架空线路导线截面选择及其经济效益分析

黄洪

摘要：架空导线适用于交流额定电压35kV及以下架空电力线路，导线截面选择是实际应用中极为重要的工作。文章从实际例子出发详细介绍了导线截面的选择方法、截面选择应注意的问题及针对实际例子对经济效益进行分析和研究。

关键词：架空线路；导线截面；线损；电压降校验

中图分类号：TM751 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0040-03

线损是供电量与售电量之差，是供电企业的一项重要技术经济指标，它直接影响着整个电力系统的经济效益。在实际工作中可采取多种方式降低线损，包括提高功率因素、选定负荷中心的最近位置、减少输配电层次以及按经济电流密度选择供电线路截面积。本文将结合实例分析如何按经济电流密度选择供电线路截面，并分析了此方法的安全特性和经济特性。

实例：**省**市**地区有35kV架空线路，线路全长50km，导线型号LGJ-120/20（20km）、LGJ-95（30km）。其导线电阻分别为R1=0.27Ω/km，R2=0.33Ω/km，电抗分别为X1=0.379Ω/km，X2=0.386Ω/km。最大负荷为6400kW，最大负荷利用小时数为4800h。设计一个线路改造方案使其具有良好的经济效益。

1 导线截面选择

1.1 选择导线截面

按经济电流密度选择导线截面。选择导线要同时考虑安全性和经济效益。导线截面面积越大，线损越小，但投资成本会上升；导线截面面积越小，线损越大，很难满足以后发展的需要，同时安全性会降低。在工程应用中，最好的方法是按经济电流密度选择导线截面面积。

结合上述实例计算导线截面积，导线截面面积的计算公式为：

S——导线截面积，mm2

Imax——导线最大工作电流，A

j——经济电流密度，A/mm2

其中Imax可由式（2）计算所得：

Pmax ——最大负荷功率，kW

Ue——线路额定电压，kV

cosφ——功率因素，取0.95

由最大负荷利用小时数和导线型号，查表1国家最新公布的电流密度表，可得经济电流密度j=1.15A/mm2。将各变量值代入得S=6400/×35×0.95=111mm2。应该选择截面面积大于111mm2的导线，取S=120mm2或S=150mm2，即LGJ-120或LGJ-150。

1.2 校验导线截面

1.2.1 按载流量校验导线截面。按载流量校验导线截面应满足导线最大工作电流Imax不大于导线长时允许电流Ial的条件，即Ial≥Imax。由表2查表可知LGJ-120在最高允许温度70℃时，长时允许电流Ial=380A，由式（2）计算可得Imax=105.6A，满足要求。同理，LGJ-150也满足要求。

架空线路各种裸导线发热的极限允许温度不得超过70℃

1.2.2 按电压降校验导线截面。利用电压降进行导线截面积校验的公式：

?u%——电压损耗百分率

R0——导线电阻率，Ω/km

X0——导线电抗率，Ω/km

φ——功率因素角，取tgφ=0.75

P——最大负荷功率，kW

L——线路长度，m

Ue——线路额定电压，kV

代入公式（3）可知LGJ-95线路的电压降?u%=6.8%，LGJ-120线路的电压降?u%=5.8%。根据规定电压降应不超过10%，故LGJ-95和LGJ-120均满足要求，同理可计算出LGJ-150也满足要求。

1.2.3 按机械强度校验导线截面。导线截面的选择必须满足机械强度的要求，因为导线本身的重量以及自然界的风、雨、冰、雪现象，会使导线承受一定的压力，只有导线的机械强度选择足够大，才能保证供电线路的安全运行。按机械强度要求的导线最小截面为25mm2。三种导线均满足要求。

1.2.4 按电晕校验导线截面。在高压输电线中，导线周围产生很强的电场。当电场强度达到一定数值时，导线周围的空气就会发生游离，形成放电。这种放电现象就是电晕。在高海拔地区，110～220kV线路及330kV以上电压线路的导线截面往往电晕现象很明显。对于35kV的线路，电晕现象不明显不予考虑。

1.3 截面选择应注意的问题

1.3.1 确定导线截面面积时，既要考虑用户的经济现状，又要考虑用户群对电能需求量的递增速度，通常按照5～10年的发展情况来考虑。故确定截面面积时应该选择比理论值稍大的截面面积。如当理论计算面积为S=111mm2时，其实际取值应该比S大。

1.3.2 导线截面的选择除了满足输电功能、经济性和安全性外，还应该考虑环境影响。典型的环境干扰因素包括电晕现象、无线电干扰、噪声等。针对不同的地理环境，各种干扰的影响程度不同。例如：在110kV以上的高压环境下电晕现象不可忽视；在无线电信号覆盖密集的地方要考虑其对导线的影响；在一些嘈杂的环境下还应该考虑噪声对导线的影响。

1.4 经济效益分析

由经济电流密度可以确定用于线路改造的导线型号可以为LGJ-120和LGJ-150，改造方案如下：

方案一：用LGJ-120替换原线路中长度为30km的LGJ-95，使整个线路全为LGJ-120。

方案二：用LGJ-150替换原线路中长度为30km的LGJ-95，使线路中30km为LGJ-150，20km为LGJ-120。

方案三：用LGJ-150替换全长50km的所有线路，从而使整个线路全为LGJ-150。

下面针对以上三种方案分析、对比其经济效益。

1.4.1 导线成本计算。LGJ-95导线的重量为401kg/km，LGJ-120导线的重量为495kg/km，LGJ-150导线的重量为598kg/km。价格均为14元/kg。下面分别对三种方案进行成本预算。

方案一：更新导线的成本=495×30×14=207900（元）

方案二：更新导线的成本=598×30×14=251160（元）

方案三：更新导线的成本=598×50×14=418600（元）

1.4.2 节约能耗计算。线路中的能耗损失主要是输电导线截面的电能损失，即线损。其理论计算方法一般采用最大功率损耗时间法，其计算公式为：

?A——理论电能损耗，km·h

Imax——导线最大负荷电流，A

R0——导线电阻率，Ω/km

L——线路长度，m

τ——最大负荷损耗小时数，h

根据已知条件，最大负荷利用小时数Tmax=4800h，且cosφ=0.95，由Tmax-τ曲线可以得出最大负荷损耗小时数τ=2900h。下面分别计算三种方案每年的电能损耗。

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）

原线路电能损耗：

按照国家规定，当地电价为阶梯电价，月用电量50度以内，电价为0.538元/度；51～200度之间的用电量，电价上调为0.568元/度；超过200度的用电量，电价为0.638元/度。按照当地三种用户的比例确定其平均电价为0.55元/度。计算得四种线路的电能损耗如表3所示：

下面针对三种方案分别分析其经济效益。各方案每年节约能耗的经济值计算如下：

每年节约能耗的经济值=0.55×（原线路电路损耗-各方案电路损耗）

如果采用方案一，计算得每年节约96047元。同理方案二、三每年分别节约192093元和256124元。而各方案的成本投入分别为207900元、251160元和418600元。各方案收回成本所需时间计算公式如下：

收回成本所需时间=成本/每年节约能耗的经济值

通过计算，各方案收回成本需要的时间分别为2年2个月、1年3个月和1年8个月。虽然从成本收回时间上看方案二是最优的，但在收回成本后，线路的电能损耗则是针对经济效益需要考虑的主要问题。方案三虽比方案二多花6个月收回成本，但在方案投入使用2年后，方案三比方案二每年节约64031元，如果考虑线路的运行时间为10年，则在2年收回成本后，方案三比方案二在后8年时间内共节约64031×8=512248元。故综上所述，选择方案三。

2 结语

本文从实际例子出发详细介绍了导线截面的选择方法、截面选择应注意的问题及针对实际例子对经济效益进行分析和研究。

选择正确的导线截面和更改方案对于能源节约尤为重要，同时结合“美丽中国”的时代背景，减少能源损耗也是社会价值观的体现。

参考文献

[1]王猛.220kV及以下架空送电线路导线及截面选择[J].大科技，2012，（6）.

[2]黄悌，朱荣坊，李宗庚.按经济输送容量选择输电线路导线截面[J].四川电力技术，2000，（2）.

[3]王文莉.架空线路导线截面选择方法的探讨[J].广东水利水电，2006，（2）.

（责任编辑：秦逊玉）