張俊嶺

（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東 惠州 516001）

電力系統(tǒng)的電力管理以及能源管理新技術(shù)是為達(dá)成包括輸電線路節(jié)能增效在內(nèi)的一項(xiàng)新技術(shù)，是國家電網(wǎng)在響應(yīng)國家在電力系統(tǒng)中大力推廣使用新產(chǎn)品、新材料、新技術(shù)、新工藝、新思路的號召，為堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀努力建成我國的能源節(jié)約、環(huán)境友好型的智能型、高效型、節(jié)能型電網(wǎng)的目標(biāo)而應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)。輸電線路是電力血液的血管，電力系統(tǒng)的載波通信也要依賴輸電線路才能得以完成。我國的電網(wǎng)密度雖然已經(jīng)較大，但是仍然無法滿足高峰時(shí)的用電需求。新建線路雖然可以滿足需求，但是對于電力系統(tǒng)而言，卻面臨著兩方面的問題，一方面是比較現(xiàn)實(shí)的大規(guī)模投資問題，另一方面就是環(huán)保的問題，雖然電網(wǎng)施工只是點(diǎn)線結(jié)合的施工，占地較少，比較不占空間，然而，以整條線路計(jì)算，總占地面積就非常可觀，在我國土地資源變得非常寶貴的情況下，如果能有其他的方法解決輸電線路的容量問題就可以既避免了巨額的投資，又為國家節(jié)約了寶貴的土地資源，并且還達(dá)到了保護(hù)環(huán)境的目的，就可以既解決上述問題，又實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)輸送能力的保障，可謂較為完美的解決方案。因此，采用較為先進(jìn)、較為實(shí)用的新技術(shù)解決我國的電網(wǎng)的線路輸送能力就成了擺在電力系統(tǒng)面前的一個(gè)大問題，基于此，我國的電力系統(tǒng)在借鑒國外發(fā)達(dá)國家的輸電經(jīng)驗(yàn)、輸電方法上提出了提高導(dǎo)線能力的節(jié)能擴(kuò)容、節(jié)能增效的戰(zhàn)略思路。我國的現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)目前普遍存在著一個(gè)在用電高峰時(shí)的潮流輸電能力不足的較為嚴(yán)重的問題，并且，在線路出現(xiàn)故障時(shí)，這種短時(shí)的輸電能力不足就尤為明顯，這種現(xiàn)象不但已經(jīng)嚴(yán)重地影響了我國城市居民的用電舒適體驗(yàn)，而且也影響了電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定安全的運(yùn)營，因此，在經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的雙重壓力之下，我國的電力系統(tǒng)開始對增容技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并在近年來進(jìn)行了應(yīng)用方面的實(shí)驗(yàn)。

1 輸電線路節(jié)能增效應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀

擴(kuò)大電網(wǎng)輸電線路的輸送能力的方法較多，比如能過抑制電力系統(tǒng)的低頻率的振蕩波，就可以將電網(wǎng)中超高壓的交流輸電線路的輸送電力的能力提高；此外還有柔性緊湊型輸電法等以及改變導(dǎo)線增容法、導(dǎo)線動(dòng)態(tài)增容法、超高壓特高壓法等。不論采用哪種方法都受制于導(dǎo)線的載流量，通過物理學(xué)常識可知，導(dǎo)線的溫度有兩個(gè)決定因素，一個(gè)是電阻的阻值，電阻的阻值與導(dǎo)線的溫度成正比，同時(shí)還有另一個(gè)因素，就是通過導(dǎo)線的電流強(qiáng)度，電流強(qiáng)度也與導(dǎo)線的溫度成正比。因此，為了增加導(dǎo)線的載流量，也就是通過導(dǎo)線的電流強(qiáng)度，同時(shí)又要抑制導(dǎo)線的溫度，使之不能過熱，就只能從導(dǎo)線的電阻阻值與導(dǎo)線的性質(zhì)上下工夫。一方面降低導(dǎo)線的電阻阻值，一方面使用新材料新工藝提高導(dǎo)線的耐熱程度。

我國目前的增容方式已經(jīng)在某些較為發(fā)達(dá)的地區(qū)開始率先進(jìn)行使用，其中的主要方法是對現(xiàn)有線路的導(dǎo)線進(jìn)行更換使用新型的溫度穩(wěn)定性更好的電力線路導(dǎo)線以及在輸電線路上應(yīng)用較為先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)等。目前已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段的主要電力系統(tǒng)輸電線路增容方法有:動(dòng)態(tài)增容法、同塔多回路輸電法、緊湊輸電法、新型導(dǎo)線法、柔性交流輸電法、特高壓法、大截面導(dǎo)線法等。其中的同塔多回路輸電法在應(yīng)用中最為簡單易行，其方法就是在同一輸電線路鐵塔上架設(shè)多回線路，既解決了重復(fù)建設(shè)鐵塔、浪費(fèi)土地資源的問題又提高了輸電能力。而其中的緊湊型電力線路輸電法則是對輸導(dǎo)線路的導(dǎo)線進(jìn)行優(yōu)化排列提高電力線路的輸送能力。大截面導(dǎo)線技術(shù)就是更換現(xiàn)有導(dǎo)線，使用比現(xiàn)有導(dǎo)線更大的截面積的導(dǎo)線提高導(dǎo)線的載流量。這些新式的節(jié)能增容技術(shù)絕大多數(shù)是從線路以及線路的設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改變從而達(dá)到節(jié)能增容的目的。其中的某些節(jié)能增容方法尚需設(shè)備與軟件的后續(xù)開發(fā)的支持，這些方法包括特高壓法、柔性交流輸電法、動(dòng)態(tài)增容法、多導(dǎo)體法、高溫低弧垂法等。其實(shí)，對于國家電網(wǎng)的長距離輸送電力，其輸送電能的能力直接取決于導(dǎo)線的穩(wěn)定極限，超過這個(gè)穩(wěn)定極限將會(huì)對導(dǎo)線造成致命的傷害。超高壓與特高壓法也可以使電力系統(tǒng)的輸電線路效能得到有效的提升，因?yàn)椋瑥奈锢韺W(xué)上看，電壓越高，電流強(qiáng)度越低，這樣就可以在同樣的電力線路上輸送更高的功率的電力。隨著新材料的出現(xiàn)，殷鋼線材、碳纖維導(dǎo)復(fù)合材料線材、鋁合金線材也應(yīng)運(yùn)而生，這些線材通過提高其物理性質(zhì)達(dá)到了更高的工作溫度，從而保證了可以允許更大功率的電流通過，進(jìn)而達(dá)到了節(jié)能增容的效果。我國蓬勃發(fā)展的與電力系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)正在繼續(xù)為電力系統(tǒng)的節(jié)電增容進(jìn)行著理論與實(shí)踐的研究，相信隨著這些能源研發(fā)產(chǎn)業(yè)的興起，我國的電力系統(tǒng)的節(jié)能增容之路會(huì)更加寬廣，會(huì)有一個(gè)更加光明的未來。下面就對相關(guān)的節(jié)能增容方法分別說明。

1.1 應(yīng)用多分裂、大截面導(dǎo)線替換原有線路實(shí)現(xiàn)節(jié)能增容

國外發(fā)達(dá)國家的節(jié)能增容現(xiàn)狀是許多國家都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超高壓、特高壓同時(shí)配合使用八分裂大截面導(dǎo)線的節(jié)能增容輸電方式。下面就對這些國家的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行一一列舉。通過這些國家所采用的較為先進(jìn)的技術(shù)方法了解我國目前與世界發(fā)達(dá)國家之間的差距。

1.1.1 俄羅斯的重工業(yè)一直處于世界領(lǐng)先的水平，其電力系統(tǒng)的發(fā)展也已經(jīng)達(dá)到了世界的頂尖水平。俄羅斯的電力系統(tǒng)的輸電線路采用的是1150kV特高壓輸電技術(shù)，其電力線路使用的是八分裂300-400平方的鋼芯鋁絞線。

1.1.2 日本是僅次于美國的世界經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的國家，日本的工業(yè)品的制造水平一直居于世界先進(jìn)水平，其電力系統(tǒng)也非常發(fā)達(dá)，電力系統(tǒng)的輸電技術(shù)方法也十分先進(jìn)。日本的輸電線路使用的是1000kV特高壓輸電技術(shù)，其電力線路使用的是五種較為先進(jìn)的八分裂導(dǎo)線。這五種八分裂導(dǎo)線分別是:低噪聲鋼芯鋁絞線、鋼芯耐熱鋁合金絞線、高強(qiáng)鋼芯鋁合金絞線、高強(qiáng)鋼芯鋁絞線、鋼芯鋁絞線。

表1 中國部分多分裂、大截面導(dǎo)線使用情況

表2 不同類型增容導(dǎo)線的含義與性能

表3 等直徑JL/G1A、JL/LHA1及JLHA3的技術(shù)參數(shù)對比

1.1.3 韓國不僅是亞洲四小龍之一而且也是世界上僅有的七個(gè)國民人均收入超過二萬美元的國家，我國在這方面與韓國的差距可謂是天壤之別。韓國的電力系統(tǒng)的輸電線路采用的是765kV特高壓的輸電技術(shù)，其電力線路使用的是六分裂480平方的鋼芯鋁絞線。

1.1.4 美國765kV輸電線路設(shè)計(jì)采用過3代分裂導(dǎo)線。第1代和第2代導(dǎo)線結(jié)構(gòu)均為4分裂；第3代設(shè)計(jì)使用6分裂“Tern”ACSR（795kcm ACSR 45/7，直徑 27 mm）導(dǎo)線，導(dǎo)線總截面積增加了15%，增加的兩根子導(dǎo)線明顯減少可聽噪聲和電暈現(xiàn)象。

我國目前采用4分裂導(dǎo)線。子導(dǎo)線截面也由300～400mm2增至630～720mm2。隨著1000kV、±800kV和±660kV輸電線路的建設(shè)，中國開始使用900mm2和1000mm2大截面導(dǎo)線（見表1）。

中國交流輸電線路最大導(dǎo)線截面是720mm2，直流輸電線路最大導(dǎo)線截面達(dá)到1000mm2，絕大部分是鋼芯鋁絞線。

1.2 老舊線路采用增容導(dǎo)線進(jìn)行大容量節(jié)能改造

使用增容導(dǎo)線（也稱高溫低弧垂導(dǎo)線）對老舊線路進(jìn)行大容量改造，增加負(fù)荷輸送能力，是節(jié)能增效技術(shù)之一。

充分利用原有走廊和鐵塔，將原有導(dǎo)線更換為增容導(dǎo)線。表2是不同類型鋁合金與加強(qiáng)芯組合形成的不同類型增容導(dǎo)線的含義與性能。

2 輸電線路新型節(jié)能增效技術(shù)

在傳統(tǒng)的輸電線路導(dǎo)線及地線節(jié)能增效技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用新材料、新設(shè)計(jì)思路和光纖技術(shù)，產(chǎn)生了許多新型導(dǎo)線及地線節(jié)能增效技術(shù)。

2.1 新型節(jié)能輸電導(dǎo)線的研究和應(yīng)用

2.1.1 鋁合金芯鋁絞線（ACAR或JL/LHA1）

ACAR 以高強(qiáng)度鋁合金（6201）作為芯線，與硬拉1350鋁線同心絞合而成。在某些結(jié)構(gòu)中，鋁合金線還要分布于鋁層中（見圖1）。中國近年也開始關(guān)注并試用該產(chǎn)品技術(shù)。

圖1 鋁合金芯鋁絞線截面

2.1.2 中強(qiáng)度鋁合金絞線（JLHA3）

JLHA3全部采用58.5%～59%導(dǎo)電率中強(qiáng)度鋁合金材料，與等直徑條件下的ACSR相比，電阻要小3.4%，無磁滯損耗，在輸送相同負(fù)荷的條件下，因電阻較低，能夠減少輸電線路損耗。

表3是等直徑 J L/G1A-630/45、JL/LHA1-465/

210及JLHA3-660導(dǎo)線的技術(shù)參數(shù)對比。

2.1.3 型線導(dǎo)線

型線同心絞架空導(dǎo)線是將型線結(jié)構(gòu)的鋁導(dǎo)體和圓線結(jié)構(gòu)的鋼絞線同心絞合形成。型線導(dǎo)線主要是成型鋁絞線系列，其基本結(jié)構(gòu)有SZ型和T型（見圖2）。

2.1.4 小直徑特高強(qiáng)度鋼芯導(dǎo)線

圖2 SZ型和T型型線導(dǎo)線截面

目前，鋁包鋼芯鋁絞線的加強(qiáng)芯一般采用D2.6～4.8mm的鋼線，鍍鋅鋼線最大抗拉強(qiáng)度是1770MPa，鋁包鋼線最大抗拉強(qiáng)度是1340MPa（20%導(dǎo)電率）。

（1）提高鋼線強(qiáng)度性能。研究發(fā)現(xiàn)鋼線的線徑和抗拉強(qiáng)度近似于反比關(guān)系。日本技術(shù)人員特別開發(fā)了小直徑特高強(qiáng)度鋼線（SST），其基本性能如表4所示。

表4 小直徑特高強(qiáng)度鋼線（SST）性能

（2）改善導(dǎo)線基本特性。利用特別開發(fā)的小直徑特高強(qiáng)度鋼線（SST）制成鋼芯耐熱鋁合金絞線TACSR/SST-590平方。

2.2 輸電線路地線節(jié)能技術(shù)研究和應(yīng)用

盡管地線損耗只占系統(tǒng)損耗的一小部分，但減小它也能帶來可觀的收益。最常用減小地線損耗的技術(shù)是分段和換位。

2.2.1 光纖復(fù)合架空地線分段絕緣接地方式

光纖復(fù)合架空地線(OPGW)一般采用逐塔接地的運(yùn)行方式。

以一條長為115km的500kV超高壓同塔雙回線路為例，經(jīng)理論計(jì)算，4種不同接地方式下OPGW和分流地線單位長度所消耗的電能如表5所示。

表5 地線不同接地方式下的電能損耗

分流地線和OPGW 均采用分段絕緣單點(diǎn)接地或全線絕緣方式，可大大降低電能損耗，是輸電線路節(jié)能降損的優(yōu)選技術(shù)之一（見圖3）。

圖3 OPGW分段絕緣方案

2.2.2 開環(huán)地線新技術(shù)

美國電力公司（AEP）開發(fā)了一種開環(huán)地線技術(shù)，每個(gè)開環(huán)由2個(gè)相鄰的換位鐵塔和它們之間的地線構(gòu)成（見圖4）[6]。

圖4 開環(huán)地線

2.3 輸電導(dǎo)線的光纖溫度、應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)

利用光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸電導(dǎo)線溫度、應(yīng)力等運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測是一種先進(jìn)技術(shù)。通過光纖在線測溫，可提高線路的輸電能力；可起到預(yù)警作用；可作為實(shí)施融冰的基礎(chǔ)。OPPC在線監(jiān)測系統(tǒng)界面如圖5所示。

圖5 基于光纖光柵的OPPC監(jiān)控系統(tǒng)界面

2.3.1 基于光纖光柵的OPPC在線溫度監(jiān)測

從原理上而言，電網(wǎng)線路的輸送能力取決于線路聽三種狀況，這三種狀況就是線熱穩(wěn)定狀況、線路的暫態(tài)穩(wěn)定狀況、線路的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀況。我國的輸電線路輸電能力目前尚低于西方發(fā)達(dá)國家的線路輸送水平，但是，對于我國電力系統(tǒng)而言，基于我國的線路質(zhì)量等方面的原因，絕對不能盲目追求西方發(fā)達(dá)國家的輸電能力，否則將給我國的電網(wǎng)造成線路不可恢復(fù)性損壞。因?yàn)槌掷m(xù)的過熱并保持相當(dāng)長的時(shí)間就必然引起導(dǎo)線的永久變形。

利用各檔距中不同波長的光柵對各個(gè)溫度監(jiān)測點(diǎn)溫度變化的靈敏性感知信息。

OPPC在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 基于光纖光柵的OPPC在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)示意

圖7 基于光纖光柵的OPPC在線應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)

2.3.2 基于光纖光柵的OPPC在線應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖光柵應(yīng)力傳感器以及相應(yīng)軟件，可實(shí)現(xiàn)對架空線的弧垂和覆冰的監(jiān)測。

結(jié)語

大力推進(jìn)輸電導(dǎo)線和地線產(chǎn)品的升級換代，進(jìn)行材料更新、結(jié)構(gòu)更新和性能更新。同時(shí)，中國設(shè)計(jì)和使用部門也應(yīng)適時(shí)轉(zhuǎn)變觀念，推動(dòng)新型輸電導(dǎo)線和地線的應(yīng)用實(shí)踐，以實(shí)現(xiàn)輸電線路節(jié)能增效和提高能源利用率。對于我國國家電網(wǎng)的一個(gè)告誡就是輸電線路的溫度保持在80攝氏度以下的水平是較為適宜的，一旦超過80攝氏度就非常容易出現(xiàn)導(dǎo)線的永久性故障。

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