優(yōu)化導(dǎo)線截面的選擇以降損增收

崔建軍　徐輝　林向榮

引言

隨著我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活條件的不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)電源的需求量越來越大。降低配電系統(tǒng)的電能損耗、節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為國家、電力行業(yè)以及普通民眾所共同關(guān)注的議題。配電系統(tǒng)的輸電線路，是電能損耗的關(guān)鍵部位，也是損耗最大的環(huán)節(jié)。合理的選擇輸電導(dǎo)線的截面，不僅能夠保證配電系統(tǒng)安全和可靠的運(yùn)行，而且對(duì)電力運(yùn)營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也有著重要影響。為此，研究并改造老舊輸電線路的導(dǎo)線截面，確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的降損增收至關(guān)重要。

1、導(dǎo)線截面選擇的技術(shù)要求

導(dǎo)線的選擇主要分為兩部分內(nèi)容：其一是導(dǎo)線的使用環(huán)境、敷設(shè)方式、型號(hào)及結(jié)構(gòu)要求；其二是導(dǎo)線截面的選擇。選用的導(dǎo)線要根據(jù)實(shí)際情況，主要考慮五個(gè)方面因素：1）機(jī)械強(qiáng)度；2）電暈條件；3）電壓損耗；4）發(fā)熱問題；5）經(jīng)濟(jì)條件。

1.1機(jī)械強(qiáng)度

敷設(shè)的導(dǎo)線要承受其自身重量、拉力以及風(fēng)雪等外界環(huán)境的影響，使導(dǎo)線的內(nèi)部產(chǎn)生一定應(yīng)力，這需要導(dǎo)線具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，因此，選用的導(dǎo)線截面不可過小。目前，架空線路在我國劃分為三類，即：大于35KV的電網(wǎng)線路為Ⅰ類線路，1～35KV為Ⅱ類線路，小于1KV為Ⅲ類線路。

1.2電暈條件

如果高壓輸電線路的導(dǎo)線外徑過小，其輸配電過程中產(chǎn)生的電暈，將對(duì)會(huì)無線電、電能損耗量構(gòu)成嚴(yán)重的影響，因此，導(dǎo)線外徑應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)以及理論分析來確定。

1.3電壓損耗

當(dāng)電網(wǎng)輸送功率一定時(shí)，如果導(dǎo)線截面越小，其電阻、電抗越大，電能損耗量也越多，同時(shí)，電網(wǎng)的調(diào)壓工作也越發(fā)困難。所以，在考慮容許一定電壓損耗的情況下，可根據(jù)電壓損耗來確定導(dǎo)線的截面，尤其是在地區(qū)性電網(wǎng)的改造和建設(shè)而選擇導(dǎo)線截面上非常重要。

1.4發(fā)熱問題

電流在通過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)由于導(dǎo)線電阻而出現(xiàn)發(fā)熱問題，如果溫度過高，將對(duì)導(dǎo)線外絕緣層造成損壞。而對(duì)不同材料、絕緣和截面情況的導(dǎo)線，均存在一個(gè)規(guī)定的安全截流量，因此，選用的導(dǎo)線應(yīng)參考導(dǎo)線的安全截流量。

1.5經(jīng)濟(jì)條件

導(dǎo)線截面的經(jīng)濟(jì)條件，即為按照經(jīng)濟(jì)電流密度的原則確定導(dǎo)線截面。當(dāng)輸送功率一定時(shí)，導(dǎo)線截面越小，其電能損耗越大，電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用也越高；如果選取較大的導(dǎo)線截面，其工程投資及維修費(fèi)用則相對(duì)較高，增加了費(fèi)用支出。所以，在選擇電網(wǎng)導(dǎo)線時(shí)，要綜合考慮影響經(jīng)濟(jì)效益的各方面因素，確定最經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)線截面。

2、導(dǎo)線截面的選擇方法

電力網(wǎng)導(dǎo)線截面的選擇方法有很多，但終歸為兩大類，即：估算法和計(jì)算法。

2.1估算法

估算法就是通過估算導(dǎo)線的載流量，而確定導(dǎo)線截面的一種規(guī)律與經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的方法。估算法的關(guān)鍵是根據(jù)我國標(biāo)稱截面的載流量，找出截面和載流量的倍數(shù)關(guān)系，再根據(jù)不同的條件配以修正系數(shù)，編制并記憶這些口訣。

以鋁芯絕緣線為例，其標(biāo)稱截面為1、1.5、2.5、4、6、10等，在環(huán)境溫度為25℃時(shí)，其載流量可編制口訣“10下五，百上二，25、35四三界，70、95兩倍半”。其中，“10下五”代表截面小于10的導(dǎo)線，其載流量為截面值的五倍；“百上二”代表截面大于100的導(dǎo)線，載流量為截面值的二倍；“25、35四三界”代表截面是25和35的導(dǎo)線，是四倍與三倍的分界點(diǎn)；“70、95兩倍半”代表截面是70和95的導(dǎo)線，載流量為截面值的2.5倍。在交界點(diǎn)的倍數(shù)轉(zhuǎn)換誤差會(huì)稍大，但對(duì)電力系統(tǒng)的整體使用影響不大。

其后，再對(duì)導(dǎo)線的使用環(huán)境溫度、材料及敷設(shè)方法的修正：外部環(huán)境溫度指的是年平均最高溫度，室內(nèi)環(huán)境溫度為最熱月平均最高溫度加5℃，土中直埋電纜，取最熱月地表下0.8～1m處的平均溫度。由于溫度對(duì)導(dǎo)線載流量的影響有限，所以，一般只對(duì)某些大于25℃的較熱地區(qū)或車間等做修正。

2.2計(jì)算法

計(jì)算法選擇導(dǎo)線截面主要有三種，即：按發(fā)熱條件選擇、按電壓損耗選擇和按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。

1）按發(fā)熱條件確定導(dǎo)線的截面。這種方法主要是根據(jù)電流通過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)引起導(dǎo)線溫度升高的原理。由于不同材料的導(dǎo)線，其熔化溫度不同，因此，其允許溫度可通過實(shí)驗(yàn)推斷出導(dǎo)線的安全載流量（允許載流量）。安全載流量指的是在規(guī)定的環(huán)境溫度與敷設(shè)情況下，導(dǎo)線能夠連續(xù)承受的最大電流所引起的溫度。再根據(jù)導(dǎo)線的安全載流量，選擇導(dǎo)線的截面。

2）按電壓損耗確定導(dǎo)線的截面。負(fù)荷電流在通過導(dǎo)線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電壓損耗，其損耗量為導(dǎo)線首末端的電壓代數(shù)差值，再與線路的額定電壓比值，被稱為電壓的變化范圍。對(duì)于電力用戶而言，通常會(huì)對(duì)電網(wǎng)的供電電壓設(shè)定一個(gè)允許的變化范圍，如：小于等于10KV的電壓變化范圍為-7%～+7%；大于等于35KV的電壓變化范圍為±5%～10%；低壓的照明用戶為-10%～±5%。一般取值+5%。

導(dǎo)線截面可按公式S=PL/γ·ΔUR%·UN2求得。其中：ΔUR%=ΔU%-ΔUX%，ΔU%=5%；ΔUX%以平均電抗X0=0.38Ω/Km核算，所以ΔUX%=100Q·L·X0/UN2。UN2為兩個(gè)不同單位中同一數(shù)字相乘，例如：UN=10kv，UN2則為10×102。而對(duì)于低電壓導(dǎo)線的截面，則按照公式S=（PL/C·ΔUR%）計(jì)算。以上兩個(gè)公式中，P為有功功率（KW）；L為輸送距離（m）；ΔU%為電壓的損失百分?jǐn)?shù)，低壓線路可忽略不計(jì)，直接取ΔU%=ΔUR%=5%；C為電壓的損失系數(shù)，單相220V時(shí)，鋁導(dǎo)線為7.7，銅導(dǎo)線為12.9，三相四線時(shí)，鋁導(dǎo)線為46，銅導(dǎo)線為77。因此，在確定輸送的有功功率和距離后，再將ΔU%值導(dǎo)入公式后，即可確定導(dǎo)線截面。

3）按經(jīng)濟(jì)電流密度確定導(dǎo)線的截面。導(dǎo)線的單位截面內(nèi)電流量稱為電流密度。而經(jīng)濟(jì)電流密度，則是指在最低年線路運(yùn)行費(fèi)用時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電流密度。經(jīng)濟(jì)電流密度值的大小，與導(dǎo)線的材料及年最大負(fù)荷的利用時(shí)間相關(guān)，其值可通過查表取得。按經(jīng)濟(jì)電流密度確定導(dǎo)線截面的公式為：S=I/Jec，式中：S為導(dǎo)線截面，Jec為經(jīng)濟(jì)電流密度值。得出的S值為系統(tǒng)的相線選擇，而零線選擇則應(yīng)按照：1）單相供電線路，零線與相線的截面相同；2）三相四線制線路，零線的截面應(yīng)大于相線截面的1/2。

3、選擇導(dǎo)線截面時(shí)應(yīng)注意的問題

導(dǎo)線載流量的大小，不僅與導(dǎo)線的截面、材料相關(guān)，還與其敷設(shè)方式、導(dǎo)線條數(shù)、間距及環(huán)境溫度等有關(guān)。導(dǎo)線載流量列表內(nèi)，已經(jīng)列出了實(shí)驗(yàn)的必需條件，但如果實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際條件有出路時(shí)，就必須要對(duì)導(dǎo)線的載流量進(jìn)行修正后，才能根據(jù)載流量選擇導(dǎo)線截面。選擇的導(dǎo)線截面，在保證電力網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性，以及滿足環(huán)境保護(hù)與輸送電能的要求的同時(shí)，還要兼顧工程建設(shè)及維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。這些影響因素（傳輸性能、環(huán)境影響、輸送容量等）要通過工程投資、導(dǎo)線的機(jī)械和電氣特性三個(gè)方面進(jìn)行分析，在對(duì)各導(dǎo)線截面進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合比較后，擇優(yōu)選用導(dǎo)線。原則上，導(dǎo)線選型要考慮導(dǎo)線的許用溫升、電暈噪聲、無線電干擾等影響；電暈的臨界電壓；機(jī)械強(qiáng)度以及經(jīng)濟(jì)電流密度和輸送容量，盡可能的選擇截面較小的導(dǎo)線。但是，在導(dǎo)線截面選擇的過程中，還需要考慮的是電力用戶在日后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及對(duì)電能需求的增量影響，通常以五到十年的發(fā)展為一個(gè)考慮階段，所以，此因素又需要將其導(dǎo)線截面適當(dāng)?shù)姆糯蟆?/p>

4、結(jié)束語

在電網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)過程中，導(dǎo)線截面的選擇是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其截面的大小，決定著電網(wǎng)系統(tǒng)的輸送容量，也決定著有色金屬的消耗量。當(dāng)選用較小的導(dǎo)線截面時(shí)，工程建設(shè)的投資額降低，但在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，線路損耗量卻變大；如果選用較大的導(dǎo)線截面，線路損耗量減少，但工程投資額卻增加。因此，考慮到既降低工程投資又節(jié)省能源的原則，導(dǎo)線截面的選擇應(yīng)將理論推算與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相互結(jié)合，保證導(dǎo)線選用的科學(xué)性與合理性，確保電力系統(tǒng)長期運(yùn)行的安全性。

（作者單位：1.2國網(wǎng)河北新河縣供電有限責(zé)任公司；3.河北電力工程監(jiān)理有限公司）

作者簡介

1.崔建軍（1965年-）男，漢族，大學(xué)本科，工程師，從事配電網(wǎng)建設(shè)工作.

2.徐 輝（1977年-）男，漢族，大學(xué)本科，工程師，從事配電網(wǎng)建設(shè)工作.

3.林向榮（1982年-）男，漢族，大學(xué)本科，工程師，從事電力工程監(jiān)理工作.