節(jié)能型導(dǎo)線載流量計算及投資分析

林俊哲

[摘 ?要]導(dǎo)線是架空輸電線路的最基本組成元件之一，隨著我國城市經(jīng)濟發(fā)展，線路輸送容量要求逐步提高，但城市線路走廊日益擁擠，如何提高線路通道輸送容量，成為電力設(shè)計的新課題。本文通過對比分析高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線和中強度鋁合金絞線共3種新型節(jié)能導(dǎo)線的載流量，采用年費用最小法綜合比較各型導(dǎo)線的節(jié)能效果和投資分析，提供一種適合新建或改造線路導(dǎo)線選型的思路。

[關(guān)鍵詞]節(jié)能;新型導(dǎo)線 ;載流量;年費用最小法

中圖分類號：S210.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0143-02

1 概述

近年來，我國導(dǎo)線行業(yè)發(fā)展較快，為達到增容、節(jié)能、改善弧垂特性和防振、防腐性能、降低噪聲和電暈等目標(biāo)，出現(xiàn)了各式各樣的新型導(dǎo)線產(chǎn)品，簡而言之，同截面單位長度電阻低于常規(guī)鋼芯鋁絞線的導(dǎo)線，都可以稱為節(jié)能導(dǎo)線。本文選取高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線和中強度鋁合金絞線共3種新型節(jié)能導(dǎo)線，計算其載流量，并采用年費用最小法綜合比較各型導(dǎo)線的節(jié)能效果和投資分析，總結(jié)分析各節(jié)能導(dǎo)線的節(jié)能能力，推薦選出合適的節(jié)能導(dǎo)線。

2 載流量計算

2.1 節(jié)能導(dǎo)線參數(shù)

參照《圓線同心絞架空導(dǎo)線》（GB/T1179-2008），本文初步選擇4種300 mm2截面的導(dǎo)線進行比較，分別為：鋼芯鋁絞線JL/G1A-300/40、鋼芯高導(dǎo)電率鋁絞線JL3/G1A-300/40、鋁合金芯高導(dǎo)電率鋁絞線JL1/LHA1-165/175和中強度全鋁合金絞線JLHA3-340，各種導(dǎo)線的主要技術(shù)參數(shù)見表2-1：

2.2 導(dǎo)線的輸送容量與電氣特性

2.2.1 導(dǎo)線截面及分裂根數(shù)

參考常規(guī)的系統(tǒng)運行方式、選擇具有代表性的線路輸送容量，本文按正常運行最大輸送容量53MVA考慮，根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計手冊》對導(dǎo)線截面按照經(jīng)濟電流密度選擇的要求，常規(guī)導(dǎo)線型號初步推薦選用單根300mm2的規(guī)格組合。

2.2.2 導(dǎo)線電流密度的取值

我國幅員遼闊，各地電網(wǎng)的送電成本又有明顯差異，因此各地區(qū)的經(jīng)濟電流密度亦應(yīng)有所不同，但目前我國尚未制定出適合的數(shù)值，因此，經(jīng)濟電流密度參考原“水電部”1965年頒布的經(jīng)濟電流密度值選擇。

經(jīng)計算，本方案分別考慮每回輸送容量為53MVA，則各導(dǎo)線的電流密度值見表3-2：

由表2-1、表2-2可知，參選導(dǎo)線在正常實際的電流密度約0.81A/mm2，未達到經(jīng)濟電流密度的要求。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，輸電線路各部件（導(dǎo)線、金具、絕緣子、桿塔、基礎(chǔ)）等材料價格的提高，輸電線路最大負荷利用小時數(shù)和銷售電價的改變，以及國家節(jié)能降耗要求的加強，近年來，經(jīng)濟電流密度的取值有下降的趨勢。根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》GB 50545-2010第5.01條規(guī)定：輸電線路的導(dǎo)線截面，宜根據(jù)系統(tǒng)需要按照經(jīng)濟電流密度選擇，也可根據(jù)系統(tǒng)輸送容量，并應(yīng)結(jié)合不同導(dǎo)線的材料進行電氣和機械特性等比選，通過年費用最小法進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較后確定導(dǎo)線截面。

2.2.3導(dǎo)線的最高允許溫度及載流量

導(dǎo)線最高允許溫度的主要依據(jù)是控制導(dǎo)線允許載流量，導(dǎo)線允許最高溫度主要由導(dǎo)線經(jīng)過長期運行后的強度損失和連接金具的發(fā)熱而定。當(dāng)工作溫度越高，運行時間越長，則導(dǎo)線的強度損失越大。我國根據(jù)以往線路的運行經(jīng)驗，在《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》GB50545-2010中第5.0.6條規(guī)定：

驗算導(dǎo)線允許載流量時，導(dǎo)線的允許溫度宜按下列規(guī)定取值：

1、鋼芯鋁絞線和鋼芯鋁合金絞線宜采用70℃，必要時可采用80℃;大跨越宜采用90℃;

2、鋼芯鋁包鋼絞線和鋁包鋼絞線可采用80℃，大跨越可采用100℃，也可經(jīng)試驗決定。

本文導(dǎo)體最高允許溫度采用80℃。經(jīng)計算，得到四種導(dǎo)線在80℃時的載流量與在此溫度下的輸送容量如表2-3：

從表2-3可看出，參加比選的四種導(dǎo)線類型在80℃時每回線輸送功率均高于53MVA，均滿足要求。載流量從小到大排列依次為：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。其中，中強度全鋁合金絞線JLHA3-340的載流量和輸送容量最大。

3 年費用最小法

3.1 導(dǎo)線電能損耗

根據(jù)假定條件，輸送容量為2×53MVA時，額定電流對應(yīng)為276A，線路最大利用小時數(shù)為2500～5000小時，取2500小時和5000小時計算，年損耗小時數(shù)根據(jù)《供用電技術(shù)》（中國科技大學(xué)出版社1992年版）提供最大負荷利用小時Tmax與最大負載損耗小時τ和功率因素cosΦ之間的關(guān)系計算。

經(jīng)計算，各導(dǎo)線在最大額定輸送容量下的交流電阻損耗功率和全年電阻損失如表3-1和表3-2：

由表3-1和表3-2可知，以導(dǎo)線JL/G1A-300/40為基準(zhǔn)，導(dǎo)線JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340的電阻損耗分別減小了1.8%、6.2%、9.2%，電阻損耗從大到小順序依次為：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。

3.2 年費用最小法綜合比較

年費用最小法是工程方案比較常用的方法，就是用折算年費用評選工程方案。評選的準(zhǔn)則是：折算年費用越小，經(jīng)濟效果越好;折算年費用最小的，就是經(jīng)濟上最優(yōu)的工程方案。

年費用法能反映工程投資的合理性、經(jīng)濟性。年費用包含初次年費用、年運行維護費用、電能損耗費用及資金的利息。將各比較方案按照資金的時間價值折算到某基準(zhǔn)年的總費用平均分布到項目運行期的各年，年費用低的方案在經(jīng)濟上最優(yōu)。

按電力工業(yè)部（82）電計字第44號文《頒發(fā)“電力工程經(jīng)濟分析暫行條例”的通知》第十五條經(jīng)濟計算—年費行最小法的計算方法，

并假定以下計算條件：

①經(jīng)濟使用年限為30年，建設(shè)期按2年計算，第一年投資60%，第二年投資40%。

②年最大損耗小時數(shù)按按1100小時和3400小時計。（最大負荷利用小時數(shù)對應(yīng)的損耗小時數(shù)）

③設(shè)備運行維護費率為1.4%。

④電力工程回收率按工程投資的8%計。

⑤上網(wǎng)電價按0.5元/kW.h考慮。

采用節(jié)能導(dǎo)線后的經(jīng)濟性比較可知3種節(jié)能導(dǎo)線的節(jié)能效果要明顯優(yōu)于普通鋼芯鋁絞線，單從節(jié)能效果看，中強度鋁合金絞線JLHA3-340的節(jié)能效果最好，年損耗小時數(shù)在1100和3400h時，經(jīng)濟運行年限內(nèi)每公里線路節(jié)能總量分別達15.6、49萬度;鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175每公里線路節(jié)能總量分別達到10. 2、31.8萬度;高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40節(jié)能效果第三。

3.3 對比分析

從以上3種節(jié)能導(dǎo)線與普通鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟比較，可看出大致的趨勢如下：

（1）當(dāng)系統(tǒng)輸送容量越大、最大負荷年損耗小時數(shù)越多，節(jié)能導(dǎo)線的經(jīng)濟性越明顯;

（2）在3種節(jié)能導(dǎo)線中，中強度鋁合金絞線JLHA3-300節(jié)能效果最好，年費用稍高于鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175，本體投資較鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175高;

（3）高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40的節(jié)能效果遜于其他兩種節(jié)能導(dǎo)線，且本體投資較高，經(jīng)濟性較差;

（4）以本體投資作為基準(zhǔn)價格計算，則該方案中鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175的本體投資最低，中強度鋁合金導(dǎo)線JLHA3-340增量投資回收很快，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40回收較慢。

4 小結(jié)

從年費用比較可以看出：高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40、鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175、中強度鋁合金絞線JLHA3-340的年費用均低于普通鋼芯鋁絞線。故從經(jīng)濟性角度考慮，本文闡述的節(jié)能型導(dǎo)線均適用于新建或改造線路設(shè)計，推薦的節(jié)能型導(dǎo)線其節(jié)能能力為：鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-210/220>中強度鋁合金絞線JLHA3-340>高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40。

線路設(shè)計階段，根據(jù)電力系統(tǒng)要求，并立足線路特征，在計算符合輸送容量和載流量要求的前提下，通過年費用最小法計算比較，選擇符合具體線路的節(jié)能導(dǎo)線，具有節(jié)能和經(jīng)濟性的優(yōu)點，符合現(xiàn)階段我國電力事業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展要求

參考資料

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