廣東天聯(lián)電力設(shè)計(jì)有限公司 歐思源

1 輸電線路增容改造方案

已有輸電線路一般有兩種增容改造方案：一是拆除現(xiàn)有線路，利用原有線路線行進(jìn)行重建，并選擇大截面的常規(guī)導(dǎo)線；二是利用現(xiàn)有線路鐵塔，采用增容導(dǎo)線對(duì)原導(dǎo)線進(jìn)行更換，通過增加導(dǎo)線運(yùn)行溫度進(jìn)而達(dá)到增加輸送容量的目標(biāo)。

第一種改造方案的優(yōu)點(diǎn)在于導(dǎo)線投資較小且全線桿塔均按照最新標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，安全性更高，但桿塔建設(shè)費(fèi)用較高，對(duì)未滿足運(yùn)行年限的鐵塔退運(yùn)、造成電網(wǎng)資產(chǎn)浪費(fèi)，且已有輸電線路走廊通常涉及城建規(guī)劃區(qū)、進(jìn)入環(huán)境保護(hù)區(qū)、基本農(nóng)田等，改造方案存在青賠困難、路徑協(xié)議辦理難度大等問題。此外本方案施工過程中需對(duì)原線路進(jìn)行停電，停電周期較長，對(duì)地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響較大；第二種改造方案的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用現(xiàn)有線路走廊及線路設(shè)施，僅通過更換原普通導(dǎo)線即可實(shí)現(xiàn)增加線路輸送容量。增容導(dǎo)線通過提高導(dǎo)線的正常運(yùn)行溫度，從而提高導(dǎo)線的輸送容量。

目前，國內(nèi)常用的增容導(dǎo)線包括鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線和鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線。其中，鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線的長期運(yùn)行溫度可達(dá)150℃，隨著運(yùn)行溫度的升高此類導(dǎo)線的高溫弧垂大幅度增大，對(duì)于已建輸電線路，在保持原弧垂條件下僅能增加30%～50%的輸送容量，增容效果一般。鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線的長期運(yùn)行溫度可達(dá)210℃，屬于應(yīng)力轉(zhuǎn)移型導(dǎo)線，隨著運(yùn)行溫度的升高，作用在鋁合金絞線上的張力越來越小，到達(dá)拐點(diǎn)溫度后導(dǎo)線的張力轉(zhuǎn)移至鋁包殷鋼芯上，從而保證了導(dǎo)線的弧垂與相同外徑的鋼芯鋁絞線基本一致[1]。

線路增容改造導(dǎo)線選型原則：在導(dǎo)線選擇的過程中，一般需充分考慮導(dǎo)線的電氣性能、機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)性等因素。受地物、擁擠程度、桿塔使用條件、氣象條件等已有條件的限制，相比于投資的經(jīng)濟(jì)性，已建輸電線路增容改造方案更著重于改造后線路的安全性。因此，已建輸電線路增容改造的重點(diǎn)在于對(duì)比各比選導(dǎo)線的最高運(yùn)行溫度、載流量、機(jī)械性能和弧垂特性，最終選擇輸送容量滿足系統(tǒng)要求、機(jī)械荷載滿足鐵塔使用條件、對(duì)地距離及交叉跨越距離滿足規(guī)范要求的導(dǎo)線作為最優(yōu)方案。

2 實(shí)例分析

2.1 增容改造案例邊界條件

云南電網(wǎng)某220kV輸電線路于2009年竣工，全線均為雙回路架空線路，現(xiàn)有導(dǎo)線型號(hào)為1×LGJ-400型鋼芯鋁絞線，其中1#～12#段共有12基塔位于市政規(guī)劃范圍內(nèi)。由于用電負(fù)荷的增加及電力系統(tǒng)網(wǎng)架的改變，系統(tǒng)要求本線路最大輸送功率為665MVA。根據(jù)初步測(cè)算，現(xiàn)給出6種導(dǎo)線進(jìn)行比選：JL/LB20A-500/45、JNRLH60/G2A-240/30、JNRLH60/G2A-400/50、JNRLH60/LB1A-240/30、JNRLH3/LBY-340/65、JNRLH3/LBY-135/30。

2.2 載流量分析

架空輸電線路的載流量其實(shí)是導(dǎo)線發(fā)熱、吸熱和散熱的熱平衡過程，通常采用摩根公式進(jìn)行計(jì)算，主要受導(dǎo)線截面、導(dǎo)線外徑、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線最高允許溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度控制[2]。在架空輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)一般按靜態(tài)載流量計(jì)算，導(dǎo)線的載流能力主要取決于導(dǎo)線的截面、材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)。本案例環(huán)境溫度取35℃，風(fēng)速取0.5m/s，日照強(qiáng)度0.1W/cm2，導(dǎo)線吸熱系數(shù)和輻射散熱系數(shù)0.9，可以計(jì)算出各比選導(dǎo)線的最大輸送容量。

由計(jì)算結(jié)果可知，與原設(shè)計(jì)導(dǎo)線外徑和單重相近的JNRLH60/G2A-400/50型鋼芯耐熱鋁合金絞線，在最高運(yùn)行溫度下的最大輸送容量為531MVA，JNRLH3/LBY-340/65型鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線在最高運(yùn)行溫度下的最大輸送容量為622MVA，載流量分別為原導(dǎo)線的1.83與2.14倍，但仍不滿足系統(tǒng)規(guī)劃需求。因此，本線路需采用雙分裂導(dǎo)線進(jìn)行增容改造。其中，導(dǎo)線截面最小的為2×JNRLH3/LBY-135/30型鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)該導(dǎo)線運(yùn)行至206℃時(shí)可滿足系統(tǒng)要求的665MVA輸送容量。

2.3 機(jī)械荷載分析

導(dǎo)線對(duì)桿塔的機(jī)械荷載影響主要可分解成橫向荷載、縱向荷載和垂直荷載。橫向荷載主要指水平荷載，由導(dǎo)線的外徑、線路水平檔距及最大風(fēng)速?zèng)Q定；縱向荷載主要指縱向張力，由導(dǎo)線的破斷張力、設(shè)計(jì)安全系數(shù)和氣象條件決定；垂直荷載由覆冰厚度、導(dǎo)線單重和線路的垂直檔距決定。已建輸電線路增容改造時(shí)，須保證導(dǎo)線的這三個(gè)方向荷載在各種氣象條件下均不超出桿塔的可承受能力。

根據(jù)本文案例已建輸電線路的原設(shè)計(jì)氣象條件，設(shè)計(jì)風(fēng)速取30m/s，設(shè)計(jì)覆冰取10mm。經(jīng)計(jì)算，在滿足輸送容量的條件下，若采用2×JL/LB20A-500/45型鋁包鋼芯鋁絞線進(jìn)行增容改造，各方向荷載均增加1倍以上，全線桿塔需拆除重建；若采用鋼芯耐熱鋁合金絞線或鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線進(jìn)行增容改造，各方向荷載為原荷載的1.3～1.5倍，荷載增加幅度較大，全線桿塔需拆除重建；若采用2×JNRLH3/LBY-135/30型鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線進(jìn)行增容改造，縱向荷載比原荷載小，垂直荷載與原荷載相當(dāng)，水平荷載增大31.56%。經(jīng)推算，直線塔綜合荷載增大22%，耐張塔綜合荷載預(yù)計(jì)與原方案持平，直線塔需進(jìn)行加固，耐張塔超限不多，可利舊運(yùn)行。

2.4 弧垂特性分析

對(duì)于普通導(dǎo)線，導(dǎo)線的運(yùn)行溫度越高其弧垂越大。而對(duì)于鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線，當(dāng)導(dǎo)線運(yùn)行溫度未達(dá)到拐點(diǎn)溫度時(shí)導(dǎo)線張力主要作用于鋁合金絞線，且隨著運(yùn)行溫度的提高此部分張力逐漸減??；當(dāng)導(dǎo)線運(yùn)行溫度達(dá)到拐點(diǎn)溫度時(shí)導(dǎo)線的張力轉(zhuǎn)移至鋁包殷鋼芯上[3]?，F(xiàn)推薦選用弧垂特性較好的2×JNRLH3/LBY-135/30的鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線，按其實(shí)際可能出現(xiàn)的最高運(yùn)行溫度進(jìn)行計(jì)算，與原LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線進(jìn)行弧垂比較。

由此可見，與原導(dǎo)線弧垂相比，2×JNRLH3/LBY-135/30的鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線在2#～4#段的弧垂略大與原導(dǎo)線弧垂，在1#～2#、4#～12#段的弧垂均小于原導(dǎo)線弧垂。通過對(duì)原線路的斷面圖進(jìn)行分析，更換導(dǎo)線后原有鐵塔呼高可滿足導(dǎo)線對(duì)地距離滿足規(guī)程要求，無需對(duì)原鐵塔進(jìn)行升高改造。

綜上可得如下結(jié)論：

受限于線路走廊，利用現(xiàn)有鐵塔，采用增容導(dǎo)線替換原導(dǎo)線的增容改造方案比利用原線路走廊，選擇大截面常規(guī)導(dǎo)線重建線路方案的可行性更高；采用耐熱導(dǎo)線對(duì)已建線路進(jìn)行增容改造，需對(duì)比各比選導(dǎo)線進(jìn)行載流量分析、機(jī)械荷載分析、弧垂特性分析，以確保改造方案滿足系統(tǒng)輸送容量要求，各氣象條件下的機(jī)械荷載滿足現(xiàn)有鐵塔使用條件，且滿足對(duì)地距離及交叉跨越要求。

常規(guī)導(dǎo)線及耐熱導(dǎo)線均可用于已建輸電線路增容改造，本文通過對(duì)6種型號(hào)的導(dǎo)線進(jìn)行分析可知，常規(guī)大截面導(dǎo)線、鋁包鋼芯鋁絞線和鋼芯耐熱鋁合金絞線的機(jī)械荷載過大，需全線更換鐵塔。而鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線的增容效果好、機(jī)械荷載小、弧垂特性佳。對(duì)于增容需求大，線路走廊青賠困難的已建輸電線路增容改造，推薦采用鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線。