架空線路導(dǎo)線截面選擇及其經(jīng)濟(jì)效益分析

黃洪

摘要：架空導(dǎo)線適用于交流額定電壓35kV及以下架空電力線路，導(dǎo)線截面選擇是實(shí)際應(yīng)用中極為重要的工作。文章從實(shí)際例子出發(fā)詳細(xì)介紹了導(dǎo)線截面的選擇方法、截面選擇應(yīng)注意的問(wèn)題及針對(duì)實(shí)際例子對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：架空線路；導(dǎo)線截面；線損；電壓降校驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM751 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）11-0040-03

線損是供電量與售電量之差，是供電企業(yè)的一項(xiàng)重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際工作中可采取多種方式降低線損，包括提高功率因素、選定負(fù)荷中心的最近位置、減少輸配電層次以及按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇供電線路截面積。本文將結(jié)合實(shí)例分析如何按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇供電線路截面，并分析了此方法的安全特性和經(jīng)濟(jì)特性。

實(shí)例：**省**市**地區(qū)有35kV架空線路，線路全長(zhǎng)50km，導(dǎo)線型號(hào)LGJ-120/20（20km）、LGJ-95（30km）。其導(dǎo)線電阻分別為R1=0.27Ω/km，R2=0.33Ω/km，電抗分別為X1=0.379Ω/km，X2=0.386Ω/km。最大負(fù)荷為6400kW，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4800h。設(shè)計(jì)一個(gè)線路改造方案使其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 導(dǎo)線截面選擇

1.1 選擇導(dǎo)線截面

按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。選擇導(dǎo)線要同時(shí)考慮安全性和經(jīng)濟(jì)效益。導(dǎo)線截面面積越大，線損越小，但投資成本會(huì)上升；導(dǎo)線截面面積越小，線損越大，很難滿(mǎn)足以后發(fā)展的需要，同時(shí)安全性會(huì)降低。在工程應(yīng)用中，最好的方法是按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面面積。

結(jié)合上述實(shí)例計(jì)算導(dǎo)線截面積，導(dǎo)線截面面積的計(jì)算公式為：

S——導(dǎo)線截面積，mm2

Imax——導(dǎo)線最大工作電流，A

j——經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2

其中Imax可由式（2）計(jì)算所得：

Pmax ——最大負(fù)荷功率，kW

Ue——線路額定電壓，kV

cosφ——功率因素，取0.95

由最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)和導(dǎo)線型號(hào)，查表1國(guó)家最新公布的電流密度表，可得經(jīng)濟(jì)電流密度j=1.15A/mm2。將各變量值代入得S=6400/×35×0.95=111mm2。應(yīng)該選擇截面面積大于111mm2的導(dǎo)線，取S=120mm2或S=150mm2，即LGJ-120或LGJ-150。

1.2 校驗(yàn)導(dǎo)線截面

1.2.1 按載流量校驗(yàn)導(dǎo)線截面。按載流量校驗(yàn)導(dǎo)線截面應(yīng)滿(mǎn)足導(dǎo)線最大工作電流Imax不大于導(dǎo)線長(zhǎng)時(shí)允許電流Ial的條件，即Ial≥Imax。由表2查表可知LGJ-120在最高允許溫度70℃時(shí)，長(zhǎng)時(shí)允許電流Ial=380A，由式（2）計(jì)算可得Imax=105.6A，滿(mǎn)足要求。同理，LGJ-150也滿(mǎn)足要求。

架空線路各種裸導(dǎo)線發(fā)熱的極限允許溫度不得超過(guò)70℃

1.2.2 按電壓降校驗(yàn)導(dǎo)線截面。利用電壓降進(jìn)行導(dǎo)線截面積校驗(yàn)的公式：

?u%——電壓損耗百分率

R0——導(dǎo)線電阻率，Ω/km

X0——導(dǎo)線電抗率，Ω/km

φ——功率因素角，取tgφ=0.75

P——最大負(fù)荷功率，kW

L——線路長(zhǎng)度，m

Ue——線路額定電壓，kV

代入公式（3）可知LGJ-95線路的電壓降?u%=6.8%，LGJ-120線路的電壓降?u%=5.8%。根據(jù)規(guī)定電壓降應(yīng)不超過(guò)10%，故LGJ-95和LGJ-120均滿(mǎn)足要求，同理可計(jì)算出LGJ-150也滿(mǎn)足要求。

1.2.3 按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面。導(dǎo)線截面的選擇必須滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度的要求，因?yàn)閷?dǎo)線本身的重量以及自然界的風(fēng)、雨、冰、雪現(xiàn)象，會(huì)使導(dǎo)線承受一定的壓力，只有導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度選擇足夠大，才能保證供電線路的安全運(yùn)行。按機(jī)械強(qiáng)度要求的導(dǎo)線最小截面為25mm2。三種導(dǎo)線均滿(mǎn)足要求。

1.2.4 按電暈校驗(yàn)導(dǎo)線截面。在高壓輸電線中，導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，導(dǎo)線周?chē)目諝饩蜁?huì)發(fā)生游離，形成放電。這種放電現(xiàn)象就是電暈。在高海拔地區(qū)，110～220kV線路及330kV以上電壓線路的導(dǎo)線截面往往電暈現(xiàn)象很明顯。對(duì)于35kV的線路，電暈現(xiàn)象不明顯不予考慮。

1.3 截面選擇應(yīng)注意的問(wèn)題

1.3.1 確定導(dǎo)線截面面積時(shí)，既要考慮用戶(hù)的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，又要考慮用戶(hù)群對(duì)電能需求量的遞增速度，通常按照5～10年的發(fā)展情況來(lái)考慮。故確定截面面積時(shí)應(yīng)該選擇比理論值稍大的截面面積。如當(dāng)理論計(jì)算面積為S=111mm2時(shí)，其實(shí)際取值應(yīng)該比S大。

1.3.2 導(dǎo)線截面的選擇除了滿(mǎn)足輸電功能、經(jīng)濟(jì)性和安全性外，還應(yīng)該考慮環(huán)境影響。典型的環(huán)境干擾因素包括電暈現(xiàn)象、無(wú)線電干擾、噪聲等。針對(duì)不同的地理環(huán)境，各種干擾的影響程度不同。例如：在110kV以上的高壓環(huán)境下電暈現(xiàn)象不可忽視；在無(wú)線電信號(hào)覆蓋密集的地方要考慮其對(duì)導(dǎo)線的影響；在一些嘈雜的環(huán)境下還應(yīng)該考慮噪聲對(duì)導(dǎo)線的影響。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益分析

由經(jīng)濟(jì)電流密度可以確定用于線路改造的導(dǎo)線型號(hào)可以為L(zhǎng)GJ-120和LGJ-150，改造方案如下：

方案一：用LGJ-120替換原線路中長(zhǎng)度為30km的LGJ-95，使整個(gè)線路全為L(zhǎng)GJ-120。

方案二：用LGJ-150替換原線路中長(zhǎng)度為30km的LGJ-95，使線路中30km為L(zhǎng)GJ-150，20km為L(zhǎng)GJ-120。

方案三：用LGJ-150替換全長(zhǎng)50km的所有線路，從而使整個(gè)線路全為L(zhǎng)GJ-150。

下面針對(duì)以上三種方案分析、對(duì)比其經(jīng)濟(jì)效益。

1.4.1 導(dǎo)線成本計(jì)算。LGJ-95導(dǎo)線的重量為401kg/km，LGJ-120導(dǎo)線的重量為495kg/km，LGJ-150導(dǎo)線的重量為598kg/km。價(jià)格均為14元/kg。下面分別對(duì)三種方案進(jìn)行成本預(yù)算。

方案一：更新導(dǎo)線的成本=495×30×14=207900（元）

方案二：更新導(dǎo)線的成本=598×30×14=251160（元）

方案三：更新導(dǎo)線的成本=598×50×14=418600（元）

1.4.2 節(jié)約能耗計(jì)算。線路中的能耗損失主要是輸電導(dǎo)線截面的電能損失，即線損。其理論計(jì)算方法一般采用最大功率損耗時(shí)間法，其計(jì)算公式為：

?A——理論電能損耗，km·h

Imax——導(dǎo)線最大負(fù)荷電流，A

R0——導(dǎo)線電阻率，Ω/km

L——線路長(zhǎng)度，m

τ——最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)，h

根據(jù)已知條件，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax=4800h，且cosφ=0.95，由Tmax-τ曲線可以得出最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)τ=2900h。下面分別計(jì)算三種方案每年的電能損耗。

方案一：?A=3×（105.6）2×0.27×50×2900=1309727（元）

方案二：

方案三：?A=3×（105.6）2×0.21×50×2900=1018677（元）

原線路電能損耗：

按照國(guó)家規(guī)定，當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為階梯電價(jià)，月用電量50度以?xún)?nèi)，電價(jià)為0.538元/度；51～200度之間的用電量，電價(jià)上調(diào)為0.568元/度；超過(guò)200度的用電量，電價(jià)為0.638元/度。按照當(dāng)?shù)厝N用戶(hù)的比例確定其平均電價(jià)為0.55元/度。計(jì)算得四種線路的電能損耗如表3所示：

下面針對(duì)三種方案分別分析其經(jīng)濟(jì)效益。各方案每年節(jié)約能耗的經(jīng)濟(jì)值計(jì)算如下：

每年節(jié)約能耗的經(jīng)濟(jì)值=0.55×（原線路電路損耗-各方案電路損耗）

如果采用方案一，計(jì)算得每年節(jié)約96047元。同理方案二、三每年分別節(jié)約192093元和256124元。而各方案的成本投入分別為207900元、251160元和418600元。各方案收回成本所需時(shí)間計(jì)算公式如下：

收回成本所需時(shí)間=成本/每年節(jié)約能耗的經(jīng)濟(jì)值

通過(guò)計(jì)算，各方案收回成本需要的時(shí)間分別為2年2個(gè)月、1年3個(gè)月和1年8個(gè)月。雖然從成本收回時(shí)間上看方案二是最優(yōu)的，但在收回成本后，線路的電能損耗則是針對(duì)經(jīng)濟(jì)效益需要考慮的主要問(wèn)題。方案三雖比方案二多花6個(gè)月收回成本，但在方案投入使用2年后，方案三比方案二每年節(jié)約64031元，如果考慮線路的運(yùn)行時(shí)間為10年，則在2年收回成本后，方案三比方案二在后8年時(shí)間內(nèi)共節(jié)約64031×8=512248元。故綜上所述，選擇方案三。

2 結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)際例子出發(fā)詳細(xì)介紹了導(dǎo)線截面的選擇方法、截面選擇應(yīng)注意的問(wèn)題及針對(duì)實(shí)際例子對(duì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析和研究。

選擇正確的導(dǎo)線截面和更改方案對(duì)于能源節(jié)約尤為重要，同時(shí)結(jié)合“美麗中國(guó)”的時(shí)代背景，減少能源損耗也是社會(huì)價(jià)值觀的體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）