肖艷玲

摘要:輸電線路線夾由于鐵磁材料的渦流損耗等損失大量的電能,如何節(jié)能降耗是輸電線路設(shè)計(jì)面臨的重要課題。本文運(yùn)用有限元法對(duì)鑄鐵線夾渦流損耗進(jìn)行計(jì)算,對(duì)預(yù)絞式懸垂線夾和鑄鐵線夾的渦流損耗進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)綜合比較和經(jīng)濟(jì)分析,認(rèn)為預(yù)絞式懸垂線夾優(yōu)勢(shì)明顯,能為輸電線路線夾的選型提供有力的依據(jù)。

關(guān)鍵詞:輸電線路節(jié)能降耗線夾

1.輸電線路中線夾的電能損耗分析

國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司“十一五”規(guī)劃堅(jiān)持以資源開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重,把節(jié)約放在首位。因此,開(kāi)展降低輸電線路電能損耗和延長(zhǎng)輸電線路使用壽命的研究,是落實(shí)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)“十一五”規(guī)劃的具體措施之一。線夾是架空輸電線路建設(shè)中使用最多的金具產(chǎn)品之一,如何優(yōu)化線夾選型是值得關(guān)注的課題。

輸電線路線夾大部分是由鐵磁材料鑄成,由于鐵磁材料的磁滯和渦流作用,使輸電線路每年產(chǎn)生數(shù)以億計(jì)千瓦時(shí)的電能損耗。線夾優(yōu)化選型必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較,綜合考慮靜態(tài)初投資、運(yùn)行節(jié)能特性。輸電線路運(yùn)行中線夾分為鑄鐵懸垂線夾、鋁合金防暈型懸垂線夾和預(yù)絞式懸垂線夾。預(yù)絞式懸垂線夾由預(yù)絞絲護(hù)線條、內(nèi)含鋁合金加強(qiáng)件的橡膠襯墊、高強(qiáng)度鋁合金護(hù)套和夾片等主要部分構(gòu)成。因?yàn)槠涮厥獾牟牧咸匦院徒Y(jié)構(gòu)使得渦流損耗小、導(dǎo)線所受的靜態(tài)應(yīng)力和微風(fēng)振動(dòng)等引起的動(dòng)態(tài)應(yīng)力減小。當(dāng)前對(duì)線夾電能損耗的研究存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在:線夾能耗相對(duì)于整個(gè)線損而言相對(duì)較小,現(xiàn)有測(cè)量手段無(wú)法測(cè)出不同類型線夾的能耗差別,部分試驗(yàn)也難以模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況;線夾的能耗特性研究多停留在定性分析的層面,無(wú)法為線夾選型提供必要的運(yùn)行成本數(shù)據(jù)。這是由于線夾的渦流損耗與線夾結(jié)構(gòu)參數(shù)、導(dǎo)線型號(hào)、電流密度、電磁特性參數(shù)等多種因素緊密相關(guān),分析計(jì)算復(fù)雜。

計(jì)算渦流損耗的方法有解析法和數(shù)值計(jì)算的方法。解析法在模型比較簡(jiǎn)單的情況下可以滿足精度并加快計(jì)算速度,但對(duì)于形狀比較復(fù)雜的輸電線路線夾,同時(shí)計(jì)算趨膚效應(yīng)、渦流損耗時(shí),解析法存在計(jì)算復(fù)雜、求解困難的缺點(diǎn)。有限元法是應(yīng)用最廣泛的數(shù)值計(jì)算方法之一,它通過(guò)對(duì)整個(gè)場(chǎng)域進(jìn)行剖分,便于處理各種電磁場(chǎng)問(wèn)題。它能夠成功地模擬在各種情況下的線夾內(nèi)部電磁場(chǎng),并據(jù)此計(jì)算出渦流損耗;其計(jì)算與分析的過(guò)程是根據(jù)工程的實(shí)際情況而進(jìn)行的,計(jì)算結(jié)果可靠、科學(xué)。因此,本文采用有限元法計(jì)算和分析在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中線夾的渦流損耗,為輸電線路線夾的選型提供有力的依據(jù)。

根據(jù)預(yù)絞式線夾的結(jié)構(gòu)參數(shù)并選擇常用的導(dǎo)線型號(hào)分別為L(zhǎng)GJ-300/40、LGJ-400/50和LGJ-500/40的導(dǎo)線并通以相應(yīng)的載流量來(lái)進(jìn)行計(jì)算,單只線夾能量損耗以及可能造成的導(dǎo)線能量損耗見(jiàn)表1(導(dǎo)線長(zhǎng)度為400mm,鑄鐵線夾和預(yù)絞式線夾長(zhǎng)度分別為150mm和70mm)。從表1可以看出,在使用相同型號(hào)導(dǎo)線和通以相同工頻電流的情況下,鋁合金預(yù)絞式懸垂線夾比普通鑄鐵線夾耗能大大減小。而且隨著導(dǎo)線截面的增大,由于接觸電阻等因素影響,導(dǎo)線本身的電能損耗有減小的趨勢(shì)。

2.線夾經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

以大新-南寧500kV線路工程為例,該工程起自大新500kV變電站,終至南寧500kV變電站,全長(zhǎng)125.67km,導(dǎo)線采用4×LGJ-500/45鋼芯鋁絞線,鐵塔總數(shù)量276基,其中直線塔228基,耐張塔48基,導(dǎo)線懸垂線夾共2736個(gè)。

電壓等級(jí)越高,導(dǎo)線截面越大,線夾的投資回收期越短。輸電線路采用節(jié)能型預(yù)絞式線夾雖然建設(shè)成本較高,但一般來(lái)說(shuō)通過(guò)上十年的運(yùn)行,節(jié)能效益顯現(xiàn)。

3.結(jié)語(yǔ)

本文提出了以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ),采用有限元法精確求解線夾能量損耗,以投資回收期越短為目標(biāo)的線夾優(yōu)化選型策略,為電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的輸電線路提供嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)。預(yù)絞式線夾采用比鑄鐵線夾導(dǎo)磁率小的鋁合金鑄造,并且安裝護(hù)線條后大大增大了導(dǎo)流截面積,有效減小了等效電阻,從而損耗能量降低。在當(dāng)今注重節(jié)能環(huán)保的世界潮流下,降低能耗,減少污染,大力推廣普及應(yīng)用電力金具節(jié)能應(yīng)用成為電網(wǎng)建設(shè)中的具體技術(shù)舉措。

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