周魁，徐維毅，高選，胡漢基

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市 430071)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電負(fù)荷不斷攀升。目前部分線路的輸送容量受到熱穩(wěn)定水平的限制，嚴(yán)重制約了電能的輸送，而新建線路不僅投資大、周期長(zhǎng)，還受到地區(qū)規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等因素的影響。因此，如何科學(xué)、安全地提高現(xiàn)有輸電線路的輸送容量，成為亟待解決的問(wèn)題。

目前，提高輸電線路載流量的常用方法有3種:(1)根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的實(shí)際情況核算線路載流量，對(duì)受限線路載流量進(jìn)行精細(xì)管理。如采用監(jiān)測(cè)線路的實(shí)際風(fēng)速、日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度來(lái)計(jì)算線路的載流量［1-2］，但這種方法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、計(jì)算麻煩，并且夏季用電高峰時(shí)受環(huán)境的影響較大，增容量很小。(2)提高現(xiàn)有線路的最高允許運(yùn)行溫度［3］，將鋼芯鋁絞線的最高允許運(yùn)行溫度由70℃提高到80℃。這種方法的增容量為20%～25%，增容量也較小。(3)不改變現(xiàn)有線路桿塔、基礎(chǔ)，將原導(dǎo)線更換為增容導(dǎo)線來(lái)提高載流量。采用這種方法可增容50%以上，甚至達(dá)到倍容［4］。

采用增容導(dǎo)線增加輸送容量后，導(dǎo)線溫度大幅上升，已不能采用與鋼芯鋁絞線相同的40/50℃定位弧垂來(lái)校驗(yàn)對(duì)地及交叉跨越距離的方法。

1 增容導(dǎo)線介紹

目前國(guó)際上使用較為廣泛的增容導(dǎo)線有2類［4］。

第1類是以日本為代表采用的耐熱鋁合金導(dǎo)線系列。耐熱鋁合金為在金屬鋁中添加鋯等元素，抗拉強(qiáng)度為153～183 MPa，允許連續(xù)使用溫度為150℃，短時(shí)使用溫度達(dá)180℃［5］;在230℃、加熱1 h后，強(qiáng)度殘存率≥90%。具有代表性的該類導(dǎo)線有鋼芯耐熱鋁合金絞線、殷鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁基陶瓷纖維芯耐熱鋁合金絞線、間隙型鋼芯耐熱鋁合金絞線。耐熱鋁合金導(dǎo)電率較鋁線低，損耗較大。

第2類是以美國(guó)、加拿大為代表采用的軟鋁導(dǎo)線系列。軟鋁絞線采用經(jīng)處理的軟鋁線為導(dǎo)體，導(dǎo)電率達(dá)63%IACS，其強(qiáng)度較低，為59～76 MPa，但其延伸率可達(dá)20～30%［6］。當(dāng)工作溫度到達(dá)軟鋁導(dǎo)線的遷移點(diǎn)溫度時(shí)，導(dǎo)線的機(jī)械荷載將全部轉(zhuǎn)移到芯線(鋼芯或碳纖維芯)，由芯線承擔(dān)導(dǎo)線的全部張力。由于芯線具有較好的軟化特性，能在較高的溫度下工作，而不降低其機(jī)械強(qiáng)度。芯線的線膨脹系數(shù)比鋼芯鋁絞線的低，當(dāng)導(dǎo)線工作溫度提高時(shí)，軟鋁導(dǎo)線的弛度變化很小，因此相同截面軟鋁導(dǎo)線的載流量比鋼芯鋁絞線高。

軟鋁導(dǎo)線的最高使用溫度可達(dá)150℃以上，具有代表性的該類導(dǎo)線有鋼芯軟鋁絞線、特強(qiáng)鋼芯軟鋁絞線、碳纖維芯軟鋁絞線。

在不更換原有桿塔、基礎(chǔ)條件下實(shí)現(xiàn)增容，要求更換導(dǎo)線對(duì)桿塔的荷載不超過(guò)原導(dǎo)線。LGJ-300/40鋼芯鋁絞線、JNRLH60/LB14-300/40鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線、AF(SZ)+S4A-300/40應(yīng)力轉(zhuǎn)移型特強(qiáng)鋼芯軟鋁型線絞線的參數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算載流量見(jiàn)表2。

表1 導(dǎo)線參數(shù)Tab.1 Conductor parameters

注:載流量采用摩根公式計(jì)算，計(jì)算條件如下:環(huán)境溫度為40℃;太陽(yáng)輻射功率為1000 W/m2;風(fēng)速為0.5 m/s［7］。

從表1、2可以看出，鋼芯鋁絞線的最高允許溫度由70℃提高到80℃時(shí)可增容約25%，在導(dǎo)電截面相近時(shí)各導(dǎo)線載流量基本相同，增容由允許運(yùn)行溫度升高實(shí)現(xiàn)。雖然耐熱鋁合金和軟鋁導(dǎo)線的最高運(yùn)行溫度可達(dá)150℃，實(shí)際使用時(shí)還需考慮對(duì)地及交叉跨越距離。與普通鋼芯鋁絞線相比，要實(shí)現(xiàn)50%以上的增容，導(dǎo)線的最高運(yùn)行溫度應(yīng)達(dá)到90℃以上，不能采用40/50℃或覆冰無(wú)風(fēng)最大弧垂定位來(lái)校驗(yàn)限距。

2 定位弧垂計(jì)算

2.1 我國(guó)現(xiàn)行規(guī)程對(duì)定位弧垂的規(guī)定

我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的常年平均氣溫為15℃，導(dǎo)線實(shí)際溫度為29～42.3℃。文獻(xiàn)［8］中規(guī)定，鋼芯鋁絞線的最高線溫取70℃時(shí)，按導(dǎo)線溫度40℃或覆冰無(wú)風(fēng)工況計(jì)算最大弧垂定位。計(jì)算表明，導(dǎo)線溫度為40～50℃的弧垂差值大于70～80℃時(shí)的，最高線溫為80℃時(shí)，可按導(dǎo)線溫度為50℃或覆冰無(wú)風(fēng)工況計(jì)算最大弧垂定位［8］。文獻(xiàn)［8］同時(shí)規(guī)定，對(duì)特殊交叉跨越，應(yīng)按最高線溫弧垂校驗(yàn)跨越距離。

2.2 采用增容導(dǎo)線后的定位弧垂計(jì)算

采用增容導(dǎo)線后定位弧垂的計(jì)算可分為2步:先確定定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度，再計(jì)算該溫度下的弧垂與覆冰無(wú)風(fēng)工況下的弧垂，取兩者的較大值。覆冰無(wú)風(fēng)工況下，確定定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度是計(jì)算采用增容導(dǎo)線后定位弧垂的關(guān)鍵。

根據(jù)文獻(xiàn)［8］對(duì)定位弧垂的說(shuō)明可以看出，定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度可根據(jù)環(huán)境氣溫及輸電線路輸送正常潮流時(shí)的溫升計(jì)算得到，并且導(dǎo)線最大弧垂可以在一定范圍內(nèi)(定位弧垂和最高線溫弧垂之間)浮動(dòng)。由此得到采用增容導(dǎo)線對(duì)老舊線路進(jìn)行改造時(shí)，計(jì)算定位弧垂相應(yīng)導(dǎo)線溫度的2種方法［9-10］:

(1)以線路輸送正常潮流時(shí)的導(dǎo)線溫度作為定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度。

(2)以原線路導(dǎo)線的定位弧垂溫度與最高線溫的弧垂差值作為基準(zhǔn)值，以與改造后導(dǎo)線最高線溫時(shí)的弧垂相差值相同的導(dǎo)線溫度作為定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度。采用該方法的前提是導(dǎo)線最高溫度弧垂不超過(guò)原導(dǎo)線在70℃時(shí)的弧垂。

若在新建線路中采用增容導(dǎo)線且導(dǎo)線最高允許溫度超過(guò)80℃，則采用第1種方法計(jì)算定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度。計(jì)算正常潮流導(dǎo)線溫度時(shí)，環(huán)境溫度為最高氣溫月的平均最高氣溫。

3 工程實(shí)踐

以某500kV輸電線路為例，設(shè)計(jì)覆冰為10 mm，設(shè)計(jì)風(fēng)速為30 m/s(對(duì)地20 m高)，導(dǎo)線采用4×LGJ-300/40鋼芯鋁絞線。增容后，相導(dǎo)線電流達(dá)4 kA，正常潮流為2000MW。經(jīng)荷載、弧垂、經(jīng)濟(jì)性等多方面比較，該工程最終采用4×AF(SZ)+S4A-300/40應(yīng)力轉(zhuǎn)移型特強(qiáng)鋼芯軟鋁絞線。

根據(jù)相關(guān)氣象資料，該工程線路所經(jīng)地區(qū)最高氣溫月的平均最高氣溫為30℃。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，最大載流量和正常潮流時(shí)導(dǎo)線溫度分別為125、70℃，定位弧垂計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，其中檔距為400 m，代表檔距為300～900 m。

從表2可以看出，原導(dǎo)線40℃時(shí)的弧垂比覆冰無(wú)風(fēng)工況時(shí)大，新導(dǎo)線70℃時(shí)的弧垂比覆冰無(wú)風(fēng)工況時(shí)大，即原導(dǎo)線采用線溫40℃弧垂定位，新導(dǎo)線根據(jù)第1種方法計(jì)算得到的定位弧垂相應(yīng)導(dǎo)線溫度為70℃。

以代表檔距為400 m、檔距為300～900 m、使用第2種方法計(jì)算定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度，原導(dǎo)線弧垂計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表4，更換導(dǎo)線后定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

根據(jù)該工程的重要性，最終選取70℃的弧垂作為定位弧垂校驗(yàn)限距。

4 結(jié)論

(1)采用增容導(dǎo)線后定位弧垂計(jì)算可分為2步:先確定定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度，再計(jì)算該溫度下的弧垂與覆冰無(wú)風(fēng)工況下的弧垂，取兩者較大值。

(2)定位弧垂相應(yīng)的導(dǎo)線溫度可通過(guò)計(jì)算輸送正常潮流時(shí)的導(dǎo)線溫度得到。

(3)采用增容導(dǎo)線時(shí)，以輸送正常潮流時(shí)導(dǎo)線溫度下的弧垂作為定位弧垂校驗(yàn)限距的方法方便、安全，在實(shí)際工程中推薦采用此方法計(jì)算定位弧垂。

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