架空輸電線路中導(dǎo)線的選型牟俊〔中工武大設(shè)計(jì)研究，武漢市，430072〕摘要：隨著社會科技的進(jìn)步開展，架空輸電線路中導(dǎo)線的形式越來越多樣化，導(dǎo)線受環(huán)境、材質(zhì)、輸送容量等多種因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用中如何選擇適宜的導(dǎo)線？關(guān)鍵詞：輸電線路；導(dǎo)線；選型；經(jīng)濟(jì)電流密度0引言在架空輸電線路的設(shè)計(jì)中，導(dǎo)線的選型至關(guān)重要，架空輸電線路工程本是導(dǎo)線與桿塔結(jié)合的藝術(shù)，目前國家電網(wǎng)提出打造堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)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(dǎo)線產(chǎn)品的多樣性，每種產(chǎn)品優(yōu)缺點(diǎn)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(jì)適用的導(dǎo)線。1、導(dǎo)線的選型原那么送電線路的導(dǎo)線和地線長期在曠野、山區(qū)或湖海邊緣運(yùn)行，需要經(jīng)常耐受風(fēng)、冰等外荷載的作用，氣溫的劇烈變化以及化學(xué)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(shè)計(jì)中特別是大跨越地段，對電線的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等必須慎重選取。選定電線的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)一般應(yīng)考慮以下原那么：⑴導(dǎo)線材料應(yīng)具有較高的導(dǎo)電率。但考慮國家資源情況，一般不應(yīng)采用銅線。⑵導(dǎo)線和地線應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和耐振性能。⑶導(dǎo)線和地線應(yīng)具有一定的耐化學(xué)腐蝕，抗氧化能力。⑷選擇電線材質(zhì)和結(jié)構(gòu)時，除滿足傳輸容量外還應(yīng)保證線路的造價經(jīng)濟(jì)和技術(shù)合理。2、導(dǎo)線截面的選擇架空送電線路導(dǎo)線截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度來選擇，并應(yīng)根據(jù)事故情況下的發(fā)熱條件、電壓損耗、機(jī)械強(qiáng)度和電暈進(jìn)行校驗(yàn)。必要時，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬確定；但對110KV及以下線路，電暈往往不成為選擇導(dǎo)線截面的決定因素。1〕按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面所用的輸送容量，應(yīng)考慮線路投入運(yùn)行后5～10年電力系統(tǒng)的開展規(guī)劃，在計(jì)算中必須采用正常進(jìn)行方式下經(jīng)常重復(fù)出現(xiàn)的最大負(fù)荷。但在系統(tǒng)還不明確的情況下，應(yīng)注意勿使導(dǎo)線截面選的過小。導(dǎo)線截面的計(jì)算公式為S＝(1～1)式中S——導(dǎo)線截面，mm2P——輸送容量，kwUe——線路額度電壓，kvJ——經(jīng)濟(jì)電流密度，A/mm2cosφ—功率因素經(jīng)濟(jì)電流密度J計(jì)算公式：由于我國幅員遼闊，各地的電網(wǎng)送電本錢存在明顯的差異，各地的經(jīng)濟(jì)電流密度也不同，但目前我國還沒有制定出適宜的數(shù)字，現(xiàn)仍可以參考我國1956年電力部公布的經(jīng)濟(jì)電流密度，參考表1中數(shù)值。表1經(jīng)濟(jì)電流密度〔A/mm2〕導(dǎo)線材料最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax3000以下3000～50005000以上鋁線1.651.150.9銅線3.02.251.752〕按電暈條件校驗(yàn)導(dǎo)線截面隨著我國運(yùn)行電壓不斷升高，導(dǎo)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(dǎo)線截面，電暈條件往往起主要作用。導(dǎo)線產(chǎn)生電暈會帶來兩個不良后果：①增加了送電線路的電能損失；②對無線電通信和載波通信產(chǎn)生干擾。關(guān)于電暈損失，假設(shè)直接計(jì)算出送電線路的電暈損失，其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)量概念很清楚，缺點(diǎn)是計(jì)算繁瑣。目前已很少采用這種方法?，F(xiàn)在趨向于用導(dǎo)線最大工作電場強(qiáng)度Em〔單位為KV/cm〕與全面電暈臨界電場強(qiáng)度E0之比值來衡量，Em/E0的比值不宜大于80%～85%。試驗(yàn)說明：當(dāng)Em/E0＝0.8時，起始電暈放電；當(dāng)0.9＜Em/E0＜1時，有較大的電暈放電；當(dāng)Em/E0＞1時，那么全面電暈放電。關(guān)于電暈對載波通信的干擾，主要是對導(dǎo)線外表最大電場強(qiáng)度來衡量〔取三相導(dǎo)線的中間相〕。關(guān)于電暈對無線電的干擾，在無線電收、發(fā)設(shè)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(shí)際上可以認(rèn)為沒有問題。關(guān)于不必驗(yàn)算電暈的導(dǎo)線最小截面，武漢高壓研究所推薦：導(dǎo)線外表電場強(qiáng)度與全面電暈電場強(qiáng)度的比值為0.8時，海拔不超過1000m，一般不必驗(yàn)算電暈的導(dǎo)線最小直徑，這些最小直徑列于表2中。表2不必驗(yàn)算電暈的導(dǎo)線最小直徑〔mm〕額定電壓〔KV〕110220330500750導(dǎo)線外徑9.621.433.62×21.63×17.12×36.243×26.824×21.64×36.95×30.26×25.5武漢高壓研究所還推薦，在年平均電暈損失ΔP不大于線路電阻損失的20％、按此標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的輸電線路，即可保證導(dǎo)線的電暈放電不至于過分嚴(yán)重，又防止了對無線電設(shè)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(yàn)算電暈的導(dǎo)線最小直徑，列于表3中。表3不必驗(yàn)算電暈的導(dǎo)線最小直徑〔mm〕額定電壓〔KV〕110220330參考海拔〔m〕導(dǎo)線結(jié)構(gòu)0.89外徑9.121.42×201120相應(yīng)導(dǎo)線型號LGJ-50LGJ-2402×LGJ-2400.79外徑10.624.82×24.52270相應(yīng)導(dǎo)線型號LGJ-70LGJJ-3002×LGJJ-3000.7外徑1228.52×29.33440相應(yīng)導(dǎo)線型號LGJ-95LGJJ-4002×LGJJ-5003〕按導(dǎo)線長期容許電流校驗(yàn)導(dǎo)線截面選定的架空輸電線路的導(dǎo)線截面，必須根據(jù)各種不同運(yùn)行方式以及事故情況下的傳輸容量進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，即在設(shè)計(jì)中不應(yīng)使預(yù)期的輸送容量超過導(dǎo)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(jì)算公式為Wmax＝√3UeImax(1～2)式中Wmax——輸送容量，MVAUe——線路額定電壓，KVImax——導(dǎo)線持續(xù)容許電流，KA；見表4。表4鋼芯鋁絞線長期允許載流量〔A〕最高允許溫度〔℃〕7080最高允許溫度〔℃〕7080導(dǎo)線型號導(dǎo)線型號LGJ—1086LGJQ—150450455LGJ—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—185515539LGJ—240610613LGJJ—240610639LGJ—300690755LGJJ—300705758LGJ—400835840LGJJ—400850881需要說明的是，在一定環(huán)境溫度下〔如為＋40℃〕運(yùn)行極限容量的輸電線路，其導(dǎo)線溫度必然是超過環(huán)境溫度的〔如為＋70℃〕。所以，嚴(yán)格地講，送電線路導(dǎo)線的最大弧垂應(yīng)按導(dǎo)線在極限容量運(yùn)行時本身的溫度來考慮。但我國現(xiàn)行的線路設(shè)計(jì)規(guī)程卻是按最高環(huán)境溫度〔或覆冰情況〕來設(shè)計(jì)最大弧垂的，因?yàn)檫@一規(guī)定已考慮了前述因素，并兼顧了導(dǎo)線對地距離與交叉跨越的標(biāo)準(zhǔn)，線路的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的平安性等因素，實(shí)踐證明是適宜的。4)按電壓損失校驗(yàn)導(dǎo)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：①35KV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10％；②10KV及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±7％；③220V單相供電電壓允許偏差為額定電壓的＋7％、－10％?！掇r(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)導(dǎo)那么》〔DL／T5118—2000〕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％4.5～74.5～752.5～57在計(jì)算中如電壓損耗不超過上述規(guī)定就認(rèn)為是可行的。如電壓損耗超過上述規(guī)定時，首先應(yīng)考慮改良系統(tǒng)接線，合理分配負(fù)荷以降低電壓損失；其次是提高負(fù)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(rèn)為，在使用帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器時，線路電壓損耗可適當(dāng)減少；一般來說，加大導(dǎo)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(jì)的。5)按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面為了保證架空線路必要的平安機(jī)械強(qiáng)度，對于跨越鐵路、通航河流和運(yùn)河、通信線路、居民區(qū)的線路，其導(dǎo)線截面不小于35mm2。通過其它地區(qū)的導(dǎo)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(jī)械強(qiáng)度要求的導(dǎo)線最小容許截面〔mm2〕導(dǎo)線構(gòu)造架空線路等級Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ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；1～35KV的線路為Ⅱ類線路；1KV以下線路為Ⅲ類線路。6)按短路時的熱穩(wěn)定性的條件選擇導(dǎo)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°C。裸導(dǎo)體的熱穩(wěn)定計(jì)算公式：SC=3、導(dǎo)線材料選擇目前國內(nèi)導(dǎo)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(shù)經(jīng)濟(jì)比擬來確定；鋁合金絞線：由于導(dǎo)線較輕，有一定的經(jīng)濟(jì)意義；但多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說明鋼芯對平安運(yùn)行較有保證，因此近年來6～10KV都普遍采用鋼芯鋁絞線，而拒絕采用純鋁導(dǎo)線，鋁合金絞線無鋼芯，導(dǎo)線的機(jī)械過載能力較低，同時導(dǎo)線電阻率較高，其電能損耗較鋼芯鋁絞線高，在提倡節(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(qiáng)型〔LGJJ〕。以往正常情況下，截面在本300及以上多項(xiàng)選擇用輕型，240及以下選用正常型，大跨越選用加強(qiáng)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(shè)計(jì)》中，300mm2的導(dǎo)線一般采用40mm2鋼芯〔鋼管桿因平安系數(shù)提高，鋼芯可降為25mm2〕；240mm2的導(dǎo)線鋼芯已從以往常用的40mm2降為30mm2，導(dǎo)線重量減少4.1％；其余95～150mm2的導(dǎo)線如均降低一號鋼芯，導(dǎo)線重量可減少8.6～14％。雖然減少鋼芯使導(dǎo)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(dǎo)線與地線更易配合，桿頭尺寸也可以小些，導(dǎo)線張力減少，也可減輕耐張桿塔的荷載。難說減少鋼芯后導(dǎo)線的平安系數(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(dāng)減少鋼芯截面〔即選用輕型鋼芯鋁絞線〕，但在結(jié)冰較大、導(dǎo)線振動較嚴(yán)重或大跨越的地區(qū)不宜采用。4、結(jié)束語導(dǎo)線的選型是多方面的因素，目前國內(nèi)通常采用經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，在根據(jù)運(yùn)行環(huán)境選擇導(dǎo)線的材質(zhì)，本文總結(jié)了一些常用的選擇導(dǎo)線方法，給廣闊同行參考。5、參考文獻(xiàn)資料1、GB1179-2008圓線同心絞架空導(dǎo)線2、GB50061-201066KV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3