架空輸電線路中導線的選型

1、架空輸電線路中導線的選型牟俊（中工武大設計研究有限公司,武漢市,430072）摘要：隨著社會科技的進步發(fā)展，架空輸電線路中導線的形式越來越多樣化，導線受環(huán)境、材質(zhì)、輸送容量等多種因素的影響，在實際應用中如何選擇合適的導線？關鍵詞：輸電線路；導線；選型；經(jīng)濟電流密度0引言在架空輸電線路的設計中，導線的選型至關重要，架空輸電線路工程本是導線與桿塔結合的藝術，目前國家電網(wǎng)提出打造堅強可靠、經(jīng)濟高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動的現(xiàn)代電網(wǎng)。對目前導線產(chǎn)品的多樣性，每種產(chǎn)品優(yōu)缺點不同，我們需要根據(jù)輸送容量和線路環(huán)境因素，選擇經(jīng)濟適用的導線。1、導線的選型原則送電線路的導線和地線長期在曠野、山區(qū)或湖海邊緣

2、運行，需要經(jīng)常耐受風、冰等外荷載的作用，氣溫的劇烈變化以及化學氣體等的侵襲，同時受國家資源和線路造價等因素的限制。因此，在設計中特別是大跨越地段，對電線的材質(zhì)、結構等必須慎重選取。選定電線的材質(zhì)、結構一般應考慮以下原則：導線材料應具有較高的導電率。但考慮國家資源情況，一般不應采用銅線。導線和地線應具有較高的機械強度和耐振性能。導線和地線應具有一定的耐化學腐蝕，抗氧化能力。選擇電線材質(zhì)和結構時，除滿足傳輸容量外還應保證線路的造價經(jīng)濟和技術合理。2、導線截面的選擇架空送電線路導線截面一般按經(jīng)濟電流密度來選擇，并應根據(jù)事故情況下的發(fā)熱條件、電壓損耗、機械強度和電暈進行校驗。必要時，通過技術經(jīng)濟比較確

3、定；但對110KV及以下線路，電暈往往不成為選擇導線截面的決定因素。1)按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面所用的輸送容量，應考慮線路投入運行后510年電力系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，在計算中必須采用正常進行方式下經(jīng)常重復出現(xiàn)的最大負荷。但在系統(tǒng)還不明確的情況下，應注意勿使導線截面選的過小。導線截面的計算公式為-PS=LP(11).3UeJC0S(|)式中S導線截面，mrriP輸送容量，kwue線路額度電壓，kvJ經(jīng)濟電流密度，A/mm2cos小一功率因素經(jīng)濟電流密度J計算公式：=k=存鼠3刈1十型(必詢1_L_looog=c3LrlfJVx(tP+D)x<PF=-i+%D0m1-r

4、-a-'Iooxq+'joPHU00以上式中j導體的經(jīng)濟電流密度.A/rnm1：4一與導體尺寸有關的單位長度成本的可變部分，元2/(mmm)：Q導體的經(jīng)濟截面.mm2；皿第一年導體最大負荷電流，A；R單位長度的視在交流電阻，dm,R摩那】,Q/th;刖2QU下的電阻率，B為導體損耗系數(shù)，B=(i+yp+xi+4i+42)；片集膚效應系數(shù)：n鄰近效應系數(shù)；品金屬護套的損耗系數(shù)；&一鎧裝的損耗系數(shù):修溫度系數(shù)，%="%)(他-20)；的0導體材料20c下電阻的溫度系數(shù)，i/r.能平均導體運行溫度，。M每回路相威數(shù)目：M傳輸同樣型號和負荷值的回聯(lián)數(shù)L-最大優(yōu)荷質(zhì)耗時

5、間，h,7=0.85元T一最大負荷利用時間，M貼現(xiàn)率；N經(jīng)濟壽命,a；負荷增長率；b-能源成本增長率D由于線路期耗械外的供電容量的成本，元/(kW-a)；a導體本體及安裝成本.元(cr-導體總成本，元；P在相關電壓水平上IkWh的成本，JLAWtiF由式(EJ-3)定義的就助信；力一式(E4)定義的輔助量；/由式(EJ5)定義的輔助母中由于我國幅員遼闊，各地的電網(wǎng)送電成本存在明顯的差異，各地的經(jīng)濟電流密度也不同，但目前我國還沒有制定出合適的數(shù)字，現(xiàn)仍可以參考我國1956年電力部頒布的經(jīng)濟電流密度，參考表1中數(shù)值。表1經(jīng)濟電流密度(A/mm)導線材料最大負荷利用小時數(shù)Tmax3000以下3000

6、50005000以上鋁線1.651.150.9銅線3.02.251.752）按電暈條件校驗導線截面隨著我國運行電壓不斷升高，導線、絕緣子及金具發(fā)生電暈和放電概率增加，220KV及以上電壓線路的導線截面，電暈條件往往起主要作用。導線產(chǎn)生電暈會帶來兩個不良后果：增加了送電線路的電能損失；對無線電通信和載波通信產(chǎn)生干擾。關于電暈損失，若直接計算出送電線路的電暈損失，其優(yōu)點是數(shù)量概念很清楚，缺點是計算繁瑣。目前已很少采用這種方法?，F(xiàn)在趨向于用導線最大工作電場強度日（單位為KV/cm）與全面電暈臨界電場強度5之比值來衡量，E/Eo的比值不宜大于80%-85%試驗表明：當EE0=0.8時，起始電暈放電；當

7、0.9<E/Eo<1時，有較大的電暈放電；當E/E0>1時，則全面電暈放電。關于電暈對載波通信的干擾，主要是對導線表面最大電場強度來衡量（取三相導線的中間相）。關于電暈對無線電的干擾，在無線電收、發(fā)設備離開送電線路一定距離后，干擾訊速衰減，如距邊線60m以外，干擾電平僅剩下5%,所以實際上可以認為沒有問題。關于不必驗算電暈的導線最小截面，武漢高壓研究所推薦：導線表面電場強度與全面電暈電場強度的比值為0.8時，海拔不超過1000m一般不必驗算電暈的導線最小直徑，這些最小直徑列于表2中。表2不必驗算電暈的導線最小直徑（mm額定電壓（KV110220330500750導線外徑9.6

8、21.433.62X21.63X17.12X36.243X26.824X21.64X36.95X30.26X25.5武漢高壓研究所還推薦，在年平均電暈損失AP不大于線路電阻損失的20%、按此標準建設的輸電線路，即可保證導線的電暈放電不至于過分嚴重，又避免了對無線電設施的干擾，降低了電能損耗，提高了電能傳輸效率。線路所經(jīng)過的海拔地區(qū)超過1000m不必驗算電暈的導線最小直徑，列于表3中。表3不必驗算電暈的導線最小直徑（mm額定電壓（KM導線結構110220330參考海拔0.89外徑9.121.42X201120相應導線型號LGJ-50LGJ-2402XLGJ-2400.79外徑10.624.82X

9、24.52270相應導線型號LGJ-70LGJJ-3002XLGJJ-3000.7外徑1228.52X29.33440相應導線型號LGJ-95LGJJ-4002XLGJJ-5003）按導線長期容許電流校驗導線截面選定的架空輸電線路的導線截面，必須根據(jù)各種不同運行方式以及事故情況下的傳輸容量進行發(fā)熱校驗，即在設計中不應使預期的輸送容量超過導線發(fā)熱所能容許的數(shù)值。按容許發(fā)熱條件的持續(xù)極限輸送容量的計算公式為max(1式中WmaX輸送容量，MVAue線路額定電壓，kvImax導線持續(xù)容許電流，KA見表4最局允許溫度（C）導線型號7080最局允許溫度（C）導線型號7080LGJ-1086LGJQ-15

10、0450455LGJ-16105108LGJQ-185505518LGJ-25130138LGJQ-240605651LGJ-35175183LGJQ-300690708LGJ-50210215LGJQ-300(1)721LGJ-70265260LGJQ-400825836LGJ-95330352LGJQ-400(1)857LGJ-95(1)317LGJQ-500945932LGJ-120380401LGJQ-60010501047LGJ-120(1)351LGJQ-70012201159LGJ-150445452LGJJ-150450468LGJ-185510531LGJJ-18551553

11、9LGJ-240610613LGJJ-240610639LGJ-300690755LGJJ-300705758LGJ-400835840LGJJ-400850881表4鋼芯鋁絞線長期允許載流量（A）需要說明的是，在一定環(huán)境溫度下（如為+40C）運行極限容量的輸電線路，其導線溫度必然是超過環(huán)境溫度的（如為+70C）O所以，嚴格地講，送電線路導線的最大弧垂應按導線在極限容量運行時本身的溫度來考慮。但我國現(xiàn)行的線路設計規(guī)程卻是按最高環(huán)境溫度（或覆冰情況）來設計最大弧垂的，因為這一規(guī)定已考慮了前述因素，并兼顧了導線對地距離與交叉跨越的標準，線路的經(jīng)濟性和運行的安全性等因素，實踐證明是適宜的。4)按電壓

12、損失校驗導線截面電能質(zhì)量供電電壓允許偏差(GB/T12325-2008)規(guī)定供電電壓允許偏差為：35KV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%;10KV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的土7%;220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的+7%、10%。農(nóng)村電網(wǎng)建設與改造技術導則(DUT51182000)中規(guī)定對農(nóng)網(wǎng)各級線路的電壓損耗限制在表5所列數(shù)值范圍之內(nèi)。表5各級線路電壓損耗限制值線路電壓KV1106635100.38電壓損耗4.574.5752.557在計算中如電壓損耗不超過上述規(guī)定就認為是可行的。如電壓損耗超過上述規(guī)定時，首先應考慮改進系統(tǒng)接線，合理分配負荷以降低

13、電壓損失；其次是提高負荷的功率因素，用并聯(lián)電容器作為調(diào)壓措施之一。我們認為，在使用帶負荷調(diào)壓變壓器時，線路電壓損耗可適當減少；一般來說，加大導線截面對降低電壓損耗效果不明顯，但線路投資增加較多，也是不經(jīng)濟的。5)按機械強度校驗導線截面為了保證架空線路必要的安全機械強度，對于跨越鐵路、通航河流和運河、通信線路、居民區(qū)的線路，其導線截面不小于35mm通過其它地區(qū)的導線截面，按線路的類型分，容許的最小截面列于表6中。表6按機械強度要求的導線最小容許截面（mm）導線構造架空線路等級I類II類田類單股線不許使用不許使用不許使用多股線251616注：35KV以上線路為I類線路；135KV的線路為II類線路

14、；1KV以下線路為田類線路。6）按短路時的熱穩(wěn)定性的條件選擇導體的最高允許溫度，對硬鋁及鋁鎂合金可取200°C;硬銅可取300°Co裸導體的熱穩(wěn)定計算公式：QdS-CC=Klnt210"ti式注S裸導體的載流截面，mm2；Qd短路電流的熱效應，A2SjC熱穩(wěn)定系數(shù)；K常數(shù)，WS/（Ocm4X銅為522k10將為222x10®；T常數(shù)，P,銅為235,鋁為245；h導體短路前的發(fā)熱溫度，七；h短路時導體最高允許溫度，鋁及鋁鎂（隹）合金可取200*銅導體取300”在不同的工作溫度.不同材料下,C值可取袤7.L8所列數(shù)值。«7.1.8不同工作溫度，不

15、同材料下。值工作濕度V50556065TO75一80S59095100Q5硬削質(zhì)鋁族合金第91的87的押777S73建*1791761741711第1661573、導線材料選擇目前國內(nèi)導線型式有鋼芯鋁絞線、鋁合金絞線和鋁包鋼絞線等。鋁包鋼絞線：一般用于短路容量較大的架空地線上或用于大跨越處，一般工程由于其價格較高而較少采用，需視線路性質(zhì)通過技術經(jīng)濟比較來確定；鋁合金絞線：由于導線較輕，有一定的經(jīng)濟意義；但多年運行經(jīng)驗表明鋼芯對安全運行較有保證，因此近年來610KV都普遍采用鋼芯鋁絞線，而拒絕采用純鋁導線，鋁合金絞線無鋼芯，導線的機械過載能力較低，同時導線電阻率較高，其電能損耗較鋼芯鋁絞線高，在

16、提倡節(jié)能的今天鋁合金絞線更難推廣。對于鋼芯鋁絞線型式的選擇，早期分為輕型（LGJQ、正常型（LGJ）和加強型（LGJJ）。以往正常情況下，截面在本300及以上多選用輕型，240及以下選用正常型，大跨越選用加強型，近幾年來有減少鋼芯的趨勢。在最新出版的國家電網(wǎng)公司輸變電典型設計中，300mm2的導線一般采用40mm2鋼芯（鋼管桿因安全系數(shù)提高，鋼芯可降為25mm；240mm的導線鋼芯已從以往常用的40mrri降為30m和導線重量減少4.1%;其余95150mrri的導線如均降低一號鋼芯，導線重量可減少8.614%。雖然減少鋼芯使導線弧垂稍有增加，有可能增加電桿數(shù)量，但總的來說基建投資仍可節(jié)省一些；此外，減少鋼芯后導線與地線更易配合，桿頭尺寸也可以小些，導線張力減少，也可減輕耐張桿塔的荷載。難說減少鋼芯后導線的安全系數(shù)仍和過去一樣（不少于2.5）但其過載和抗振能力要差些。綜上所述，我們考慮在一般地區(qū)，鋼芯鋁絞線的選型可適當減少鋼芯截面（即選用輕型鋼芯鋁絞線），但在結冰較大、導線振動較嚴重或大跨越的地區(qū)不宜采用。4、結束語導線的選型是多方面的因素，目前國內(nèi)通常采用經(jīng)濟電流密度選擇導線截面，在根據(jù)運行環(huán)境選擇導線的材質(zhì)，本文總結了一些常用的選擇導線方法，給廣大同行參考。5、參考文獻