节能型线在千伏输电线路工程应用分析比较

节能型线在110千伏输电线路工程应用分析摘 要我国架空输电线路导线以钢芯铝绞线为主，在国际上，这类导线的应用历史已超过了100年。随着社会的进步，国家电网公司提出了建设环境友好型、资源节约型社会的要求，提倡在工程建设中积极应用新技术新材料，各种新型节能导线大量应用到了送电线路工程中。结合以往工程的经验和目前市场上比拟常见的几种新型导线，本文拟对钢芯高导电率铝绞线(包括型线)、铝合金芯高导电率铝绞线(包括型线)和中强度铝合金线等节能导线在研究工程的应用进行比拟分析。1 前 言导线选型是研究输电线路关键技术的重要课题。导线作为输电线路的主要元件，担负着远距离传输电能的重任，必须具有良好的电气性能、机械性能和经济性能，保证运行平安可靠，满足电磁环境保护要求，具有合理的技术经济指标和良好的社会效益。导线在工程造价中占有较大比重，截面选择过大将会显著增加工程投资，截面选择过小将使传输效率、电磁环境和运行性能变差。因此合理选择导线截面，对电网建设的平安可靠、环境保护、经济运行具有重要意义。2 根本研究条件2.1 工程概况谷源芦洪市110kV线路工程，全长为km，。线路位于湖南省永州市冷水滩区、芦洪市境内，海拔高度小于300m。2.2 电力系统参数表2.31 电力系统条件一览表项 目条件取值系统额定电压(kV)110系统最高运行电压(kV)126系统正常输送功率(MW)60功率因数最大负荷利用小时数(小时)50003 节能导线介绍1铝合金芯高导电率铝绞线铝合金芯高导电率铝绞线与外径相同的普通钢芯铝绞线相比，将导电率 9%IACS 的钢芯替换为导电率为 52.5%IACS 或53%IACS 的高强度铝合金芯， 铝单丝的导电率由 61%IACS 提高至61.5%IACS63%IACS，合理设计铝合金芯和铝线的股数，有效降低了绞线整体的直流电阻。2中强度铝合金绞线中强度铝合金绞线与外径相同的普通钢芯铝绞线相比，钢芯替换为58.5%IACS中强度铝合金芯，有效降低了绞线整体的直流电阻。3钢芯高导电率铝绞线钢芯高导电率铝绞线与铝截面相同的普通钢芯铝绞线相比，铝单丝的导电率由61%IACS提高至61.5%IACS63%IACS之间，有效降低了绞线整体的直流电阻。4 型线工程应用技术原理相对于常规的圆线同心绞导线，S/Z形型线同心绞导线由于其特殊的结构形式，具有以下良好的机电性能：1等截面积条件下线径可压缩约9%，减小了风、冰荷载；2大风时体形系数低，进一步减小了风荷载；3外表光洁，不易附着杂质，从而降低了电晕放电产生的损耗和电磁环境问题；4型线由于其特有的结构，股线间相互干扰，具有更高的内部自阻尼，有利于微风振动能量的吸收；5型线绞合紧密，外表光洁，湿雪不易粘附在导线外表，覆冰容易脱落；6型线绞合紧密，使雨水灰尘等电化学物质不易进入，有利于保护内部的镀锌层或防腐油脂；7Z型绞线相互交叠压制，即使有少量断股也不会脱离导线，不易造成整根导线松动散股；将S/Z型铝线拉丝和绞制技术与导线节能技术相结合，能够开发出各种型线同心绞节能导线，如ACSS/TW、ACCC/TW、应力转移型特强钢芯软铝绞线、钢芯高导电率硬铝S/Z型绞线、铝合金芯S/Z型铝绞线等。这些导线不仅具备普通型线的多重优点，还能降低电阻损耗，是名符其实的节能型线，5 节能导线选型目前在国内应用比拟广泛的新型节能导线主要有钢芯高导电率铝绞线(包括型线)、铝合金芯高导电率铝绞线包括型线)和中强度铝合金线，本文采用上述几种节能导线与常规钢芯铝绞线JL/G1A300/40在研究工程中进行详细的技术经济特性比拟。为共选择了9种导线进行比拟，分别为：钢芯铝绞线JL/G1A300/40、钢芯高导电率铝绞线JL4/G1A-300/40、型线同心绞钢芯高导电率铝绞线JL4X/G1A-370/40和JL4X/G1A-300/40、铝合金芯高导电率铝绞线JL1/LHA1-165/175、铝合金芯高导电率铝型线绞线JL1X/LHA1-205/175和JL1X/LHA1-170/145、中强度铝合金绞线JLHA3-340、JLHA3-280，9种导线的主要技术参数见下表。表5.21 导线型号及技术参数表(一)导线型号JL/G1A-300/40JL4/G1A-300/40JL4X/G1A-300/40JL4X/G1A-370/40根直径(mm)铝(铝合金)2424/钢(铝合金)7777截面积(mm2)铝(铝合金)钢(铝合金总截面铝(铝合金)导电率61%63%63%63%铝钢(铝合金)截面比直径(mm)单位质量(kg/km)额定拉断力(N)923609236092240103880弹性模量(MPa)73000730007300073000热膨胀系数(1061/)19.619.619.619.620直流电阻(/km)96193150表5.22 导线型号及技术参数表(二)导线型号JL1/LHA1-165/175JL1X/LHA1-205/175JL1X/LHA1-170/145JLHA3-340JLHA3-280根直径(mm)铝(铝合金)18/3737钢(铝合金)193.42193.4219/截面积(mm2)铝(铝合金)钢(铝合金/总截面铝(铝合金)导电率61.5%61.5%61.5%58.5%58.5%铝钢(铝合金)截面比0.9 1.2 0.9 /直径(mm)单位质量(kg/km)额定拉断力(N)81170853308158067020弹性模量(MPa)5500055000550005500055000热膨胀系数(1061/)20直流电阻(/km)9128870.10796、应用全寿命周期理念优化选择导线6.1 导线电气性能比拟6.1.1 导线载流量比拟 导线允许温度一般采用70，必要时可采用80，风速V取值0.5m/s，日照强度JS取值为1000W/m2，导线外表的辐射散热系数E取0.9，导线外表吸热系数10-8W/m2；环境温度为最高气温月的平均最高气温35。计算各种导线载流量和输送功率见下表：表6.1-1 各种导线载流量和输送功率导线型号7080允许电流输送功率(MW)允许电流输送功率(MW)JL/G1A-300/4056397 673115 JL4/G1A-300/4057198 683117 JL1/LHA1-165/175586100 702120 JLHA3-340593102 713122 JLHA3-28052891 631108 JL4X/G1A-300/4055996 667114 JL4X/G1A-370/40637109 763131 JL1X/LHA1-205/175619106 742127 JL1X/LHA1-170/14555094 643110 从上表计算结果可知，导线允许载流量按最高允许温度 70控制时，所有9种导线均可满足本工程要求，且有较大的储藏裕度。 6.1.2 交流电阻损失比拟在输送容量为60MW，额定电流为350A，额定电压为110kV。在计算电能损耗时，风速V取值0.5m/s，日照强度JS取值为1000W/m2，导线外表的辐射散热系数E取0.9，导线外表吸热系数10-8W/m2，环境温度为当地年平均气温15; 各种导线的温度及交直流电阻比见下表 各种导线交直流电阻比导线型号输送功率(MW)温度交流电阻(/km)电阻比JL/G1A-300/40600.1058 1.0306 JL4/G1A-300/40600.1024 1.0309 JL1/LHA1-165/175600.0978 1.0086 JLHA3-340600.0950 1.0091 JLHA3-280600.1159 1.0061 JL4X/G1A-300/40600.1026 1.0305 JL4X/G1A-370/40600.0819 1.0297 JL1X/LHA1-205/175600.0874 1.0108 JL1X/LHA1-170/14560370.1066 1.0072 表6.1-3 正常运行最大负荷各种导线电阻损耗导线型号输送功率MW交流电阻(/km)电阻损耗kW/km差值百分比(%)JL/G1A-300/40600.1058 38.87 0(基准)JL4/G1A-300/400.1024 37.61 -3.24%JL1/LHA1-165/1750.0978 35.92 -7.59%JLHA3-3400.0950 34.89 -10.24%JLHA3-2800.1159 42.56 9.49%JL4X/G1A-300/400.1026 37.69 -3.04%JL4X/G1A-370/400.0819 30.09 -22.59%JL1X/LHA1-205/1750.0874 32.10 -17.42%JL1X/LHA1-170/1450.1066 39.14 0.69%从上表可以看出由于中强度铝合金绞线JLHA3-280因截面较小 (外径等效 JL/G1A240/40导线)，其交流电阻损失较普通钢芯铝绞线 JL/G1A300/40大9.49%；其他7种节能导线交流电阻损失均比普通钢芯铝绞线 JL/G1A300/40小。 导线机械特性比拟导线弧垂 导线的弧垂特性与导线的计算拉断力、铝钢截面比、自重等因素有关。各导线 40弧垂的计算结果见下表。表6.2-1 导线 40弧垂及百分比导线型号最大使用应力(MPa)平安系数40弧垂(Ldb=300m)40弧垂(Ldb=400m)弧垂(m)差值比(%)弧垂(m)差值比(%)JL/G1A-300/400(基准)0(基准)JL4/G1A-300/40-0.14%-0.14%JL1/LHA1-165/1754.24%4.96%JLHA3-340-37-0.04%2.40%JLHA3-280-3716.37%18.30%JL4X/G1A-300/40-3.45%-3.48%JL4X/G1A-370/40-3.14%-3.98%JL1X/LHA1-205/1754.58%4.54%JL1X/LHA1-170/14512.43%12.62%6.2.2 导线过载能力各导线过载能力见下表，覆冰验算的气象条件为：气温-5、 风速 10m/s。弧垂最低点的最大张力不超过额定拉断力的 70%，悬挂点的最大张力不超过额定拉断力的 77%。表 6.2-2 导线过载冰厚比拟表导线型号过载覆冰能力(mm)Ld=300mLd=350mLd=400mJL/G1A-300/40JL4/G1A-300/40JL1/LHA1-165/175JLHA3-340-37JLHA3-280-37JL4X/G1A-300/4028JL4X/G1A-370/403129JL1X/LHA1-205/175JL1X/LHA1-170/1456.3 导线济经性能比拟在同一设计条件下，由于导线机械特性、材质各异，除导线本身的本钱外，每公里线路杆塔基数、单位钢耗量、绝缘子和附加金 具的种类也略有差异，因而9种导线的静态投资是不一样的。导线型号JL/G1A-300/40JL4/G1A-300/40JL1/LHA1-165/175JLHA3-340JLHA3-280JL4X/G1A-300/40JL4X/G1A-370/40JL1X/LHA1-205/175JL1X/LHA1-170/145子导线 20直流电阻(/km)额定电流 I=350A 的交流电阻单位长度电阻损耗(kW/km)年损耗小时数(小时)340034003400340034003400340034003400单位长度年损耗 费用(万元/km)当地实际上网电价(0.45 元/kWh)年损消耗用差值(万元/km)0.00(基准)本体投资(万元/km)投资差额(万元/km)0.00(基准)表6.3.3 导线的经济性比拟 年费用计算分析导线型号JL/G1A-300/40JL4/G1A-300/40JL1/LHA1-165/175JLHA3-340JLHA3-280JL4X/G1A-300/40JL4X/G1A-370/40JL1X/LHA1-205/175JL1X/LHA1-170/145本体投资(万元/km)前一年投资(万元/km)后一年投资(万元/km)折算总投资(万元/km)总投资比拟(万元/km)0.00(基准)维修费用(万元/km)当地上网电价(元/kWh)年运行费用(万元/km)12年费用差值(万元/km)0.00(基准)年费用排序976548231经过比拟得出：在系统设计条件下，年最大负荷运行5000h，相应最大损耗小时数3400h、电力工程回收率8%、30年平均年费用方案中，铝合金芯高导电率铝型线绞线JL1X/LHA1-170/145的年费用最优，工程造价最低。导线类型钢芯铝绞线钢芯高导电率铝绞线铝合金芯高导电率铝绞线中强度铝合金绞线型线同心绞钢芯 高导电率铝绞线铝合金芯高导电率 铝型线绞线导线型号JL/G1A- 300/40JL4/G1A- 300/40JL1/LHA1- 165/175JLHA3-340JLHA3-280JL4X/G1A- 300/40JL4X/G1A- 370/40JL1X/LHA1- 205/175JL1X/LHA1- 170/14570输送功率MW9798100102919610910694电能损耗(万元/km)40弧垂(Ldb=300m)过载冰厚mm2829耗钢量(t/km)工程造价(万元/km)年运行费用(万元/km)126.5 导线综合性能比拟表6.5 各种导线综合比拟表7导线选型结论 在满足研究工程各项电气、机械特性要求的前提下，铝合金芯高导电率铝型线绞线JL1X/LHA1-170/145的电能损耗与钢芯铝绞线相当，但因截面积更小，杆塔荷载低，在工程造价远低于其他比选导线方案，其年费用最优，满足国网公司全寿命周期管理理念。