計算架空線路載流量

1、計算架空線路載流量如何計算架空線路載流量呢？一、通過對輸電線路導線溫度、接點溫度，計算出導線當前的實際載流量 我們知道導線溫度國標是70度，和載流量有什么關系，導線最大載流量是多少. 1.1導線允許載流量的計算導線的溫度與導線的載流量、環(huán)境溫度、風速、日照強度、導線表面狀態(tài)等有關， 對于確定的環(huán)境條件，導線的允許載流量直接取決于其發(fā)熱允許溫度，允許溫度越高， 允許載流量越大。但是導線發(fā)熱允許溫度受導線載流發(fā)熱后的強度損失制約，因此架空 導線的允許載流量一般是按一定氣象條件下導線不超過某一溫度來計算的，目的在于盡 量減少導線的強度損失，以提高或確保導線的使用壽命。允許載流量的計算與導體的電阻率、

2、環(huán)境溫度、使用溫度、風速、日照強度、導線 表面狀態(tài)、輻射系數(shù)及吸熱系數(shù)、空氣的傳熱系數(shù)和動態(tài)黏度等因素有關。導線的最高 使用溫度按各國的具體情況而定，日本、美國的導線最高使用溫度允許到90C，法國 為85C，德國、荷蘭、瑞士等國允許到80C，我國和前蘇聯(lián)允許到70Co架空導線載流量的計算公式很多，但其計算原理都是由導線的發(fā)熱和散熱的熱平衡 推導出來的，熱平衡方程式為Wj+WS=WR+WF式中，Wj為單位長度導線電阻產(chǎn)生的發(fā)熱功率,W/m； WS為單位長度導線的日照吸熱 功率，W/m； WR為單位長度導線的輻射散熱功率，W/m； WF為單位長度導線的對流 散熱功率，W/m。各國在計算過程中考慮的

3、各個因素有所不同，使其公式的系數(shù)不同，但計算結(jié)果相 差不大。以英國摩爾根公式和法國的公式作比較，其計算值相差1%2%。其中英國 摩爾根公式考慮影響載流量的因素較多，并有實驗基礎。但摩爾根公式計算過程較為復 雜。在一定條件下將其簡化，可縮短計算過程，適用于當雷諾系數(shù)為1003000時，即環(huán)境溫度為40C、風速為0.5m/s、導線溫度不超過120C時，可用于直徑 為4.2100 mm的導線載流量的計算。載流量計算公式如下.沮丘曲+疵陽(日+% +以焚弓-( +濟歹-a:l:D式中，0為導線的載流溫升，C； v為風速，m/s； D為導線外徑，m； 為導線表面的 輻射系數(shù)(光亮新線為0.230.46，

4、發(fā)黑舊線為0.900.95)； S為斯蒂芬-包爾茨曼 常數(shù)5.67x10-8W/m2； ta為環(huán)境溫度，C； as為導線吸熱系數(shù)，光亮新線為0.230.46, 發(fā)黑舊線為0.900.95； kt為t(t=0+ta)C時的交直流電阻比;Rdt為tC時直流電阻； Is為日光對導線的日照強度，W/m2。我國現(xiàn)行標準導線載流量計算，采用的就是以上 計算公式。載流量公式確定后，所選取的參數(shù)對計算載流量的影響很大，表1為收集到的有關 國家載流量的計算參數(shù)。表1有關國家載流量的計算參數(shù)邊界條件中國肆a本。技國.4美國+IEC英國P育關專 客.季4m家建議口 夏季酷嫉地區(qū)E環(huán)境湍度口40 口#q5 hP.20

5、35 口風速而L f0.5 F0.51. 00.61 F1. 00.45 P 450.22 f日照強度即m與1000 41000goo*. Vgao850 PB50刀1050 萬啜切系數(shù)0.90.90. 50.50. 5C.S0. 9 -P0.9尸幅射系數(shù)q0.G Q口. 6 q0.5 q0. 6口. qo.g q導張溫度角3 口T0 口go中85中90 口Q15vl00 口50-120 P注：美國對日照強度的計算還考慮了太陽高度、太陽方位角、線路的方位角、海拔高 度等因素。其他算式均以日照強度綜合概括了以上因素的影響?，F(xiàn)用摩爾根公式，環(huán)境溫度ta取40C，采用中國和IEC條件，進行載流量計算

6、， 計算結(jié)果如表2所示。表2用摩爾根公式計算的載流量導型 號LGJ -400/20 矽LGJ -400/25 LGJ 如口/35LGj -4QQ/5Q LGJ -4Q0/65 PLGT -400/5 中國參數(shù)工曲參5955835834592EQTi608 i制1Jr導翳溫度+7WCJr73247S0i77&i比值q+i4 .+1.沃尸1.255 甲1.256 蘋1.253 F1雄戶1. 276 戶我國參數(shù)邛。參70729 XT4E752 i767 i數(shù).!:X導裁溫度+ 80Tj8而37443SG +鴕84比值4I41.201.iyy #1.199 *,1. 19& 31.S10 4通過對導線

7、載流量的各個邊界條件影響的分析，得出以下結(jié)論：邊界條件對導線載流量計算影響比較大，由于各國根據(jù)本國的條件(環(huán)境強 度、日照強度、吸熱系數(shù)等)取值各有不同，因此計算出的載流量相差較大。以我國和 正C的條件分別計算的載流量，相差在15%20%左右。因此選擇適合于本地區(qū)的計算 邊界條件是非常重要的，也是需要進行進一步研究的問題。導線表面輻射系數(shù)和表面的吸熱系數(shù)，主要是由導線的新舊決定，雖然它們 各自對導線載流量有一定影響，而且影響是相反的，但它們對導線載流量的綜合影響要 小得多，在導線使用溫度范圍內(nèi)，大約為1%2%。風速對導線載流量影響很大：v=0.5m/s比v=0.1m/s時的載流量要大40%，

8、而v= 1.0m/s比v=0.5m/s時的載流量要增大15%20%，所以風速的取值值得研究。 據(jù)國外研究表明，風向與導線的夾角不同，對載流量的大小也有影響。日照強度對載流量也有影響。日照強度為100W/m2較1000W/m2的載流量 要提高15%30%，但日照從1000W/m2減少至900W/m2時，載流量僅提高1%4%。（5）溫度對載流量的影響很大：從導線溫升e與載流量的關系可以看出，在溫升 的初始階段，載流量上升很快。環(huán)境溫度e4cr時，導線溫升每升高5c,載流量要 增加10%； e40c時，導線溫升每升高5C,載流量要逐漸減少，從8%降至2%?？傊?，影響導線載流量的邊界條件，一部分為外界

9、環(huán)境條件，如風速、日照強度、 環(huán)境溫度等，這是與輸電線路所處的自然條件有關。另一部分是與導線有關的，如導線 的吸熱系數(shù)、輻射系數(shù)、導線允許溫度、導線直徑等。導線的吸熱、輻射系數(shù)綜合影響 載流量是不大的，當導線直徑（截面）一定時，導線允許溫度的取值就成為影響載流量 的主要因素。根據(jù)以上的分析計算，提高華東電網(wǎng)現(xiàn)運行線路的載流量有2種方法：導線允許 運行溫度不變，根據(jù)運行環(huán)境實際情況，核算線路載流量，對受限線路載流量進行精細 管理。如通過在線測量線路的實際風速、日照強度和實際環(huán)境溫度，計算確定線路的載 流量。環(huán)境溫度仍按+40 c考慮，線路風速和日照強度完全按規(guī)程要求，提高導線允 許運行溫度。方法

10、一的優(yōu)點是現(xiàn)行運行標準不變，線路運行安全性不變，但需要研發(fā)在線風速、 日照檢測和數(shù)據(jù)傳輸裝置，需要一定的研發(fā)周期；方法二適合迎峰度夏時期，但導線運 行溫度將超過目前規(guī)程規(guī)定導線允許運行溫度+70C，并由此帶來3個問題：不符合 現(xiàn)行設計標準（現(xiàn)行標準要求導線最高溫度為+70C）:對導線、配套金具的機械強 度和壽命有不同程度的影響；由于溫度提高，導線孤垂的增加，對地及交叉跨越空氣 間隙距離減小，影響線路對地及交跨的安全裕度，影響程度取決于線路走廊的實際情況。本文重點介紹通過提高導線允許溫度（第二種方法），確定導線載流量的方法。2提高導線允許溫度有關問題的探討2.1對導線及配套金具機械強度的影響導線

11、在高溫下運行時會緩慢退火、老化，使其強度損失，強度損失隨導線溫度和加 熱時間的增加而增大，間斷加熱對強度損失具有累積作用，國際上通常認為在電流長期 作用下的導線瞬時破壞張力的降低不應大于5%10%。1999年修訂線路設計規(guī)程的 調(diào)查中，得到54/7鋼芯鋁絞線的強度損失見表3。表3溫度對導線強度損失工作溫度廣C p運行時司/h1 000 甲10 000 甲351 4曳4100 F-2%-3： 0% F1980年國際大電網(wǎng)會議的報告中提出鋼芯鋁絞線的強度損失數(shù)據(jù)說明，鋼芯鋁絞 線在短時間受熱90150C時，其強度并未遭受損失，反而有所提高，這可能是由于其 線股在受熱后調(diào)整伸長和位移使受力條件得到改

12、善，鋼芯強度能更好利用的結(jié)果。報告 認為僅從導線耐熱的角度考慮。鋼芯鋁絞線可采用150C，但為了避免接頭氧化而損壞， 在連續(xù)運行時，它們的溫度必須不超過70 Co2002年，電力建設研究所為提高導線發(fā)熱允許溫度進行了單絲和整線及其配套金 具的發(fā)熱試驗，并結(jié)合我國實際情況選擇了 LGJ-185/30、LGJ-400/35、LHBGJ -400/50和ACSR -720/50等4種常用的導線為代表。試驗結(jié)果表明： 絞前單絲80C持續(xù)加溫時硬鋁或鋁鎂硅合金線強度損失率均小于5%；導線溫度由70C 提高至80C，對導線強度損失率的增大不超過1%。絞前線材在恒定溫度加熱下的強 度損失率見圖1o2 098

13、76543?- 1o。3.06鋁合金線再54硬鋁線歸22硬鋁線0 (S3 02硬鋁線p。302植鋅鋼絲0 5060 7C 8090100110wrc圖1絞前線材在恒定溫度加熱下的強度損失率絞后線材持續(xù)高溫后的強度損失率與絞前基本相同。硬鋁線在80C條件下經(jīng)1000h 加熱后，與常溫20C相比強度損失率相差不到5%；鋁鎂硅合金和鍍鋅鋼線強度損失率沒有變化。此外，4.54、3.22和3.02硬鋁 線持續(xù)加溫90C、1000h后，強度損失率分別為3.91%、5.08%和6.58%；加溫100C、 1000h后，強度損失率分別為6%、6.76%和9.4%。由此說明強度損失率與線徑有關，越細損失越快。結(jié)

14、果表明，4種導線在80C和 90C持續(xù)高溫下的綜合強度損失率分別小于4%和 6%。試驗觀測的4種導線在高溫下溫度膨脹系數(shù)和彈性模量變化很小。歸納以上情況，可以看出提高導線允許最高溫度到80C，對導線本身來說并不影 響其安全運行。2.2溫度受連接處接觸傳導面穩(wěn)定性的影響線路上的導線連接點數(shù)量非常多，以500kV單回路為例，按一個導線端部為一個連 接端，并按導線盤長2km、每公里2.5基塔、耐張塔占15%計算，估計100km線路含 有3000多個壓接端頭。這些連接部件都在野外施工、運行，承受大電流、大張力和氣 候變化的影響，處于較為苛嚴的工作狀態(tài)。大量存在于導線連接處的接觸傳導表面，經(jīng)歷長期戶外運

15、行后，難免氧化衰變。為 了避免陷入接觸電阻和溫度升高的惡性循環(huán)，各國都將導線允許最高溫度，限制得低于 導線本身所能承受的溫度。1980年國際大電網(wǎng)會議架空線專業(yè)的報告提出為避免接頭氧化，在連續(xù)運行時，它們 的溫度不得超過70C。有鑒于此，1976年和1999年修訂我國線路設計規(guī)程時，也對 一般線路鋼芯鋁鉸線的允許最高溫度限制為70C，對大跨越線路則允許為90C。2002年在電力建設研究所做的提高導線允許溫度的試驗中，測得壓接金具溫度均低于 導線溫度，見圖2,交流電阻約為等長導線的0.350.65倍，均與國內(nèi)外其他觀測結(jié)果 類似?？梢娕涮捉鹁咴谳d流時的工作情況，優(yōu)于導線本身。導線溫度/笆圖2導線

16、溫度與金具平均溫度之差隨導線溫度變化關系由上述情況可見，提高導線允許最高溫度，并不影響其配套金具的安全運行。2.3調(diào)整對地和交叉跨越間距對安全間距的選擇，首先要分析一下現(xiàn)行線路設計標準是否合理?，F(xiàn)行標準規(guī)定導 線與地面的距離是根據(jù)最高氣溫情況或覆冰無風情況求得的最大孤垂，不考慮由于電 流、太陽輻射引起的孤垂增大，華東地區(qū)設計導線與地面的距離是根據(jù)最高氣溫 (+40C )來校核的。標準只要求送電線路與標準鐵路、高速公路及一級公路交叉時， 如交叉檔距超過200m，最大孤垂按導線+70C計算。研究人員選擇了 21種導線，在4種氣象條件下，以傳統(tǒng)的計算方法計算了 40、70、 80C導線孤垂，見表4。

17、由表4可知：對于按40C孤垂定位的500kV線路，在I、11、 III氣象類，當l=lp時，70C孤垂都能滿足規(guī)程要求，除對山巖和百年洪水位外，80、 90Cm垂也都能滿足要求。1=11時，除lp=300m情況之外，70C孤垂均能滿足規(guī)程要 求，80、90C孤垂不能滿足規(guī)程要求。1=12時，70、80、90C孤垂均不能滿足規(guī)程要 求。在IX氣象區(qū)中，高溫孤垂增大比I、II、W氣象分類小。當lp=300m，l=l1時， 70C孤垂已不能滿足規(guī)程要求；在任何檔距下，當l=l2時，70C均不能滿足規(guī)程要求。 表4 4種氣象條件下40、70、80C導線孤垂代表檔類距100 hP200 乎l&W!300

18、 4240 P400 -Psoa 中600甲3G0 4400甲RqqL500 4300 4虹WCI6G0 f700 4800 f300 中4oa fK -FOO革720 qfiOO fIF II+1 185/10 *+100/15 戶4300/25,甲O.BO hP0.95 乎1.15 hP1.30 -P1.451.50D. 80 V1. 5 F1. 50 41. 751. 90Z 00 F1.201 :英1.451.551.S0300/25 1.65H-720 4 1/25K-720 *F1 5DQ革1.75fl.TCiA 3 +Il *1 00 p2501. 503501. 3S 4450

19、2.155502. 2S 450,507501.90.2.40.552.65Z.75.052.50.朋3 15上尸400 P500600 4TOO800 900 Fgoo iloo pA E/mFA Ef m1=氏戶_f=L 中1=上戶H +5.B0 9.75 P5. 0012.-SO I/m 甲也+導線類VJ/m 口IX 口也菖X鄉(xiāng)Jx 2I： 口J=_Jx巨J=-rzJ=J: +nJ - (1854 + 240X2 310Q 40. 55 褓C. TO 5Q. M點2504Q0泓10 . 704.印11.505. 55L4;出200 P240/550. 75 W1. 00 #1. 25 曰

20、溯D500絲所4. 053. IDe. 3E 4；3 057. 853000. 551. 10 中1. 404506001.90. 3, 40巳R4. 5C +3. 105. 55400 P中0. 90 WI. 15 #1. 45 日550700，I.B52. 70有口3. 55 +754. 405000. 901. 01. 456508001.50擔30巳CO3：00 +2. 50.3; T5B00 口日0. 90 早1. 20 星1. 50 日7E0goo1.402. 00L E52. 70 42.-30*5J - .300) 11X2 #30Q Q30U/TQ0. 90 點1印街1. 5

21、0 點5W7Q02.554, 953. W5,55 *4. 15S. 10400 P0. 95 W1. 251. 50 曰6003002. 15,a SO2; E5S. OE +.W. 556 30500 r1 00 V1 30掉1. 60 F7009G01 903 IS乏. E54.20 *3. 153如6001. 00 舊1. 301. 65 日30010001.75：2. 75253：-BE 42. 904. 55TOO尸I. 001. 35 矽1. 659C011001.652 45猝D%：距+W T54. 10800 口1. 001. 35 #1. B5 刀100012001.552

22、： 25S. 103. 00 4芷603： 75丁 - C400) iX-2- P300 P400/95I. 00 FI. 301. 60 F500TOOQ：一 755. 40.3 E57 10 +4.506. 80400 P日1. 05 曰1. 401. 75 日600BOO2.404. 253. 155. 6E +3： 957. 00500尸1. 101. 45 F1. 80700900您一 1560冠54. T5 +的,SS5. 90B00 口1. 15 舊1. 50 星1. 35 日00010002.005. 10足.54. 15 4歸：30E. 15注：表中的Af1 Af2 Af3分

23、別表示70、80、90C孤垂與40C孤垂之間的差值。因此若按+70C來校核對地距離，現(xiàn)行運行線路對地距離在設計時有很多地方已不 滿足要求。若按+40C來校核是合理的，現(xiàn)行標準要求的對地距離就有很大的裕度。因此我們根據(jù)現(xiàn)行線路的設計標準，且考慮的是在一回線路故障的情況下，提高另 一回線路的短時載流量，確定了導線溫度在+80Cm垂時交叉跨越和對地距離的確定原 則：若將現(xiàn)行線路設計標準對活動目的物距離考慮操作過電壓間隙，對相對固定的目的 物考慮雷電過電壓間隙;對電桿距離增加2.5m是針對可能上桿的維修人員的活動空間， 考慮農(nóng)器具高度一般不超過4.2m和公路限高一般不超過4.5m，大氣過電壓距離為 3

24、.2m，帶電作業(yè)距離為3.3m，根據(jù)車輛多少，確定安全裕度分別為1、2、3m。確定 在+80C孤垂下交叉跨越和對地距離，如表5所示。表5 +80C下導線內(nèi)控距離變.蹬物中內(nèi)桎距離花MCAn早規(guī)程要求4十如以m =規(guī)程要求！mem廣電力線48C3：.34O. 5 )S 42.5 4逋信線3- 8(3： 3+0. 5) *8. 52. 5 -p對桿頂【塔頂)5. 5C2. 5+2. 5+0. 5J- e日.S對地#8. 0(4. 5+2： 5+1)10.5/41 J/DIV$4DIV ali gn=center41+J變也物嫉內(nèi)控距爵MDYJm曰粗程要求，4 .規(guī)程要求、+70/m 4土公路q9.

25、 0 (4. 5+2. 5+2)刀10.5/11 小q等綴公路*10 0(4.5f2.5Oj;*J14辛樹術9T, 574?注：括號中2.5m和3.3m分別為操作和帶電作業(yè)間隙，4.5m考慮農(nóng)器具和公路 限高；其他為裕度：1、2、3m為安全裕度，0.5m為測量誤差。3提高線路輸送容量試點工作3.1工作重點為了緩解蘇南地區(qū)2003年迎峰度夏用電緊張形勢，研究人員確定武南至斗山5265、 5266線、斗山至石牌5267、5268線，這4條迎峰度夏潮流受控線路作為提高線路輸 送容量的試點工程。根據(jù)以上的研究分析，確定工作的重點為：測量和校核這4條線路在+80C孤垂 下的交跨情況；檢查這4條線路的金具連接情況；校核這4條線路間隔的相關其他 變電設備的過流能力。通過對這4條線路交跨距離的現(xiàn)場測量和+80C下的孤垂校核，共有多處交跨 未達到內(nèi)控距離，各相關供電公司對未達到內(nèi)控距離的交跨距離進行了處理。通過對連接金具多次紅外測溫結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導線接續(xù)管連接良好，未發(fā)現(xiàn)溫度 異?，F(xiàn)象，對由螺栓連接松動、螺栓銹蝕等引起溫升異常的耐張線夾，全部進行了處