節(jié)能型導線載流量計算及投資分析

林俊哲

[摘 ?要]導線是架空輸電線路的最基本組成元件之一，隨著我國城市經(jīng)濟發(fā)展，線路輸送容量要求逐步提高，但城市線路走廊日益擁擠，如何提高線路通道輸送容量，成為電力設(shè)計的新課題。本文通過對比分析高導電率鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線和中強度鋁合金絞線共3種新型節(jié)能導線的載流量，采用年費用最小法綜合比較各型導線的節(jié)能效果和投資分析，提供一種適合新建或改造線路導線選型的思路。

[關(guān)鍵詞]節(jié)能;新型導線 ;載流量;年費用最小法

中圖分類號：S210.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0143-02

1 概述

近年來，我國導線行業(yè)發(fā)展較快，為達到增容、節(jié)能、改善弧垂特性和防振、防腐性能、降低噪聲和電暈等目標，出現(xiàn)了各式各樣的新型導線產(chǎn)品，簡而言之，同截面單位長度電阻低于常規(guī)鋼芯鋁絞線的導線，都可以稱為節(jié)能導線。本文選取高導電率鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線和中強度鋁合金絞線共3種新型節(jié)能導線，計算其載流量，并采用年費用最小法綜合比較各型導線的節(jié)能效果和投資分析，總結(jié)分析各節(jié)能導線的節(jié)能能力，推薦選出合適的節(jié)能導線。

2 載流量計算

2.1 節(jié)能導線參數(shù)

參照《圓線同心絞架空導線》（GB/T1179-2008），本文初步選擇4種300 mm2截面的導線進行比較，分別為：鋼芯鋁絞線JL/G1A-300/40、鋼芯高導電率鋁絞線JL3/G1A-300/40、鋁合金芯高導電率鋁絞線JL1/LHA1-165/175和中強度全鋁合金絞線JLHA3-340，各種導線的主要技術(shù)參數(shù)見表2-1：

2.2 導線的輸送容量與電氣特性

2.2.1 導線截面及分裂根數(shù)

參考常規(guī)的系統(tǒng)運行方式、選擇具有代表性的線路輸送容量，本文按正常運行最大輸送容量53MVA考慮，根據(jù)《電力系統(tǒng)設(shè)計手冊》對導線截面按照經(jīng)濟電流密度選擇的要求，常規(guī)導線型號初步推薦選用單根300mm2的規(guī)格組合。

2.2.2 導線電流密度的取值

我國幅員遼闊，各地電網(wǎng)的送電成本又有明顯差異，因此各地區(qū)的經(jīng)濟電流密度亦應有所不同，但目前我國尚未制定出適合的數(shù)值，因此，經(jīng)濟電流密度參考原“水電部”1965年頒布的經(jīng)濟電流密度值選擇。

經(jīng)計算，本方案分別考慮每回輸送容量為53MVA，則各導線的電流密度值見表3-2：

由表2-1、表2-2可知，參選導線在正常實際的電流密度約0.81A/mm2，未達到經(jīng)濟電流密度的要求。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，輸電線路各部件（導線、金具、絕緣子、桿塔、基礎(chǔ)）等材料價格的提高，輸電線路最大負荷利用小時數(shù)和銷售電價的改變，以及國家節(jié)能降耗要求的加強，近年來，經(jīng)濟電流密度的取值有下降的趨勢。根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》GB 50545-2010第5.01條規(guī)定：輸電線路的導線截面，宜根據(jù)系統(tǒng)需要按照經(jīng)濟電流密度選擇，也可根據(jù)系統(tǒng)輸送容量，并應結(jié)合不同導線的材料進行電氣和機械特性等比選，通過年費用最小法進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較后確定導線截面。

2.2.3導線的最高允許溫度及載流量

導線最高允許溫度的主要依據(jù)是控制導線允許載流量，導線允許最高溫度主要由導線經(jīng)過長期運行后的強度損失和連接金具的發(fā)熱而定。當工作溫度越高，運行時間越長，則導線的強度損失越大。我國根據(jù)以往線路的運行經(jīng)驗，在《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》GB50545-2010中第5.0.6條規(guī)定：

驗算導線允許載流量時，導線的允許溫度宜按下列規(guī)定取值：

1、鋼芯鋁絞線和鋼芯鋁合金絞線宜采用70℃，必要時可采用80℃;大跨越宜采用90℃;

2、鋼芯鋁包鋼絞線和鋁包鋼絞線可采用80℃，大跨越可采用100℃，也可經(jīng)試驗決定。

本文導體最高允許溫度采用80℃。經(jīng)計算，得到四種導線在80℃時的載流量與在此溫度下的輸送容量如表2-3：

從表2-3可看出，參加比選的四種導線類型在80℃時每回線輸送功率均高于53MVA，均滿足要求。載流量從小到大排列依次為：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。其中，中強度全鋁合金絞線JLHA3-340的載流量和輸送容量最大。

3 年費用最小法

3.1 導線電能損耗

根據(jù)假定條件，輸送容量為2×53MVA時，額定電流對應為276A，線路最大利用小時數(shù)為2500～5000小時，取2500小時和5000小時計算，年損耗小時數(shù)根據(jù)《供用電技術(shù)》（中國科技大學出版社1992年版）提供最大負荷利用小時Tmax與最大負載損耗小時τ和功率因素cosΦ之間的關(guān)系計算。

經(jīng)計算，各導線在最大額定輸送容量下的交流電阻損耗功率和全年電阻損失如表3-1和表3-2：

由表3-1和表3-2可知，以導線JL/G1A-300/40為基準，導線JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340的電阻損耗分別減小了1.8%、6.2%、9.2%，電阻損耗從大到小順序依次為：JL/G1A-300/40、JL3/G1A-300/40、JL1/LHA1-165/175、JLHA3-340。

3.2 年費用最小法綜合比較

年費用最小法是工程方案比較常用的方法，就是用折算年費用評選工程方案。評選的準則是：折算年費用越小，經(jīng)濟效果越好;折算年費用最小的，就是經(jīng)濟上最優(yōu)的工程方案。

年費用法能反映工程投資的合理性、經(jīng)濟性。年費用包含初次年費用、年運行維護費用、電能損耗費用及資金的利息。將各比較方案按照資金的時間價值折算到某基準年的總費用平均分布到項目運行期的各年，年費用低的方案在經(jīng)濟上最優(yōu)。

按電力工業(yè)部（82）電計字第44號文《頒發(fā)“電力工程經(jīng)濟分析暫行條例”的通知》第十五條經(jīng)濟計算—年費行最小法的計算方法，

并假定以下計算條件：

①經(jīng)濟使用年限為30年，建設(shè)期按2年計算，第一年投資60%，第二年投資40%。

②年最大損耗小時數(shù)按按1100小時和3400小時計。（最大負荷利用小時數(shù)對應的損耗小時數(shù)）

③設(shè)備運行維護費率為1.4%。

④電力工程回收率按工程投資的8%計。

⑤上網(wǎng)電價按0.5元/kW.h考慮。

采用節(jié)能導線后的經(jīng)濟性比較可知3種節(jié)能導線的節(jié)能效果要明顯優(yōu)于普通鋼芯鋁絞線，單從節(jié)能效果看，中強度鋁合金絞線JLHA3-340的節(jié)能效果最好，年損耗小時數(shù)在1100和3400h時，經(jīng)濟運行年限內(nèi)每公里線路節(jié)能總量分別達15.6、49萬度;鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175每公里線路節(jié)能總量分別達到10. 2、31.8萬度;高導電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40節(jié)能效果第三。

3.3 對比分析

從以上3種節(jié)能導線與普通鋼芯鋁絞線的經(jīng)濟比較，可看出大致的趨勢如下：

（1）當系統(tǒng)輸送容量越大、最大負荷年損耗小時數(shù)越多，節(jié)能導線的經(jīng)濟性越明顯;

（2）在3種節(jié)能導線中，中強度鋁合金絞線JLHA3-300節(jié)能效果最好，年費用稍高于鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175，本體投資較鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175高;

（3）高導電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40的節(jié)能效果遜于其他兩種節(jié)能導線，且本體投資較高，經(jīng)濟性較差;

（4）以本體投資作為基準價格計算，則該方案中鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175的本體投資最低，中強度鋁合金導線JLHA3-340增量投資回收很快，高導電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40回收較慢。

4 小結(jié)

從年費用比較可以看出：高導電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40、鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-165/175、中強度鋁合金絞線JLHA3-340的年費用均低于普通鋼芯鋁絞線。故從經(jīng)濟性角度考慮，本文闡述的節(jié)能型導線均適用于新建或改造線路設(shè)計，推薦的節(jié)能型導線其節(jié)能能力為：鋁合金芯鋁絞線JL/LHA1-210/220>中強度鋁合金絞線JLHA3-340>高導電率鋼芯鋁絞線JL3/G1A-300/40。

線路設(shè)計階段，根據(jù)電力系統(tǒng)要求，并立足線路特征，在計算符合輸送容量和載流量要求的前提下，通過年費用最小法計算比較，選擇符合具體線路的節(jié)能導線，具有節(jié)能和經(jīng)濟性的優(yōu)點，符合現(xiàn)階段我國電力事業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展要求

參考資料

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[3] 丁廣鑫.節(jié)能導線在輸電線路中的應用分析 電網(wǎng)技術(shù) 2012（8）

[4] 柴彥.最小費用法在方案優(yōu)選中的應用 華北水利水電學院學報 2002（6）.