基于原桿塔導線更換為耐熱導線的研究

梅李鵬，陳華明

(1.三峽大學電氣與新能源學院，湖北　宜昌　433002；2.武漢華中新能電力設計有限公司，湖北　武漢　433000)

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基于原桿塔導線更換為耐熱導線的研究

梅李鵬1，陳華明2

(1.三峽大學電氣與新能源學院，湖北宜昌433002；2.武漢華中新能電力設計有限公司，湖北武漢433000)

隨著城市電網的發展，常會遇到輸電線路利用原線路走廊架線工程，如需利用舊原線路，但新建線路導線比原舊線型號要大，原有桿塔無法掛新建線路導線，特別是原線路周圍有房子的情況，原走廊兩邊已無法開辟新的通道，以及原走廊在城區拆除麻煩和拆除后無法再架設新塔的情況。為了節省投資，利用舊塔，避免拆除重建，縮短施工時間，如今選擇導線更換耐熱導線。如何結合導線參數選擇耐熱導線，選擇的導線能否滿足輸送功率要求，是本文研究的方向，結合相關實際工程應用給予了分析。

耐熱導線；導線溫度；載流量；導線增容；弧垂

1　引言

伴隨城市建設的發展，當時變電站出線直至數公里外的角鋼塔四周為空地，現在出站附近線路周圍已建滿了房屋，新建線路需要繼續采用原有線路通道才能出線，加上變電站周圍已再無新的通道可走線。這是一個在線路設計過程中常遇到的問題。隨著導線技術的不斷發展[1-2]以及輸送容量的不斷增加，如今線路可以利用舊的桿塔掛新型的增容導線避免線路桿塔的推倒重建。而建設新的線路走廊投資巨大、建設周期長[3-4]，只需要更換線路導線進行增容改造[5]，提高現有電網的輸送能力。

為了提高電網輸送能力的要求，學者對導線增容技術進了了大量研究。文獻[6-7]分析了在不改變線路結構的情況下，對導線的輸送容量與導線溫度的關系進行了分析，提出通過改變導線溫度提高輸電線路容量的方法。文獻[8]提出了實時檢測導線溫度、環境溫度、以及日照強度等動態因素，隨時調整導線溫度進行動態增容。文獻[9-10]提出了利用耐熱導線材料對老項目進行擴容改造在，理論上可以提高50%的載流量。本文通過對耐熱導線進行綜合比較以及結合實際工程實例，在最優經濟條件下選擇合適的耐熱導線。

2　耐熱導線的比較

各類增容導線比較，目前國內存在的主要增容導線如圖1所示[11]：

由于增容導線主要是靠提高導線的溫度來提高導線的載流量，從而提高輸送容量。所以增容導線一般都是耐高溫的，也稱為耐熱導線。

圖1　幾種主要導線分類圖

一般導線LGJ鋼芯鋁絞線連續工作溫度極限工作溫度70℃～100℃，而增容導線連續工作溫度極在限工作溫度150℃～240℃。表1所示幾種導線技術參數，列舉同等截面積下的導線進行比較。例如一條線路原來所掛的導線是LGJ-400的，現在需要跟換耐熱導線。

表1　不同種類導線技術參數

由此表可以看出重量最輕的是ACCR陶瓷纖維導線，抗拉能力最強的是ACCC 碳纖維芯導線。

ACCR與間隙型導線(GTACSR)比較：間隙型導線線脹系數以及重量均比ACCR大;載流量比ACCR小。結論：(1)弧垂不能滿足要求，需要新建部分桿塔。(2)載流量增容較小。(3)抗腐蝕性比ACCR差。(4)由于拐點溫度低，安裝比ACCR要復雜。

ACCR與殷鋼導線(ACSS/XTACI)比較：殷鋼導線重量比ACCR大；殷鋼導線拉斷力比ACCR小。結論：(1)雖然線脹系數小，但由于其重量大、張力小，導致弧垂不能滿足要求，需要新建部分桿塔。(2)殷鋼抗腐蝕性差，ACCR不會發生腐蝕。(3)載流量比ACCR小。

ACCR與碳纖維導線(ACCC)比較：(1)同等直徑情況下，ACCR比ACCC輕12%。ACCC使桿塔承受力過大，縮短桿塔使用壽命；ACCR可減少桿塔受力，延長桿塔使用壽命。(2)ACCC復合芯是有機物,運行過程容易老化；ACCR復合芯是無機物，性能穩定。(3)ACCC復合芯不導電，在短路大電流下，鳥籠現象嚴重；ACCR均可以導電，能夠承受較大的短路電流。(4)ACCC結構和組合方式完全顛覆了對架空裸導線導電認識。容易出現高溫下的裂紋和“竹節”現象，經過實驗分析發現碳纖維耐熱導線運行溫度不宜超過160℃，且僅在N-1狀態下運行。結論：ACCR性能穩定。

對比總結：(1)間隙型導線:重量大、弧垂滿足不了要求、安裝復雜；(2)殷鋼導線：重量大、部分弧垂不能滿足要求、耐腐蝕性差；(3)碳纖維導線：不耐高溫、易產生裂紋、竹節、斷線現象；(4)陶瓷纖維導線：耐高溫、載流量大、弧垂小，性能穩定。

3　實際工程應用

實際運用一：韓崗-鹿頭110kV線路工程

由于110kV韓孫線建于1990年，當時從韓崗變出線時韓崗變四周為空地，現在韓孫線靠近韓崗變附近約4公里的線路完全成為市區，當時考慮出站口附近的雙回塔靠近房屋側由于房屋離塔太近已不能掛線，而且當時選用的桿塔僅能掛LGJ-150的導線，新建的在至鹿頭的線路必須對該段線路進行改造，利用原走廊，原本采用架設單回導線為LGJ-240的鋼管桿線路，與新建的角鋼塔線路相接，這樣形成韓崗至鹿頭導線為LGJ-240的單回線路。然而LGJ-240和LGJ-150導線選用的桿塔不一樣，在城區拆除舊塔采用鋼管桿實施非常麻煩，且工程投資大，施工周期長。在考慮到各種情況的前提下我們采用了耐熱導線。

根據負荷情況及輸送容量需求，本次架空導線新建部分選擇為LGJ-240/30導線，在經濟電流密度取在經濟電流密度取1.15A/mm2情況下單導線經濟輸送電力容量為52.5MVA，最大輸送容量為88.6MVA；改造部分選擇ACCR-150型耐熱導線，在120℃運行溫度下載流量可達582A，150℃溫度下可達678A，大于LGJ-240/30導線在70℃時445A的載流量；可滿足鹿頭變的輸送容量需求。

圖2為220kV韓崗變相關照片雙回桿塔建設前，周圍的房屋還未形成，現在面向大號側右側橫擔已不能掛導線，不能滿足風偏情況下邊導線對房屋的安全距離的要求，現只有跟換左側橫擔導線，更換成耐熱導線后，線路運行正常。輸送容量得到了1.5～2倍的提高。滿足了輸送容量的要求，且線路施工周期短，大大節省了工程投資。

圖2　220kV韓崗變相關照片

實際運用二：襄樊電廠-余嶺Ⅱ回(原線路增容改造)

(1)設計原則：①根據系統要求，將余襄線中 LGJQ-400mm2導線線路需要進行增容改造，使其最大輸送功率達到400MW。②遵守原線路的設計氣象分布條件和桿塔使用條件，導線選擇盡量與原表2 兩種導線溫度與弧垂關系導線參數相當。③桿塔校驗執行《架空送電線路設計技術規程》(SDJ3-1979)。④針對本線路已投運多年，桿塔和基礎老化嚴重，而本線路段尚有38基拉線塔，其桿塔原均按最大風速25m/s設計，其桿塔情況尚需評估，為了確保線路運行安全，在投資允許的范圍內建議逐步更換拉線塔為自立塔。

表2　兩種導線溫度與弧垂關系

(2) 換線段導線選型根據系統要求，將余襄線進行增容改造后，使其最大輸送功率達到400MW。對應換線導線極限輸送容量時的載流量為1000A。根據上述要求，本工程初選鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線和碳纖維復合芯導線兩種增容導線進行比選。①換線所選導線計算條件。(a)在環境溫度40℃，風速0.5m/s，輻射系數0.9，日照強度1000W/m2條件下，導線載流量為1000A時的相應溫度下弧垂與LGJQ-400型鋼芯鋁絞線70℃相當；(b)導線最大使用張力接近原LGJQ-400型導線最大使用張力；(c)導線水平荷載和垂直荷載不超過原桿塔設計使用條件;(d)導線最大弧垂按實際需達到溫升考慮。弧垂對地安全距離非居民區取6m，居民區7m;(e)滿足電暈要求，導線截面不小于400 mm2。②載流量比較：比較結果陶瓷纖維導線：耐高溫、載流量大。③導線弧垂校核。比較更換導線在載流量達到1000A時溫度下的弧垂，與原線路導線在高溫70℃時的弧垂。

如表2所示為兩種導線弧垂對比表，可以看出：本工程線路更換ACCR型導線后，導線溫度為105℃時，導線載流量為1000A，代表檔距400m時比LGJQ-400型鋼芯鋁絞線70℃最大弧垂小0.3左右，500m時ACCR型導線最大弧垂比LGJQ-400型鋼芯鋁絞線70℃減小更多。采用ACCR型導線可滿足弧垂要求。若采用ACCR型導線需根據斷面情況，局部增加桿塔以滿足導線對地對新建房屋距離的要求。

(3)經濟比較：若將原220kV線路更換更換2×LGJ-300導線及其對應的桿塔，單公里造價在109.61～118.96萬元，而更換ACCR-400型導線，明顯比推到重建桿塔和導線便宜。

(4)風險與建議：由于原線路建成時間已經較長，原線路已經運行多年。鐵塔鋼材基礎鋼筋可能發生了一定程度的銹蝕，混凝土可能發生了一定程度的碳化，為保證工程的可靠度，應對原有線路桿塔構件及基礎的力學性能等有關參數進行檢測并進行專題研究。

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Study on the Replacement of the Original Tower Wire for Heat Wire

MEI Li-peng1,CHEN Hua-ming2

(1.College of Electrical Engineering & New Energy of China Three Gorges University,Yichang 433002,China；2.Wuhan Huazhong New Energy Electric Power Design Company Limited Wuhan 433000,China)

With the development of the urban power grid,Often encountered with transmission line using the original line corridors wiring project,If want to use the original old line,But the model of new line wire is bigger than the original old line,the original tower can't hang the new line conductor,Especially the original lines around the house and on both sides of the corridor has been unable to open up new channels and the corridor cause trouble by the urban demolition and cannot be dismantled to set up the new tower.In order to save investment,using old tower,avoiding demolish rebuild and shorten the construction time,Now choose heat-resistant conductor to replace wire.How to choose the heat-resistant conductor according to the conductor parameters to meet the requirements of transmission power is the research direction in this article.Combined with practical engineering application of related analysis is given.

heat-resistant conductor;conductor temperature；ampacity；conductor capacity augmentation；sag

1004-289X(2016)01-0017-04

國家自然科學基金(51477090)

TM72

B

2015-05-11

梅李鵬(1989)，男，湖北黃岡人,碩士研究生，研究方向為電力系統繼電保護;

陳華明(1990)，男，湖北漢川人,助理工程師，研究方向為輸電線路設計。