基于架空输电线路输电能力的研究

黄文胜（安徽送变电工程公司，安徽　合肥　230000）



基于架空输电线路输电能力的研究

黄文胜（安徽送变电工程公司，安徽合肥230000）

准确的计算输电线路的输电能力能够对架空输电线路的潜在能力进行充分挖掘，使现有电网的使用效率得以有效提升，并且填补现阶段电网输电能力不足的问题。本文在对输电线路载流量和导线选型进行分析的基础之上，将强化架空输电线路输电能力的措施提了出来，希望能够有效地提升架空输电线路的输电能力。

架空输电线路；输电能力；线路能力

引言

包括输电网的运行结构、稳定性和经济性在内的网络能力和受导线热稳定允许的条件限制的线路能力决定了架空输电线路的输电能力。在我国社会经济不断发展的今天，我国的电力行业也实现了跨越式的发展。在这一背景下，我国的架空输电线路的网络能力获得了非常大的提升，而且不再对输电能力进行限制，所以架空输电线路的输电能力的研究就变成了一个非常重要的问题。

1　架空输电线路的输电能力的影响因素

载流量决定了导线的输电能力，而热平衡与载流量两者之间存在着十分密切的关系，所以架空线路输电能力的决定因素就是影响导线热平衡的因素，其主要包括导线发热允许温度、导线表面的散热系数、吸热系数、日照强度、风速和环境温度等。在对导线发热的允许温度进行限定之后，各种型号的导线本身都具有一定的极限载流量。比如以500kV和220kV这两种架空输电线路中常用的 G1A-630/45、G1A-400/35、G1A-300/25钢芯铝绞线（见图1）为例，上述的三种钢芯铝绞线在70℃的允许温度条件下分别具有878A、662A以及570A的极限载流量；在80℃的允许温度条件下分别具有1065A、795A以及682A的极限载流量。由于在架空线路选择中载流量属于一个非常重要的因素，所以必须要准确地计算载流量。目前国际上在计算载流量的时候使用到较多的不同的计算公式，比如国际电工委员会推荐的公式、英国的摩尔根公式［1］。然而这些公式在本质上是相同的，也就是通过对热平衡原理的运用开展计算。热平衡公式为：

在该公式中，单位长度导线的日照吸热功率和电阻发热功率分别用Ws和Wj来表示，单位长度导线的流散热功率和辐射散热功率分别用Wf和WR来表示。

图1　钢芯铝绞线示意图

2　架空输电线路的导线选型设计

大截面分裂导线的应用率在现代电网建设中变得越来越高，在对导线截面进行选择的时候必须要对其年费用和事故载流量等进行认真地分析。

①事故载流量：在发生事故的情况下架空输电线路出现的最大载流量就是所谓的事故载流量，因为导线在架空输电线路中大部分都是钢芯铝绞线，因此温度在很大程度上决定了事故载流量，也就是架空线路的最高允许温度。配套设施和导线的接触传导情况和导线强度在设计年限内的磨损程度等属于温度的决定因素。大跨越线路和110～500kV线路在我国的规定中必须要具有分别低于90℃和70℃的最高允许温度。一般导线要具有低于70℃的最高允许温度［2］。在对日照等因素进行考虑的时候可以在80℃及以下的范围内对最高允许温度进行控制。一般线路和大跨越线路在架空输电线路中具有与上述相同的最高允许温度，其有所区别的在于在必要的的时候其一般线路可以提高到80℃的最高允许温度。在选择导线截面的工作中对以上最高允许温度进行参考的时候，还要对短时事故进行充分的考虑，导线的温度会由于过负荷而变得骤然升高，这时候就需要对最高允许值进行适当的调整，而且要选择略小于经济电流密度的实际导线截面。我国在进行导线设计的时候，需要在40℃的最高温度条件下对导线的交叉和对地跨物限距进行检查。温升和环境温度共同决定了导线运行的实际温度，在大多数地区具有15℃的平均气温的条件下导线通常会具有29～42.3℃的温度，所以选择40℃的最高温度具有较高的合理性。一些一般线路是以经济电流密度为根据设计的，所以要对其最大弧垂进行计算，从而对交跨限距进行检验。在设计一些大跨越线路和重要交叉跨越线路的时候，就要以导线的实际最高温度为根据对交跨限距进行检验。在对线路进行新建的时候，一般线路可以设计为80℃的最高允许温度，同时可以采用50℃对交跨限距进行检验。②计算年费用：对于架空输电线路的输电能力而言，费用属于另外一个非常重要的影响因素，费用除了在线路的建设投资方面具有重要体现之外，同时在运管维护的时候也有所体现。在对架空线路进行建设的时候，如果导线具有较小的截面，那么就会减少导线的用量，并且进一步的减轻荷载，虽然采用这种方式可以使总投资成本得以减少，但是会使后期的年损耗费用变高，这种建设方案并不合理［3］。如果采用较大的导线截面尽管会使年损耗得以降低，然而因为具有较多的导线用量，会进一步的加重荷载，所以会造成建设成本具有较长的回收时间，在经济性方面比较差。

3　增强架空输电线路输电能力的有效对策

3.1提高架空输电导线的发热允许温度

架空输电线路导线的载流量与发热允许温度两者之间成正比，在提高发热允许温度之后导线就会具有明显提高的载流量。比如钢芯铝绞线原先具有70℃的发热允许温度，在将其发热允许温度提高到80℃之后，并不会明显地影响到导线的交叉、对地跨物距离、相关金具和自身的强度。如果导线的发热允许温度提升之后影响到了其他上述的因素，就可以采取其他的相应措施加以解决。北美、日本和我国的钢芯铝绞线短时事故允许线温分别为120℃、80℃和70℃。如果立足于这个角度进行分析，我们可以发现，目前还可以继续提升我国架空输电线路的允许线温，从而进一步提升我国架空线路的输电能力。

3.2将增容导线应用在架空线路中

作为一种特异导线，增容导线在架空输电线路中的应用能够在导线截面不变的情况下增长导线的输电能力，其主要包括铝包殷钢铝合金绞线、间隙性钢芯铝合金绞线和碳纤维合成芯铝绞线。由于其具有较高的价格，所以建设成本成为限制增容导线应用的非常重要的一个问题，我国近几年来在增容导线技术方面出现了一系列的进步和发展，使得在架空输电线路中增容导线的大规模应用变成可能。在增容改造电力供应紧张的架空线路中增容导线得到了较多的应用，其能够在现有的线路杆塔和电网资源的基础之上，将原有的普通导线替换成增容导线，进一步地增加架空线路的输电能力［4］。

图2　铝包殷钢铝合金绞线示意图

3.3利用在线动态监测的方式进行增容

通常导线允许温度都是采用的静态值的极限载流量，其采用的是恶劣气象条件下趋于保守值的计算结果作为计算的基础，但是在实际的线路运行中并不会经常发生恶劣的天气条件，所以选择基线载流量针对架空线路进行设计在大部分情况下都会具有超出电力供应需求的输电能力，从而浪费了导线资源［5］。为了使这一问题得到有效的解决，可以将在线动态监测系统设置在架空输电线路中，对导线温度和外部气象环境进行监测，从而充分发掘架空线路的隐性容量，提升架空线路的输送容量。

4　结语

总而言之，我国的架空输电线路在对导线截面进行选择的时候通常都会对年费用和事故载流量进行考虑，这两点属于非常重要的因素。而要想使我国的架空输电线路的输电能力获得有效的提升，必须要在对相关影响因素进行充分了解的基础之上，利用在线动态监测系统、应用增容导线和提升允许线温等相应的方式实现这一目标。

［1］冯 瀚，任 昊，张 沛，梁 浩，贾宏杰.未来实际输电线路利用率估算及应用［J］.电力系统及其自动化学报，2015（02）.

［2］王乃永，邓育平，谭 蓉，见 伟，卫 鹏.输电线路状态监测系统规范化设计与应用［J］.电网与清洁能源，2014（10）.

［3］高 璐，卢晓龙.试论35和110千伏线路的输电能力［J］.黑龙江科技信息，2014（09）.

［4］吴庆华，谢帮华.输电铁塔中相采用T型串减小塔窗尺寸的分析［J］.电力建设，2011（04）.

［5］李 军，彭 谦，康东升.改变步长的输电线路不平衡张力计算方法［J］.电力建设，2010（12）.

2016-6-20

TM75

A

2095-2066（2016）19-0057-02