節(jié)能型架空導(dǎo)線及其節(jié)能效果評估

陳 洋， 高 翔， 蔣華君， 龔欣明

(1.電能(北京)產(chǎn)品認(rèn)證中心有限公司，北京100011;2.遠(yuǎn)東電纜有限公司，江蘇 宜興214257)

0 引言

為加快貫徹能源節(jié)約與資源綜合利用這一保證我國經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，國家有關(guān)部委相繼頒布了一些鼓勵(lì)、支持企業(yè)及用戶開發(fā)、使用節(jié)能產(chǎn)品的政策。因此，越來越多的企業(yè)都加大了節(jié)能產(chǎn)品的研制、開發(fā)工作力度，市場上各式各樣的“節(jié)能產(chǎn)品”層出不窮。近年來，“節(jié)能型架空導(dǎo)線”或類似詞語也屢見于一些企業(yè)的產(chǎn)品宣傳、推廣資料或公眾媒體上。因國家尚未頒布“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的具體評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前對“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的理解也是仁者見仁。

本文依據(jù)業(yè)已頒布的國家相關(guān)節(jié)能產(chǎn)品的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合目前國內(nèi)架空導(dǎo)線產(chǎn)品實(shí)際情況，提出了較具體的“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的概念及其節(jié)能效果評估的方法。

1 相關(guān)國家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中對節(jié)能產(chǎn)品的定義

在《中國節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證管理辦法》第二條中所明確的節(jié)能產(chǎn)品是指符合與該種產(chǎn)品有關(guān)的質(zhì)量、安全等方面的標(biāo)準(zhǔn)要求，在社會使用中與同類產(chǎn)品或完成相同功能的產(chǎn)品相比，它的效率或能耗指標(biāo)相當(dāng)于國際先進(jìn)水平或接近國際水平的國內(nèi)先進(jìn)水平。

GB/T 15320《節(jié)能產(chǎn)品評價(jià)導(dǎo)則》中則對節(jié)能產(chǎn)品作了如下定義:節(jié)能產(chǎn)品是指符合與該種產(chǎn)品有關(guān)的質(zhì)量、安全和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，在社會使用中與同類產(chǎn)品或完成相同功能的產(chǎn)品相比，它的能源使用效率(能效)指標(biāo)達(dá)到相關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并且具有合理的用戶增加投資回收期。

GB/T 15320中還將節(jié)能產(chǎn)品細(xì)分為直接節(jié)能產(chǎn)品(即直接消耗能源來實(shí)現(xiàn)某種特定功能或完成服務(wù)的節(jié)能產(chǎn)品)、間接節(jié)能產(chǎn)品(即在使用過程中自身不消耗能源或少消耗能源，但能促使運(yùn)用該產(chǎn)品的系統(tǒng)或設(shè)施降低能耗的節(jié)能產(chǎn)品)和新能源和可再生能源節(jié)能產(chǎn)品(即在完成相同功能條件下，能替代常規(guī)能源的新能源和可再生能源)。

2 “節(jié)能型架空導(dǎo)線”的基本概念

依據(jù)GB/T 15320中對節(jié)能產(chǎn)品所作的分類，顯而易見，“節(jié)能型架空導(dǎo)線”屬于間接節(jié)能產(chǎn)品，即在相同工況及運(yùn)行環(huán)境下，使用“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的輸電線路比使用相應(yīng)傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線的輸電線路的技術(shù)線損要小。在架空輸電線路傳輸電力過程中，導(dǎo)線電阻消耗一定的功率，并轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)，即因?qū)Ь€電阻的存在，線路所傳輸?shù)牟糠蛛娔苻D(zhuǎn)換成熱能，導(dǎo)線電阻越大，這部分電能損耗越多，即線損越大。另在110 kV以上輸電線路中還有一種不可忽視的技術(shù)線損，即所謂“電暈損失”。它產(chǎn)生的原理是，當(dāng)輸電線路導(dǎo)線周圍電場強(qiáng)度超過空氣擊穿場強(qiáng)時(shí)，鄰近導(dǎo)線附近的空氣產(chǎn)生電離形成電暈放電，因電暈放電產(chǎn)生的帶電離子在交變電壓作用下在導(dǎo)線周圍往返運(yùn)動(dòng)，伴隨著空氣電離還會產(chǎn)生光和無線電干擾，這些效應(yīng)同樣導(dǎo)致線路所傳輸?shù)牟糠蛛娔軗p耗。此外，在交變輸電線路中還有因電磁感應(yīng)現(xiàn)象所造成的電能損耗。

與傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線比較，凡是能降低上述線損的新型架空導(dǎo)線均有節(jié)能的效果。但因電暈損失與導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線表面電場強(qiáng)度、環(huán)境狀況、氣象條件等諸因素有關(guān)，難以定量評估，而在架空輸電線路中因電磁感應(yīng)現(xiàn)象所造成的電能損耗較小，一般不予考慮。因此，綜上所述，并結(jié)合目前國內(nèi)架空導(dǎo)線產(chǎn)品的實(shí)際狀況，可確定“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的具體概念如下:符合與架空導(dǎo)線產(chǎn)品相關(guān)的質(zhì)量、安全和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，在社會使用中與同類產(chǎn)品或完成相同功能的產(chǎn)品相比，在20℃時(shí)的導(dǎo)電率為62.5%IACS及以上、且具有良好綜合性能的架空導(dǎo)線。

需要說明的是，在上述“節(jié)能型架空導(dǎo)線”概念中所涉及的“良好綜合性能”主要指該類架空導(dǎo)線除電氣性能、機(jī)械性能、理化性能等各類主要技術(shù)指標(biāo)均不低于相應(yīng)的傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線。

另上述概念中之所以未將GB/T 15320中“具有合理的用戶增加投資回收期”這個(gè)要求納入在內(nèi)，主要因目前國內(nèi)生產(chǎn)的一些新型架空導(dǎo)線的使用壽命尚不清楚(只能從相關(guān)型式試驗(yàn)結(jié)論中推斷出其使用壽命不會低于相應(yīng)傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線的使用壽命)，且所指的“合理的用戶增加投資回收期”定義較籠統(tǒng)，難以參照。

3 國內(nèi)現(xiàn)有“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的品種及其節(jié)能效果評估

國內(nèi)目前符合上述“節(jié)能型架空導(dǎo)線”概念的架空導(dǎo)線產(chǎn)品主要有“碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線”、“應(yīng)力轉(zhuǎn)移型特強(qiáng)鋼芯軟型鋁絞線”和“鋼芯軟鋁絞線”等。

要評估“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的節(jié)能效果，理論上需核算出在輸送負(fù)荷和使用環(huán)境等完全相同的條件下，架空輸電線路使用“節(jié)能型架空導(dǎo)線”比使用相應(yīng)傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線所減少的技術(shù)線損值。電力系統(tǒng)目前采用的均方根電流法、平均電流法、最大電流法和等值電阻法(主要適用于10 kV及以下配電網(wǎng)電能損耗計(jì)算)等幾種常用方法，只適用于核算可測知代表日的三相有功功率、無功功率和線電壓，掌握了代表日負(fù)荷曲線、最大日負(fù)荷電流等線路運(yùn)行參數(shù)的已投入運(yùn)行的架空輸電線路的理論線損。而實(shí)際上分別采用“節(jié)能型架空導(dǎo)線”和相應(yīng)傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線的兩條輸送負(fù)荷和使用環(huán)境等完全相同的輸電線路幾乎是不存在的，這也意味著采用代表日實(shí)測線路運(yùn)行參數(shù)的方法無可比性。事實(shí)上，作為節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)在評估“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的節(jié)能效果時(shí)，也難以采用實(shí)測線路運(yùn)行參數(shù)的方法來進(jìn)行降損效果的理論計(jì)算。因此，只能在假定輸送負(fù)荷及使用環(huán)境等相同的前提下，設(shè)定理論線損計(jì)算所需的線路運(yùn)行及其它相關(guān)參數(shù)，再參照上述方法來進(jìn)行“節(jié)能型架空導(dǎo)線”節(jié)能效果評估。

以下以“碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線”為例，簡介一種“節(jié)能型架空導(dǎo)線”節(jié)能效果評估方法，希望能起到拋磚引玉的作用。

例:假定數(shù)條線路單相總長度為800 km的220 kV三相輸電線路所采用的鋼芯鋁絞線的有效載流截面積為500 mm2(即鋁線截面積)、20℃時(shí)導(dǎo)電率為61%IACS，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為3 500 h，線路設(shè)定的經(jīng)濟(jì)電流密度為1.15 A/mm2，導(dǎo)線長期工作溫度為60℃，年平均環(huán)境溫度為30℃。若該線路換用有效載流截面積同樣為500 mm2(即軟鋁型線截面積)、20℃時(shí)的導(dǎo)電率為63%IACS的碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線替代鋼芯鋁絞線，且假設(shè)其輸送負(fù)荷和使用環(huán)境等條件不變，試核算使用碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線的節(jié)能值(折合成節(jié)煤量)。

解:(1)計(jì)算公式

式中，ΔA為節(jié)電量(kWh);R1為鋼芯鋁絞線的有效電阻(Ω);R2為碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線的有效電阻(Ω);Imax為線路最大負(fù)荷電流(A);T為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)(h);R＇1為鋼芯鋁絞線在20℃時(shí)的直流電阻(Ω);β1為導(dǎo)線溫升對電阻的修正系數(shù);β2為環(huán)境溫度對電阻的修正系數(shù);ζ1為鋼芯鋁絞線交直流電阻比值;ρ1為鋼芯鋁絞線在20℃時(shí)體積電阻率(Ω·mm2/km);L為線路長度(km);S為導(dǎo)線有效載流截面積(mm2);R＇2為碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線在20℃時(shí)的直流電阻(Ω);ζ2為碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線交直流電阻比值;ρ2為碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線在20℃時(shí)體積電阻率(Ω·mm2/km)。

(2)計(jì)算參數(shù)取值及其說明(見表1)

表1 計(jì)算參數(shù)取值及其說明

(3)計(jì)算結(jié)果

折合成節(jié)煤量:Q=23606625×356×10－6=8404(噸/年)。即在假定輸送負(fù)荷和使用環(huán)境等條件不變的前提下，換用碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線可節(jié)約標(biāo)煤8404噸/年。

4 結(jié)束語

本文中所列舉的有關(guān)“節(jié)能型架空導(dǎo)線”節(jié)能效果的評估方法，系參考采用電力系統(tǒng)核計(jì)理論線損的“最大電流法”。該方法通過假定輸送負(fù)荷和使用環(huán)境等條件不變，設(shè)定的線路年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)及相應(yīng)的線路經(jīng)濟(jì)電流密度，并將導(dǎo)線有效載流截面積視作導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)截面，來確定線路年最大負(fù)荷電流的方法符合輸電線路導(dǎo)線截面選取設(shè)計(jì)基本原則，可以解決因線路負(fù)荷的隨機(jī)性及實(shí)測線路運(yùn)行參數(shù)的不便所帶來的“節(jié)能型架空導(dǎo)線”認(rèn)證工作中所遇到的實(shí)際問題。其意義在于，可相對直觀地反應(yīng)出使用“節(jié)能型架空導(dǎo)線”比使用相應(yīng)傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線節(jié)約能源的大體情況，并可作為具備相關(guān)資質(zhì)和條件的節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)在進(jìn)行此類節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證時(shí)，評估其節(jié)能效果的參考方法。顯而易見，該方法不適用于架空輸電線路實(shí)際技術(shù)線損的核算。

“節(jié)能型架空導(dǎo)線”替代相應(yīng)傳統(tǒng)型架空導(dǎo)線，可明顯減低架空輸電線路線損。目前，因市場對其節(jié)能效果的認(rèn)知度有限，加之如碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線，因其制造成本相對偏高，而應(yīng)力轉(zhuǎn)移型特強(qiáng)鋼芯軟型鋁絞線是我國近年才發(fā)明的新產(chǎn)品，所以導(dǎo)致市場競爭能力不強(qiáng)，因此，在新建架空輸電線路中，采用“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的線路仍很少。但碳纖維復(fù)合芯軟鋁型線絞線等“節(jié)能型架空導(dǎo)線”用于替代傳統(tǒng)的“倍容導(dǎo)線(即耐熱鋁合金導(dǎo)線)”來實(shí)現(xiàn)已有輸電線路的增容改造，既能達(dá)到增容目的，也解決了傳統(tǒng)型“倍容導(dǎo)線”導(dǎo)電率偏低(一般為58%IACS～63%IACS)的問題。可以預(yù)見，隨著“節(jié)能型架空導(dǎo)線”生產(chǎn)成本的逐步降低和認(rèn)知度的提高，“節(jié)能型架空導(dǎo)線”的“性價(jià)比”也會越來越高，該類產(chǎn)品的市場前景也會越來越好。

［1］黃豪士.建設(shè)資源節(jié)約型輸電線路時(shí)所使用的導(dǎo)線［J］.電線電纜，2008(2):1-7.

［2］王 柳.電網(wǎng)降損方法與管理技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，2010.

［3］《電力節(jié)能技術(shù)叢書》編委會.輸變電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2008.