能单导线的应用设计

1.1节能导线技术

近年来,我国曾先后成功研制900mm2、1000mm2、1250mm2的大截面节能导线,并取得工程应用。研发与应用节能导线已经成为国家电网公司推行“两型三新”型输电线路建设的重点工作。目前看来,将节能导线运用于220kV输电线路尚不多见。考虑到我国220kV级输电线路的建设密集程度以及输送容量的日益增大,电能损耗造成的浪费不得不受到重视。在满足输送容量的前提下,为保证工程全寿命周期内年费用最优,在部分重载的220kV线路使用单根节能导线取代双分裂导线的技术构想,具有一定的讨论的价值。以某220kV线新建路工程为例,根据系统资料,线路正常输送容量为420MVA,极限输送容量460MVA,可研方案推荐导线截面采用2×400mm2。对于这样的重载线路,常规双分裂导线方案造成的年电能损失接近600MWh/km,不符合节能环保的要求。而根据极限输送容量计算,采用1000mm2节能单导线可以在保证单位走廊的输送能力的同时,减小电阻损耗与电晕损失,优化电磁环境。在相同铝钢比条件下,抗覆冰能力强;相同等效截面条件下,线路荷载明显改善。很明显,使用单根节能导线与常规分裂导线相比,理论上具有一定的优势。

1.2新型铝合金芯高导电率铝绞线

一般来说导线选型在初定了导线截面与分裂型式后,即采用1000mm2节能单导线后,可按等截面原则及等外径原则展开导线比选。常规铝合金芯铝绞线作为被推广应用的节能导线,因节能效果显著,可以作为首选导线。目前,节能的铝合金芯铝绞线在国内已有了较成熟的技术规范。作者对国内外新型导线进行了调研,发现铝合金单线的制作工艺有了较大的提升,国外多种高电气、机械性能的铝合金单线已被研制,并有相应的制作标准出台,其中执行英国标准BSEN50183:2000的铝合金单线在欧洲地区被广泛使用。英国标准BSEN50183:2000中有HA1~HA7等7种铝合金单线型号。按照英国标准BSEN50183:2000及《圆线同心绞架空导线》(GB1179—2010)[5-6]的要求,作者提出了应用一种新型铝合金芯高导电率铝绞线(JL3/HA6)的技术构想。新型铝合金芯高导电率铝绞线其铝合金线采用英标BSEN50183:2000中的“HA6”型号,与国内铝合金线相比,其强度降低不多,但是其电阻率可由52.5%IACS提高至55.6%IACS,铝线仍采用国内已经成熟应用的高导电率铝线(JL3-62.5%IACS),可以说,新型铝合金芯高导电率铝绞线(JL3/HA6)是对国内常规铝合金芯铝绞线(JL/LHA1)性能的再提升。虽然采用英标铝合金芯的新型导线在国内的应用尚属空白,但该导线的单线均有国内外的相应标准,且随着我国导线生产、制造水平的提高,新型强度更高、电阻更低的节能导线是发展的必然趋势。

2技术特性比较

2.1导线参数

参照国家电网公司节能导线试点的相关资料,依托220kV线路工程,本文将新型铝合金芯高导电率铝绞线JL3/HA6-745/335与高导电率钢芯铝绞线2×JL3/G1A-400/50、铝合金芯铝绞线2×JL/LHA1-220/230和中强度全铝合金绞线2×JLHA3-450进行比较,分析新型单根节能节能导线与常规分裂导线的技术经济特性。

2.2电气性能比较

导线电气性能主要体现在极限输送容量、电磁环境与电能损耗方面。极限输送容量是导线选型的基础,电磁环境主要体现在表面电场强度、可听噪声、无线电干扰等方面。电能损耗直接关系到导线在运行过程中的费用。载流量计算时,环境温度为最高气温月的平均气温,地区取30℃。各方案导线极限输送容量相当,均满足极限输送容量。线路电磁环境影响主要取决于电压等级、导地线布置、导线外径、分裂数、分裂半径和表面粗糙度。各种导线方案的电磁环境参数均满足《110kV~750kV架空输电线路设计规范》(GB50545—2010)的相关规定。

2.3机械性能比较

机械性能主要内容是反映导线规定安全系数下,导线的过载能力和弧垂特性。过载能力是考验在70%的额定拉断力下,导线可以承载的覆冰厚度,体现了安全裕度的储备。弧垂特性体现了为保证对地距离需要付出的杆塔高度代价,是经济性比较的基础数据;相荷载包含垂直荷载,横向荷载和纵向荷载,是控制杆塔钢材指标的关键因素。直线塔纵向受力平衡,塔材主要受横向荷载和垂直荷载控制。耐张塔要考虑断线及不均匀覆冰状态下的强度控制,塔材主要受纵向荷载和横向荷载控制。在覆冰过载能力上,各导线方案均满足要求,JL3/HA6-745/335覆冰过载能力远胜其他三种导线;在高温弧垂上,JL3/HA6-745/335弧垂性能较其他三种导线更优;在相导线最大使用张力方面,单根JL3/HA6-745/335方案较JL3/G1A-400/50方案小11%,略高于JL/LHA1-220/230与JLHA3-450方案;在水平荷载方面,JL3/ 耐张HA6-745/335较其他三种导线型式要小23%;在垂直荷载方面,JL3/HA6-745/335在覆冰条件下较其他三种导线型式要小;在导线风偏方面,JL3/HA6-745/335较其他三种导线型式具有较大优势。综合看来,单根JL3/HA6-745/335较常规双分裂导线而言,在弧垂、水平荷载、覆冰过载能力甚至更有优势,机械性能较好。

3结论

基于我国目前对架空导线的输送能力、工程应用和经济效益提出了的新要求:

1)部分重载的220kV输电线路存在电能损耗较大的问题,可以采用节能单导线取代双分裂导线,通过减小电阻以降低电能损耗,优化输电线路全寿命周期内年费用。

2)随着技术的发展和有关条件的变化,我国现有节能导线将不能完全满足输电技术发展和工程建设的需要,作者介绍了一种采用英标铝合金的节能导线——新型铝合金芯高导电率铝绞线(JL3/HA6-745/335)。具有优秀的电气、机械性能新型节能铝合金芯高导电率铝绞线,是国内导线发展的必然趋势。

本文以某220kV线路工程为例,通过单根新型铝合金芯高导电率铝绞线与常规双分裂导线的电气特性、机械特性及年费用等方面比较,得出采用单根新型铝合金芯高导电率铝绞线具有较大的年费用优势,论证了两项技术构想的可行性。

参考文献:

[1]丁广鑫,孙竹森,张强,等.节能导线在输电线路中的应用分析[J].电网技术,2012,36(8):24-30.

[2]高翔,李莉华.节能输电导线技术[J].华东电力,2005,33(7):32-35.

[3]孙建松.某110kV输电线路导线选择研究[J].电工技术,2018(9):61-63+65.

 

 

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