浅谈高压输电线路节能导线应用效果

浅谈高压输电线路节能导线应用效果

贾自甜

中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司  高级工程师  新疆乌鲁木齐市  830001

摘要：导线的主要作用是输送功率，所以在对输电线路进行设计的过程中是核心的内容，只有不断对导线进行技术方面的改良，才能满足现代化的建设发展需要，并且获得更多的经济效益。本文通过对输电线路的损耗分析，阐明了降低导线交流电阻为降低线损的主要方向，并根据工程节能要求提出节能导线应有的特征，不仅要建设费用节省，还需运行损耗小。经过对节能导线类型分析，全生命周期年费用法分析，对节能导线进行选型进行了一定的分析，并且在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够给予业界同仁提供出一定价值的参考。

        关键词：高压；输电线路；节能导线；选型；分析

1、输电线路损耗分析

        对于高压线路而言，其电能损耗在一定程度上分为两种，一是导线电阻损耗；二是电晕损耗，通过进行相应的计算可知，如果使用大截面导线，其电晕损耗仅为电阻损耗的3～4%左右。因此，导线损耗中电阻的热量损失占据绝对主导地位，故计算线损时可忽略电晕损耗，仅考虑线路电阻损耗。如果在输送电流与负荷小时数不出现任何变化的状况下，其电阻的大小为影响导线损耗的直接因素，降低导线的交流电阻，为降低线损的主要方向[1]。

2、节能导线的特征

        （1）在新建线路的过程中，能够在一定程度上对线路走廊成本进行有效的节约，通过使用节能导线，在铜铝导线截面积相同的基础上，和常规导线进行比较，不仅能够对输电容量进行相应的扩大，减少新线路建设，降低输电线路廊道占用面积，还能常规线路1.5-2倍的送电能力。从而不仅能对建设第二条线路用电进行节省，还能进一步降低投资。（2）性价比相对来说比较优良。当考虑被更换导线的特性，节能以及低弧垂的条件下，对于新型导线而言，要具备比较好的性能，价格上也要适当。如果导线的价格过高，则直接使线路的一次性投资增大，经济性差[2]。

3、节能导线的类型

        对于节能类导线来说，与普通钢芯铝绞线进行比较，在外径一致的基础上，通过降低导线电阻，在一定程度上加强导线导电能力，在对输电损耗进行减少的前提下，还能实现节能效果。减少导线电阻的方法可归类为三种：第一种是提高铝导体的导电率，这类型的节能导线主要有：碳纤维软铝导线等；第二种是在总截面不增加的情况下提高导电面积，这类型的导线主要有：铝合金芯铝绞线和中强度全铝合金绞线等；第三种是综合前面两种方法，既提高铝导体的导电率，又增加导电面积，这类型的导线主要有：铝包钢芯高导电率铝绞线等。一是铝合金芯铝绞线采用53%IACS高强度铝合金芯替代普通钢芯铝绞线中的钢芯和部分铝线，导线外部铝线则采用61.5-63%IACS高导电率铝线。在总截面相等的条件下，由于基本无导电能力的9%IACS钢芯被铝合金芯替代，且外层采用高导电率铝线，所以铝合金芯高导电率铝绞线的直流电阻不仅比普通钢芯铝绞线更小，而且比普通的铝合芯铝绞线都更小，最大限度的提高了导电能力，但其价格比普通铝合金芯铝绞线更贵。二是铝包钢芯高导电率铝绞线。铝包钢芯高导电率铝绞线采用20%IACS铝包钢线替代普通钢芯铝绞线中的钢芯，导线外部铝线则采用61.5-63%I-ACS高导电率铝线代替。在总截面相等的应用条件下，由于基本无导电能力的9%IACS钢芯被20%IACS铝包钢芯替代，且外层采用高导电率铝线，所以铝包钢芯高导电率铝绞线的直流电阻不仅比普通钢芯铝绞线更小，最大限度的提高了导电能力，且具有更好的防腐性能[3]。

4、节能导线的选型

在工程建设阶段，导线一般占线路工程本体投资的30%左右，且导线的变化，直接关系到杆塔和基础工程量的变化，直接影响整个线路工程的建设费用以及建成后的线路损耗等运行成本。因此，导线选型是线路工程设计的重中之重。以往的线路设计，一般按经济电流密度初选总截面，在此基础上选择具有成熟制造经验的导线型号并进行输送容量、电晕、无线电干扰和机械强度等的复核，这种方法更能反映工程投资的合理性、经济性，既考虑了工程投资时的费用，也考虑了运行时的损耗及维护费用。以220kV线路为例，选取多种截面导线与普通JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线导线相当的节能导线应用年费用法进行分析，（1）年最大负荷小时数较低水平时，JL1/LHA1-210/220铝合金芯高导电率铝绞线导线方案等值年费用最低，且对电价变化有较好的适应性，但随着年最大负荷利用小时数的增加，该导线方案对电价变化的适应性变差，说明该导线方案电能损耗占的比例较大；（2）年最大负荷利用小时数较高且电价较低时，或年最大负荷利用小时数较低且电价较高时[4]，JLHA3-425中强度铝合金绞线导线方案等值年费用相对较低，经济性最好；（3）无论年最大负荷利用小时数及电价如何变化，普通JL/G1A-400/35型钢芯铝绞线导线方案的等值年费用均最高，其电能损耗也最大，经济性最差。（4）虽然现阶段节能导线的价格较普通钢芯铝绞线贵，但因为其损耗小，长期考虑后，全生命周期年费用最小，经济性更优。

5、节能导线在高压输电线路设计中的应用要点  

        5.1线材价格  

        当前，各类电气设备和线路材料的购买占据了电网建设成本的半数，所以如何控制电网价格成为了解决项目成本问题的关键，线路设计师在选择型号过程中要在满足基本需求和质量上对于线路材料成本上进行一定范围缩减，使项目预算成本可以包含实际成本。单位导线所出的价格，线材密度的性价比都是设计人员要纳入首要考虑条件。具体表现线材价格，体现在型号为高导电率铝绞线市场价值高，该导线是中等价位大多数人的选择，同样的铝合金芯导线型号及中强度铝绞线也会是大多数人的选择。  

        5.2项目建材损耗  

        塔型和耗钢量决定着在杠杆塔钢材耗损，线路材料负荷，横向承担规格以及材料线路弧度垂度等都是影响参数因素。通过对冰区导线数据项目考察结果得知，钢芯铝绞线与普通型的高导电不同，与其他导线耗损率处于劣势，即使他们在线材张力和垂直负荷以及角度风向影响和高精尖机械指标处于相似，但二者的耗损率相同[5]。  

        5.3线材造价及项目成本  

        在缩短周期项目成本上，铝合金高档线材以2.5-3年为准，中等强度的线材比如铝合金制以四年作为周期。较高程度的七年钢芯导线高导型铝绞线回收周期，而最高的普通类型回收周期竟达到八年之久。但结合经济性与实际投入而言，投资项目的合理性与收益性推算可在成本中加入年费用法来推行。收集不同导线成本消耗，维修运行消耗，线路耗损消耗以及既得利益，来进行分析规划统筹。方法及为将赢得的利润转换为比率，加入首年费用总和。采用均摊投入各周年周期运行，由此就可以清楚明了地知道具有经济优势所消耗费用较低的项目。设计人员在进行线路材料规划统筹时，将预算需要额度纳入前提，并注意以下方面:(1)项目资金需要分批进行发放，根据两年的电网一般寿命周期，五年需要播放总阶段规划的60%，剩下的40%在第二年规律性的分拨。(2)年耗损数量的最高限额。(3)设备维护耗损率以13%为准。(4)10%作为回收率占总投资的标准。(5)根据当即实际计费电价来规划整年所消耗费用，设计人员以实际和经验相结合进行考察，做出具体的排列次序:高导型、中导型、低导型和一般型铝绞线在进行分类[6]。年费用最高的JP3/LNA1高导铝绞线，JLHA3中强度铝绞线其次，JL3高导铝绞线最差[7]。

6、结论

          综上所述，利用高压线路进行输电的优势在于能够将电能输送到更远的地区、减少电能的损耗，从而提高人们的生活质量。利用全生命周期年费用最小法，对220kV线路导线进行分析，结果表明采用中强度全铝合金绞线及高导电率铝绞线在输送容量相同的条件下，导线损耗最小，具有最优的经济性，且这两种导线技术成熟，配套金具及附属设备齐全，具备大面积推广的条件。其它类型的节能导线，也均比一般普通钢芯铝绞线年费用小，具体工程可根据建设情况进行分析比较进行选取。

        参考文献：

        [1]连昱达.浅论特高压输电在我国的发展现状及应用前景[J].低碳世界，2018（11）：78-79.

        [2]龚金栋.高压输变电线路的设计与维护要点的研究[J].建材与装饰，2018（43）：243-244.

        [3]陈强.高压输电线路大跨度跨高铁施工方法研究[J].中国新技术新产品，2018（20）：104-105.

        [4]张峰，郭锐，卢士彬，李振宇，杨波，孙晓斌.高压输电线路巡检机器人障碍物识别与定位[J/OL].中国电力：1-9[2018-11-16]

        [5]谢官山.110kV电力输电线路施工方法及技术要点探讨[J].中国新技术新产品，2018（19）：84-85.

        [6]闫宇，祝铭悦，闫旭东.超特高压输电线路运维管理中存在的问题和应对措施[J].中国设备工程，2018（19）：48-49.

    [7]高天阳．试析新型节能导线在高压输电线路设计中的选型［J］．黑龙江科技信息，2019(36):197．