优化导线截面的选择以降损增收

崔建军　徐辉　林向荣

引言

随着我国工农业生产、居民生活条件的不断提高，社会经济对电源的需求量越来越大。降低配电系统的电能损耗、节能环保已经成为国家、电力行业以及普通民众所共同关注的议题。配电系统的输电线路，是电能损耗的关键部位，也是损耗最大的环节。合理的选择输电导线的截面，不仅能够保证配电系统安全和可靠的运行，而且对电力运营企业的经济效益也有着重要影响。为此，研究并改造老旧输电线路的导线截面，确保电力系统运行的安全可靠，实现电力企业的降损增收至关重要。

1、导线截面选择的技术要求

导线的选择主要分为两部分内容：其一是导线的使用环境、敷设方式、型号及结构要求；其二是导线截面的选择。选用的导线要根据实际情况，主要考虑五个方面因素：1）机械强度；2）电晕条件；3）电压损耗；4）发热问题；5）经济条件。

1.1机械强度

敷设的导线要承受其自身重量、拉力以及风雪等外界环境的影响，使导线的内部产生一定应力，这需要导线具有一定的机械强度，因此，选用的导线截面不可过小。目前，架空线路在我国划分为三类，即：大于35KV的电网线路为Ⅰ类线路，1～35KV为Ⅱ类线路，小于1KV为Ⅲ类线路。

1.2电晕条件

如果高压输电线路的导线外径过小，其输配电过程中产生的电晕，将对会无线电、电能损耗量构成严重的影响，因此，导线外径应结合试验以及理论分析来确定。

1.3电压损耗

当电网输送功率一定时，如果导线截面越小，其电阻、电抗越大，电能损耗量也越多，同时，电网的调压工作也越发困难。所以，在考虑容许一定电压损耗的情况下，可根据电压损耗来确定导线的截面，尤其是在地区性电网的改造和建设而选择导线截面上非常重要。

1.4发热问题

电流在通过导线时，会由于导线电阻而出现发热问题，如果温度过高，将对导线外绝缘层造成损坏。而对不同材料、绝缘和截面情况的导线，均存在一个规定的安全截流量，因此，选用的导线应参考导线的安全截流量。

1.5经济条件

导线截面的经济条件，即为按照经济电流密度的原则确定导线截面。当输送功率一定时，导线截面越小，其电能损耗越大，电网系统的运行费用也越高；如果选取较大的导线截面，其工程投资及维修费用则相对较高，增加了费用支出。所以，在选择电网导线时，要综合考虑影响经济效益的各方面因素，确定最经济的导线截面。

2、导线截面的选择方法

电力网导线截面的选择方法有很多，但终归为两大类，即：估算法和计算法。

2.1估算法

估算法就是通过估算导线的载流量，而确定导线截面的一种規律与经验结合的方法。估算法的关键是根据我国标称截面的载流量，找出截面和载流量的倍数关系，再根据不同的条件配以修正系数，编制并记忆这些口诀。

以铝芯绝缘线为例，其标称截面为1、1.5、2.5、4、6、10等，在环境温度为25℃时，其载流量可编制口诀“10下五，百上二，25、35四三界，70、95两倍半”。其中，“10下五”代表截面小于10的导线，其载流量为截面值的五倍；“百上二”代表截面大于100的导线，载流量为截面值的二倍；“25、35四三界”代表截面是25和35的导线，是四倍与三倍的分界点；“70、95两倍半”代表截面是70和95的导线，载流量为截面值的2.5倍。在交界点的倍数转换误差会稍大，但对电力系统的整体使用影响不大。

其后，再对导线的使用环境温度、材料及敷设方法的修正：外部环境温度指的是年平均最高温度，室内环境温度为最热月平均最高温度加5℃，土中直埋电缆，取最热月地表下0.8～1m处的平均温度。由于温度对导线载流量的影响有限，所以，一般只对某些大于25℃的较热地区或车间等做修正。

2.2计算法

计算法选择导线截面主要有三种，即：按发热条件选择、按电压损耗选择和按经济电流密度选择。

1）按发热条件确定导线的截面。这种方法主要是根据电流通过导线时，会引起导线温度升高的原理。由于不同材料的导线，其熔化温度不同，因此，其允许温度可通过实验推断出导线的安全载流量（允许载流量）。安全载流量指的是在规定的环境温度与敷设情况下，导线能够连续承受的最大电流所引起的温度。再根据导线的安全载流量，选择导线的截面。

2）按电压损耗确定导线的截面。负荷电流在通过导线时，会出现电压损耗，其损耗量为导线首末端的电压代数差值，再与线路的额定电压比值，被称为电压的变化范围。对于电力用户而言，通常会对电网的供电电压设定一个允许的变化范围，如：小于等于10KV的电压变化范围为-7%～+7%；大于等于35KV的电压变化范围为±5%～10%；低压的照明用户为-10%～±5%。一般取值+5%。

导线截面可按公式S=PL/γ·ΔUR%·UN2求得。其中：ΔUR%=ΔU%-ΔUX%，ΔU%=5%；ΔUX%以平均电抗X0=0.38Ω/Km核算，所以ΔUX%=100Q·L·X0/UN2。UN2为两个不同单位中同一数字相乘，例如：UN=10kv，UN2则为10×102。而对于低电压导线的截面，则按照公式S=（PL/C·ΔUR%）计算。以上两个公式中，P为有功功率（KW）；L为输送距离（m）；ΔU%为电压的损失百分数，低压线路可忽略不计，直接取ΔU%=ΔUR%=5%；C为电压的损失系数，单相220V时，铝导线为7.7，铜导线为12.9，三相四线时，铝导线为46，铜导线为77。因此，在确定输送的有功功率和距离后，再将ΔU%值导入公式后，即可确定导线截面。

3）按经济电流密度确定导线的截面。导线的单位截面内电流量称为电流密度。而经济电流密度，则是指在最低年线路运行费用时，所对应的电流密度。经济电流密度值的大小，与导线的材料及年最大负荷的利用时间相关，其值可通过查表取得。按经济电流密度确定导线截面的公式为：S=I/Jec，式中：S为导线截面，Jec为经济电流密度值。得出的S值为系统的相线选择，而零线选择则应按照：1）单相供电线路，零线与相线的截面相同；2）三相四线制线路，零线的截面应大于相线截面的1/2。

3、选择导线截面时应注意的问题

导线载流量的大小，不仅与导线的截面、材料相关，还与其敷设方式、导线条数、间距及环境温度等有关。导线载流量列表内，已经列出了实验的必需条件，但如果实验条件与实际条件有出路时，就必须要对导线的载流量进行修正后，才能根据载流量选择导线截面。选择的导线截面，在保证电力网系统运行的安全性、可靠性，以及满足环境保护与输送电能的要求的同时，还要兼顾工程建设及维护的经济性。这些影响因素（传输性能、环境影响、输送容量等）要通过工程投资、导线的机械和电气特性三个方面进行分析，在对各导线截面进行了技术和经济的综合比较后，择优选用导线。原则上，导线选型要考虑导线的许用温升、电晕噪声、无线电干扰等影响；电晕的临界电压；机械强度以及经济电流密度和输送容量，尽可能的选择截面较小的导线。但是，在导线截面选择的过程中，还需要考虑的是电力用户在日后的经济发展以及对电能需求的增量影响，通常以五到十年的发展为一个考虑阶段，所以，此因素又需要将其导线截面适当的放大。

4、结束语

在电网系统的规划与设计过程中，导线截面的选择是一个非常重要的环节，其截面的大小，决定着电网系统的输送容量，也决定着有色金属的消耗量。当选用较小的导线截面时，工程建设的投资额降低，但在系统运行过程中，线路损耗量却变大；如果选用较大的导线截面，线路损耗量减少，但工程投资额却增加。因此，考虑到既降低工程投资又节省能源的原则，导线截面的选择应将理论推算与实际经验相互结合，保证导线选用的科学性与合理性，确保电力系统长期运行的安全性。

（作者单位：1.2国网河北新河县供电有限责任公司；3.河北电力工程监理有限公司）

作者简介

1.崔建军（1965年-）男，汉族，大学本科，工程师，从事配电网建设工作.

2.徐 辉（1977年-）男，汉族，大学本科，工程师，从事配电网建设工作.

3.林向荣（1982年-）男，汉族，大学本科，工程师，从事电力工程监理工作.