竇 飛，喬黎偉

（江蘇省電力公司，南京市，210024）

0 引言

架空線路的輸電能力由網(wǎng)絡(luò)能力和線路能力構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)能力取決于電網(wǎng)的運行結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等因素；線路能力是由導(dǎo)線熱穩(wěn)定允許條件所決定的輸電能力。隨著電網(wǎng)主網(wǎng)架的加強(qiáng)，制約電網(wǎng)輸送能力的主要因素已經(jīng)不是網(wǎng)絡(luò)能力，而是并列運行線路在N-1方式下運行時的線路能力。本文討論的輸電能力指線路能力。文章分析了影響220 kV及以上架空線路的輸送能力的因素，提出了提高架空線路輸電能力的措施。

1 導(dǎo)線的選型設(shè)計

目前，國內(nèi)導(dǎo)線的選型主要根據(jù)年費用最小法進(jìn)行綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定。首先，依據(jù)正常輸送容量和經(jīng)濟(jì)電流密度值初選總截面，在此基礎(chǔ)上選擇具有成熟制造經(jīng)驗的導(dǎo)線型號以及具有定型施工機(jī)具和定型金具的分裂數(shù)；其后，復(fù)核事故輸送容量、電暈、無線電干擾和機(jī)械強(qiáng)度等；最后，計算各方案的年費用，選擇年費用最低的方案作為推薦型式。隨著大截面分裂導(dǎo)線的應(yīng)用，導(dǎo)線截面主要由事故載流量和年費用控制。

1.1 事故載流量驗算

220 kV及以上架空線路多采用鋼芯鋁絞線，其事故載流量與最高允許溫度密切相關(guān)。導(dǎo)線的最高允許溫度，一般按照線路在設(shè)計使用期限內(nèi)導(dǎo)線強(qiáng)度損失情況、導(dǎo)線與配套金具間的接觸傳導(dǎo)情況來選擇。

DL/T 5092—1999《110～500 kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：一般線路的最高允許溫度應(yīng)不超過70℃，大跨越線路的最高允許溫度應(yīng)不超過90℃[1]。根據(jù)DL/T 5222—2005《導(dǎo)體與電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定，一般線路的最高工作溫度應(yīng)不超過70℃，在計及日照影響時可按不超過80℃考慮[2]。根據(jù)Q/GDW 179—2008《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定》與GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，一般線路的最高允許溫度應(yīng)不超過70℃、必要時可按不超過80℃考慮，大跨越線路的最高允許溫度應(yīng)不超過90℃[3-4]。

國外一般按允許發(fā)熱條件來選擇導(dǎo)線截面，并考慮在事故短時過負(fù)荷情況下，適當(dāng)提高溫度限值，所得出的導(dǎo)線截面比按經(jīng)濟(jì)電流密度得出的小一些。以鋼芯鋁絞線為例，日本按照正常持續(xù)輸送時導(dǎo)線溫度不超過90℃、事故短時導(dǎo)線溫度不超過120℃來選擇截面；西歐和北美，按照正常持續(xù)輸送時導(dǎo)線溫度不超過90℃、事故短時導(dǎo)線溫度不超過120℃來選擇截面[5]。

國外校驗對地和交叉跨越時，一般采用導(dǎo)線實際能夠達(dá)到的最高溫度下的弧垂；在導(dǎo)線短時過負(fù)溫度下，一般取小于正常限距的必要限距（操作過電壓間隙+適當(dāng)裕度）校驗對地和交叉跨越。

國內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：采用最高氣溫（一般為40℃）校驗對地及交叉跨越物的限距[1,3-4]。這是由于我國大多數(shù)地區(qū)常年平均溫度為15℃，導(dǎo)線在正常持續(xù)輸送時的實際溫度為溫升與氣溫之和，為29～42.3℃。因此，對于按照經(jīng)濟(jì)電流密度設(shè)計的一般線路，要求按最高氣溫40℃或覆冰無風(fēng)（對輕冰地區(qū)為最高氣溫40℃弧垂控制）求得的最大弧垂校驗交跨限距。但對大跨越和重要交叉跨越（如一級公路、高速公路、標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路），則要求按照導(dǎo)線實際能達(dá)到的最高溫度（70～90℃）校驗交跨限距。

新建線路必要時可采取80℃作為允許溫度；如導(dǎo)線允許溫度為80℃，則根據(jù)50℃的弧垂按正常限距校驗交跨距離。由于導(dǎo)線溫度為40～50℃時的弧垂差大于70～80℃時的弧垂差，因此可在導(dǎo)線允許溫度從70℃提高到80℃時，將定位弧垂的溫度相應(yīng)從40℃提高至50℃。

近期開展的500 kV已建線路的導(dǎo)線允許溫升增容，將導(dǎo)線的允許溫度由70℃提高至80℃。增容后，在導(dǎo)線短時過負(fù)溫度80℃下，取小于正常限距的必要限距（雷電或操作過電壓間隙+適當(dāng)裕度）作為校驗交跨的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。

1.2 年費用計算

架空線路的年費用為

式中：A為年費用，萬元/km；I0為總投資，萬元/km；i為基準(zhǔn)收益率；n為線路工程經(jīng)濟(jì)使用期，年；C為年經(jīng)營費，包括年維護(hù)費用和年電能損耗費用，萬元/km。

如果導(dǎo)線總截面過小，由于導(dǎo)線用量小、荷載輕，初始建設(shè)投資較省，但年損耗費用很大，在較短的運行年份里，就已抵償了初始建設(shè)投資的減少，所以是不合適的。反之，如果導(dǎo)線總截面過大，雖年損耗費用較少，但由于導(dǎo)線用量大、荷載重，補償初始建設(shè)投資所需的運行時間較長，也不經(jīng)濟(jì)。

2 架空線路的載流量計算

2.1 載流量的計算方法

國際上載流量計算公式很多，如美國電氣和電子工程師協(xié)會（institute of electrical and electronics engineers，IEEE）推薦公式、國際電工委員會（international electro technical commission，IEC）推薦公式、國際大電網(wǎng)組織（international council on large electric systems，CIGRE）推薦公式、英國摩爾根公式、法國方法等。但其計算原理都是由導(dǎo)線的發(fā)熱、散熱的熱平衡推導(dǎo)而出，熱平衡方程為

式中：Wj為單位長度導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的發(fā)熱功率，W/m；Ws為單位長度導(dǎo)線的日照吸熱功率，W/m；WR為單位長度導(dǎo)線的輻射散熱功率，W/m；WF為單位長度導(dǎo)線的對流散熱功率，W/m。前述方法在計算過程中考慮的因素不同，因此各公式規(guī)定的系數(shù)有所不同；但如果計算所取的邊界條件一致，則計算結(jié)果基本相等[6-8]。

2.2 決定導(dǎo)線輸電能力的因素

環(huán)境溫度、導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、表面吸熱系數(shù)和表面散熱系數(shù)這六個因素對導(dǎo)線輸電能力的影響較大。計算一般線路的載流量時參數(shù)取值[1,3-4]如表1所示。

表1 一般線路載流量的計算參數(shù)Tab.1 Calculation parameters of current-carrying capacity of general overhead transmission lines

以LGJ-400/35鋼芯鋁絞線為例，將表1參數(shù)作為基準(zhǔn)，逐個改變其中參數(shù)，分析其對載流量計算結(jié)果的影響，得到：垂直于導(dǎo)線的風(fēng)速發(fā)生±0.4 m/s的變化時，載流量計算結(jié)果增減16%～36%；日照強(qiáng)度發(fā)生±50%的變化時，載流量計算結(jié)果增減14%～20%；環(huán)境溫度發(fā)生±5℃的變化時，載流量計算結(jié)果增減10%～12%；較使用多年的舊線（吸熱、散熱系數(shù)均取0.9），新線的載流量（吸熱系數(shù)取0.23～0.43，散熱系數(shù)取0.35～0.46）增加3%～7%；較發(fā)熱允許溫度為70℃的導(dǎo)線，允許溫度為80℃的導(dǎo)線載流量可提高20%、90℃時可提高36%、120℃時可提高75%。

2.3 熱穩(wěn)極限載流量推薦值

目前，江蘇電網(wǎng)220、500 kV架空線路最常用的導(dǎo)線為LGJ-300/25、LGJ-400/35和LGJ-630/45型鋼芯鋁絞線，依據(jù)我國線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[1,3-4]計算出的導(dǎo)線熱穩(wěn)極限載流量如表2所示。

表2 常用導(dǎo)線熱穩(wěn)極限載流量推薦值Tab.2 Recommended ultimate thermotolerant current-carrying capacities of common conductors

3 提高架空線路輸電能力的措施

3.1 提高導(dǎo)線允許溫度

提高導(dǎo)線允許溫度，可顯著提高載流量。如將鋼芯鋁絞線的允許線溫由70℃提高至80℃時，導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度、配套金具，對地及對交叉跨越物的距離基本不受影響或采取措施可以解決，但載流量可提高20%以上。國內(nèi)目前架空輸電線路多采用鋼芯鋁絞線，其事故短時允許線溫為70～80℃；而國外，如日本、西歐、北美等國家和地區(qū)，其值為120℃。因此，就事故短時允許線溫而言，國內(nèi)導(dǎo)線尚有一定的增容空間。

3.2 應(yīng)用增容導(dǎo)線

增容導(dǎo)線是在架空輸電線路上使用的特種導(dǎo)線，在相同導(dǎo)體截面的情況下，增容導(dǎo)線能輸送更多電能。增容導(dǎo)線特別適用于通道條件緊張地區(qū)的已建線路增容改造，利用原有線路桿塔、基礎(chǔ)資源（或改造個別桿塔、基礎(chǔ)），通過更換導(dǎo)線實現(xiàn)增容。

增容導(dǎo)線在江蘇220 kV電網(wǎng)中的應(yīng)用日趨廣泛，目前使用較多的增容導(dǎo)線主要有鋁包殷鋼芯鋁合金絞線、碳纖維合成芯鋁絞線、間隙型鋼芯鋁合金絞線等。價格因素是增容導(dǎo)線推廣應(yīng)用的主要障礙，早期實施的增容工程，成品導(dǎo)線（或核心部件）多依賴進(jìn)口，近年增容導(dǎo)線已陸續(xù)實現(xiàn)國產(chǎn)，價格呈下降趨勢。

3.3 基于在線動態(tài)監(jiān)測的增容

表2所列載流量計算值為靜態(tài)值，是以嚴(yán)酷氣象條件為基礎(chǔ)而確定的保守靜態(tài)極限容量。但事實上，這樣的惡劣氣象條件很少發(fā)生，這就造成了線路在絕大多數(shù)情況下，不能有效發(fā)揮其輸送能力，浪費了部分資源。輸電在線動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對導(dǎo)線溫度、氣象條件等進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，在不違背現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，充分挖掘輸電線路的隱性容量。

應(yīng)用基于在線動態(tài)監(jiān)測的增容系統(tǒng)，架空線路的輸送容量，較靜態(tài)輸送容量可增加10%～30%[8-11]，華東電網(wǎng)500 kV瓶武5905線和山東電網(wǎng)220 kV羅彥線已開展有此方面的增容實踐。

4 結(jié)論

（1）國內(nèi)架空輸電線路導(dǎo)線的截面主要由事故載流量和年費用控制；國外一般按允許發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面，并考慮在事故短時過負(fù)荷情況下，適當(dāng)提高溫度限值。

（2）環(huán)境溫度、導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、表面吸熱系數(shù)和表面散熱系數(shù)對導(dǎo)線輸電能力的影響較大。

（3）提高輸電能力可采取提高導(dǎo)線允許溫度、應(yīng)用增容導(dǎo)線和應(yīng)用在線動態(tài)監(jiān)測等措施。

[1]DL/T 5092—1999 110～500 kV架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，1999.

[2]DL/T 5222—2005導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2005.

[3]Q/GDW 179—2008 110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].北京：國家電網(wǎng)公司，2008.

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