解析架空输电线路的输电能力

赵利明

摘 要：在分析架空输电线路导线选型和载流量的基础上，提出了提高架空输电线路输电能力的措施，以促进电力系统供电能力的提升。

关键词：架空输电线路；输电能力；导线；事故载流量

中图分类号：TM75 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.115

架空输电线路的输电能力取决于线路能力（受导线热稳定允许条件限制）和网络能力（电网的经济性、稳定性和运行结构等因素决定）。近年来，在电力行业不断发展的情况下，架空输电线路的网络能力有了很大的提升，不再限制其输电能力，因此，架空输电线路输电能力的研究重点为线路能力。

1 导线选型设计和输电能力的影响因素

1.1 架空输电线路的导线选型设计

在现代电网建设中，大截面分裂导线的应用率不断提高。在选择导线截面时，需要分析其事故载流量和年费用。

1.1.1 事故载流量

事故载流量是指架空输电线路事故发生的最大载流量，在架空输电线路中，由于导线多为钢芯铝绞线，所以，事故载流量主要受温度的影响，即架空线路的最高允许温度，而温度取决于设计年限内导线强度的磨损程度、导线与配套设施的接触传导情况等。

在相关规定当中，110～500 kV线路和大跨越线路的最高允许温度应分别低于70 ℃和90 ℃；一般导线的最高工作温度应低于70 ℃。在考虑日照等因素时，可将最高允许温度控制在80 ℃及以下；在110～750 kV的架空输电线路中，一般线路和大跨越线路的最高允许温度与上述相同，不同之处在于一般线路在必要情况下可将最高允许温度提高至80 ℃。

在参考以上最高允许温度选择导线截面时，还要考虑短时事故。过负荷会导致导线温度升高，因此，应适当调整高温允许值，且实际导线截面应略小于经济电流密度。就国外的钢芯铝绞线导线设计而言，通常遵循“正常持续输送和短时事故时的导线温度低于90 ℃和低于120 ℃”的原则。

在我国的导线设计中，需要在最高温度（通常取40 ℃）的条件下检验导线的对地和交叉跨物限距。导线运行的实际温度由环境温度与温升共同决定。在大多地区平均气温为15 ℃的情况下，导线温度通常在29～42.3 ℃，因此，取40 ℃的最高温度较为合理。对于以经济电流密度设计的一般线路，应计算最大弧垂，以校验交跨限距；对于重要交叉跨越和大跨越线路，需要按照导线的实际最高温度检验交跨限距。

新建线路时，一般线路的最高允许温度可设计为80 ℃，并取50 ℃来检验交跨限距。

1.1.2 年费用计算

费用是影响架空线路输电能力的另一个因素，不仅体现在建设投资上，还体现在运管维护中。年费用的计算公式为：

. （1）

式（1）中：A为年费用；I为建设费用；i为基准收益率；C为年经营费用（包括运营管理维护费用和电能损耗费用）；n为架空线路的经济使用年限。

在建设架空线路时，如果采用截面相对较小的导线，则导线的用量会减少、荷载会减轻。这样做虽然会降低总投资成本I，但会增加后期的年损耗费用，是一种不科学的建设方案；如果导线截面较大，虽然会降低年损耗，但因导线用量增多、荷载加重，导致建设资本的回收需要较长时间，不具备经济性。

1.2 计算载流量

载流量是架空线路选择中的重要影响因素，因此，做好载流量的计算十分必要。在载流量的计算中，国际上有多种不同的计算公式，比如英国的摩尔根公式、国际电工委员会推荐的公式等，但其本质是相同的，即利用热平衡原理计算，热平衡公式为：

Wj+Ws=WR+WF. （2）

式（2）中：Wj和Ws分别为单位长度导线电阻发热功率和日照

吸热功率；WR和WF分别为单位长度导线的辐射散热功率和流散热功率。

1.3 架空输电线路输电能力的影响因素

导线的输电能力是由载流量决定的，而载流量与热平衡之间有着密切的联系。因此，影响导线热平衡的因素是架空线路输电能力的影响因素，主要包括环境温度、风速、日照强度、导线表面散热、吸热系数和导线发热允许温度等。

在限定导线发热的允许温度后，不同型号的导线都有其极限载流量，以220 kV和500 kV架空输电线路中常用的JL/G1A-300/25、JL/G1A-400/35、JL/G1A-630/45钢芯铝绞线为例，在70 ℃的允许温度条件下，其极限载流量分别为570 A、662 A和878 A；在80 ℃的允许温度条件下，其极限载流量分别为682 A、795 A、1 065 A。

2 提升架空输电线路输电能力的措施

针对影响架空输电线路输电能力的相关因素，提升架空线路输电的措施有以下3种。

2.1 提升导线的发热允许温度

导线的发热允许温度与载流量成正比，在发热允许温度提升后，导线的载流量也会明显提高。以钢芯铝绞线为例，当发热允许温度由70 ℃提升至80 ℃后，并不会对导线自身的强度、相关金具和对地、交叉跨物距离造成明显的影响；在对上述因素产生影响时，也可通过合理的措施解决。此时，导线的载流量增加幅度可超过20%.

对于钢芯铝绞线而言，我国和日本、北美等国家的短时事故允许线温分别为70～80 ℃和120 ℃。从这个角度看，我国架空输电线路还可以继续提升允许线温，从而实现架空线路的增容，提高架空线路的输电能力。

2.2 在架空线路中使用增容导线

增容导线是一种特异导线，将其应用在架空输电线路中，在相同的导线截面条件下，增容导线的输电能力明显高于普通导线。增容导线主要有碳纤维合成芯铝绞线、间隙性钢芯铝合金绞线和铝包殷钢铝合金绞线等，其价格普遍较高。因此，在应用过程中，受到建设成本的约束，该导线的应用范围相对较小。近年来，我国在增容导线技术方面的进步，为增容导线在架空输电线路中的大范围应用提供了条件。

在实际应用中，增容导线主要被应用于电力供应紧张架空线路的增容改造中。通过在现有电网资源和线路杆塔等的基础上，利用增容导线替换原有的普通导线，可实现架空输电线路的增容，从而提升架空线路的输电能力。

2.3 通过在线动态监测实现增容

上述的导线允许温度的极限载流量是静态值，其计算基础是在恶劣的气象条件下，计算结果趋于保守值。但在实际中，恶劣的气象条件并不会时常发生，以极限载流量设计的架空线路在大多时间内的输电能力是超出电力供应需求的，进而导致导线资源的浪费。针对此问题，可在架空输电线路中建立在线动态监测系统，通过监测外部气象环境、导线温度等，在不改变现有技术标准的基础上，将架空线路的隐性容量发掘出来，从而增加架空线路的输送容量。一般情况下，上述增容的幅度在10%～30%之间。

3 结束语

综上所述，在我国的架空输电线路选择导线截面时，通常需要考虑事故载流量和年费用。为了提高我国架空输电线路的输电能力，需在充分了解相关影响因素的基础上，通过提高允许线温、应用增容导线和在线动态监测系统等达到相应的目标。

参考文献

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[3]张杰.架空输电线路增容方法研究[J].云南电力技术，2010（5）：76-77.

〔编辑：张思楠〕