解析架空輸電線路的輸電能力

趙利明

摘 要：在分析架空輸電線路導線選型和載流量的基礎上，提出了提高架空輸電線路輸電能力的措施，以促進電力系統供電能力的提升。

關鍵詞：架空輸電線路；輸電能力；導線；事故載流量

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.115

架空輸電線路的輸電能力取決于線路能力（受導線熱穩定允許條件限制）和網絡能力（電網的經濟性、穩定性和運行結構等因素決定）。近年來，在電力行業不斷發展的情況下，架空輸電線路的網絡能力有了很大的提升，不再限制其輸電能力，因此，架空輸電線路輸電能力的研究重點為線路能力。

1 導線選型設計和輸電能力的影響因素

1.1 架空輸電線路的導線選型設計

在現代電網建設中，大截面分裂導線的應用率不斷提高。在選擇導線截面時，需要分析其事故載流量和年費用。

1.1.1 事故載流量

事故載流量是指架空輸電線路事故發生的最大載流量，在架空輸電線路中，由于導線多為鋼芯鋁絞線，所以，事故載流量主要受溫度的影響，即架空線路的最高允許溫度，而溫度取決于設計年限內導線強度的磨損程度、導線與配套設施的接觸傳導情況等。

在相關規定當中，110～500 kV線路和大跨越線路的最高允許溫度應分別低于70 ℃和90 ℃；一般導線的最高工作溫度應低于70 ℃。在考慮日照等因素時，可將最高允許溫度控制在80 ℃及以下；在110～750 kV的架空輸電線路中，一般線路和大跨越線路的最高允許溫度與上述相同，不同之處在于一般線路在必要情況下可將最高允許溫度提高至80 ℃。

在參考以上最高允許溫度選擇導線截面時，還要考慮短時事故。過負荷會導致導線溫度升高，因此，應適當調整高溫允許值，且實際導線截面應略小于經濟電流密度。就國外的鋼芯鋁絞線導線設計而言，通常遵循“正常持續輸送和短時事故時的導線溫度低于90 ℃和低于120 ℃”的原則。

在我國的導線設計中，需要在最高溫度（通常取40 ℃）的條件下檢驗導線的對地和交叉跨物限距。導線運行的實際溫度由環境溫度與溫升共同決定。在大多地區平均氣溫為15 ℃的情況下，導線溫度通常在29～42.3 ℃，因此，取40 ℃的最高溫度較為合理。對于以經濟電流密度設計的一般線路，應計算最大弧垂，以校驗交跨限距；對于重要交叉跨越和大跨越線路，需要按照導線的實際最高溫度檢驗交跨限距。

新建線路時，一般線路的最高允許溫度可設計為80 ℃，并取50 ℃來檢驗交跨限距。

1.1.2 年費用計算

費用是影響架空線路輸電能力的另一個因素，不僅體現在建設投資上，還體現在運管維護中。年費用的計算公式為：

. （1）

式（1）中：A為年費用；I為建設費用；i為基準收益率；C為年經營費用（包括運營管理維護費用和電能損耗費用）；n為架空線路的經濟使用年限。

在建設架空線路時，如果采用截面相對較小的導線，則導線的用量會減少、荷載會減輕。這樣做雖然會降低總投資成本I，但會增加后期的年損耗費用，是一種不科學的建設方案；如果導線截面較大，雖然會降低年損耗，但因導線用量增多、荷載加重，導致建設資本的回收需要較長時間，不具備經濟性。

1.2 計算載流量

載流量是架空線路選擇中的重要影響因素，因此，做好載流量的計算十分必要。在載流量的計算中，國際上有多種不同的計算公式，比如英國的摩爾根公式、國際電工委員會推薦的公式等，但其本質是相同的，即利用熱平衡原理計算，熱平衡公式為：

Wj+Ws=WR+WF. （2）

式（2）中：Wj和Ws分別為單位長度導線電阻發熱功率和日照

吸熱功率；WR和WF分別為單位長度導線的輻射散熱功率和流散熱功率。

1.3 架空輸電線路輸電能力的影響因素

導線的輸電能力是由載流量決定的，而載流量與熱平衡之間有著密切的聯系。因此，影響導線熱平衡的因素是架空線路輸電能力的影響因素，主要包括環境溫度、風速、日照強度、導線表面散熱、吸熱系數和導線發熱允許溫度等。

在限定導線發熱的允許溫度后，不同型號的導線都有其極限載流量，以220 kV和500 kV架空輸電線路中常用的JL/G1A-300/25、JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45鋼芯鋁絞線為例，在70 ℃的允許溫度條件下，其極限載流量分別為570 A、662 A和878 A；在80 ℃的允許溫度條件下，其極限載流量分別為682 A、795 A、1 065 A。

2 提升架空輸電線路輸電能力的措施

針對影響架空輸電線路輸電能力的相關因素，提升架空線路輸電的措施有以下3種。

2.1 提升導線的發熱允許溫度

導線的發熱允許溫度與載流量成正比，在發熱允許溫度提升后，導線的載流量也會明顯提高。以鋼芯鋁絞線為例，當發熱允許溫度由70 ℃提升至80 ℃后，并不會對導線自身的強度、相關金具和對地、交叉跨物距離造成明顯的影響；在對上述因素產生影響時，也可通過合理的措施解決。此時，導線的載流量增加幅度可超過20%.

對于鋼芯鋁絞線而言，我國和日本、北美等國家的短時事故允許線溫分別為70～80 ℃和120 ℃。從這個角度看，我國架空輸電線路還可以繼續提升允許線溫，從而實現架空線路的增容，提高架空線路的輸電能力。

2.2 在架空線路中使用增容導線

增容導線是一種特異導線，將其應用在架空輸電線路中，在相同的導線截面條件下，增容導線的輸電能力明顯高于普通導線。增容導線主要有碳纖維合成芯鋁絞線、間隙性鋼芯鋁合金絞線和鋁包殷鋼鋁合金絞線等，其價格普遍較高。因此，在應用過程中，受到建設成本的約束，該導線的應用范圍相對較小。近年來，我國在增容導線技術方面的進步，為增容導線在架空輸電線路中的大范圍應用提供了條件。

在實際應用中，增容導線主要被應用于電力供應緊張架空線路的增容改造中。通過在現有電網資源和線路桿塔等的基礎上，利用增容導線替換原有的普通導線，可實現架空輸電線路的增容，從而提升架空線路的輸電能力。

2.3 通過在線動態監測實現增容

上述的導線允許溫度的極限載流量是靜態值，其計算基礎是在惡劣的氣象條件下，計算結果趨于保守值。但在實際中，惡劣的氣象條件并不會時常發生，以極限載流量設計的架空線路在大多時間內的輸電能力是超出電力供應需求的，進而導致導線資源的浪費。針對此問題，可在架空輸電線路中建立在線動態監測系統，通過監測外部氣象環境、導線溫度等，在不改變現有技術標準的基礎上，將架空線路的隱性容量發掘出來，從而增加架空線路的輸送容量。一般情況下，上述增容的幅度在10%～30%之間。

3 結束語

綜上所述，在我國的架空輸電線路選擇導線截面時，通常需要考慮事故載流量和年費用。為了提高我國架空輸電線路的輸電能力，需在充分了解相關影響因素的基礎上，通過提高允許線溫、應用增容導線和在線動態監測系統等達到相應的目標。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕