基于原杆塔导线更换为耐热导线的研究

梅李鹏，陈华明

(1.三峡大学电气与新能源学院，湖北　宜昌　433002；2.武汉华中新能电力设计有限公司，湖北　武汉　433000)



基于原杆塔导线更换为耐热导线的研究

梅李鹏1，陈华明2

(1.三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌433002；2.武汉华中新能电力设计有限公司，湖北武汉433000)

随着城市电网的发展，常会遇到输电线路利用原线路走廊架线工程，如需利用旧原线路，但新建线路导线比原旧线型号要大，原有杆塔无法挂新建线路导线，特别是原线路周围有房子的情况，原走廊两边已无法开辟新的通道，以及原走廊在城区拆除麻烦和拆除后无法再架设新塔的情况。为了节省投资，利用旧塔，避免拆除重建，缩短施工时间，如今选择导线更换耐热导线。如何结合导线参数选择耐热导线，选择的导线能否满足输送功率要求，是本文研究的方向，结合相关实际工程应用给予了分析。

耐热导线；导线温度；载流量；导线增容；弧垂

1　引言

伴随城市建设的发展，当时变电站出线直至数公里外的角钢塔四周为空地，现在出站附近线路周围已建满了房屋，新建线路需要继续采用原有线路通道才能出线，加上变电站周围已再无新的通道可走线。这是一个在线路设计过程中常遇到的问题。随着导线技术的不断发展[1-2]以及输送容量的不断增加，如今线路可以利用旧的杆塔挂新型的增容导线避免线路杆塔的推倒重建。而建设新的线路走廊投资巨大、建设周期长[3-4]，只需要更换线路导线进行增容改造[5]，提高现有电网的输送能力。

为了提高电网输送能力的要求，学者对导线增容技术进了了大量研究。文献[6-7]分析了在不改变线路结构的情况下，对导线的输送容量与导线温度的关系进行了分析，提出通过改变导线温度提高输电线路容量的方法。文献[8]提出了实时检测导线温度、环境温度、以及日照强度等动态因素，随时调整导线温度进行动态增容。文献[9-10]提出了利用耐热导线材料对老项目进行扩容改造在，理论上可以提高50%的载流量。本文通过对耐热导线进行综合比较以及结合实际工程实例，在最优经济条件下选择合适的耐热导线。

2　耐热导线的比较

各类增容导线比较，目前国内存在的主要增容导线如图1所示[11]：

由于增容导线主要是靠提高导线的温度来提高导线的载流量，从而提高输送容量。所以增容导线一般都是耐高温的，也称为耐热导线。

图1　几种主要导线分类图

一般导线LGJ钢芯铝绞线连续工作温度极限工作温度70℃～100℃，而增容导线连续工作温度极在限工作温度150℃～240℃。表1所示几种导线技术参数，列举同等截面积下的导线进行比较。例如一条线路原来所挂的导线是LGJ-400的，现在需要跟换耐热导线。

表1　不同种类导线技术参数

由此表可以看出重量最轻的是ACCR陶瓷纤维导线，抗拉能力最强的是ACCC 碳纤维芯导线。

ACCR与间隙型导线(GTACSR)比较：间隙型导线线胀系数以及重量均比ACCR大;载流量比ACCR小。结论：(1)弧垂不能满足要求，需要新建部分杆塔。(2)载流量增容较小。(3)抗腐蚀性比ACCR差。(4)由于拐点温度低，安装比ACCR要复杂。

ACCR与殷钢导线(ACSS/XTACI)比较：殷钢导线重量比ACCR大；殷钢导线拉断力比ACCR小。结论：(1)虽然线胀系数小，但由于其重量大、张力小，导致弧垂不能满足要求，需要新建部分杆塔。(2)殷钢抗腐蚀性差，ACCR不会发生腐蚀。(3)载流量比ACCR小。

ACCR与碳纤维导线(ACCC)比较：(1)同等直径情况下，ACCR比ACCC轻12%。ACCC使杆塔承受力过大，缩短杆塔使用寿命；ACCR可减少杆塔受力，延长杆塔使用寿命。(2)ACCC复合芯是有机物,运行过程容易老化；ACCR复合芯是无机物，性能稳定。(3)ACCC复合芯不导电，在短路大电流下，鸟笼现象严重；ACCR均可以导电，能够承受较大的短路电流。(4)ACCC结构和组合方式完全颠覆了对架空裸导线导电认识。容易出现高温下的裂纹和“竹节”现象，经过实验分析发现碳纤维耐热导线运行温度不宜超过160℃，且仅在N-1状态下运行。结论：ACCR性能稳定。

对比总结：(1)间隙型导线:重量大、弧垂满足不了要求、安装复杂；(2)殷钢导线：重量大、部分弧垂不能满足要求、耐腐蚀性差；(3)碳纤维导线：不耐高温、易产生裂纹、竹节、断线现象；(4)陶瓷纤维导线：耐高温、载流量大、弧垂小，性能稳定。

3　实际工程应用

实际运用一：韩岗-鹿头110kV线路工程

由于110kV韩孙线建于1990年，当时从韩岗变出线时韩岗变四周为空地，现在韩孙线靠近韩岗变附近约4公里的线路完全成为市区，当时考虑出站口附近的双回塔靠近房屋侧由于房屋离塔太近已不能挂线，而且当时选用的杆塔仅能挂LGJ-150的导线，新建的在至鹿头的线路必须对该段线路进行改造，利用原走廊，原本采用架设单回导线为LGJ-240的钢管杆线路，与新建的角钢塔线路相接，这样形成韩岗至鹿头导线为LGJ-240的单回线路。然而LGJ-240和LGJ-150导线选用的杆塔不一样，在城区拆除旧塔采用钢管杆实施非常麻烦，且工程投资大，施工周期长。在考虑到各种情况的前提下我们采用了耐热导线。

根据负荷情况及输送容量需求，本次架空导线新建部分选择为LGJ-240/30导线，在经济电流密度取在经济电流密度取1.15A/mm2情况下单导线经济输送电力容量为52.5MVA，最大输送容量为88.6MVA；改造部分选择ACCR-150型耐热导线，在120℃运行温度下载流量可达582A，150℃温度下可达678A，大于LGJ-240/30导线在70℃时445A的载流量；可满足鹿头变的输送容量需求。

图2为220kV韩岗变相关照片双回杆塔建设前，周围的房屋还未形成，现在面向大号侧右侧横担已不能挂导线，不能满足风偏情况下边导线对房屋的安全距离的要求，现只有跟换左侧横担导线，更换成耐热导线后，线路运行正常。输送容量得到了1.5～2倍的提高。满足了输送容量的要求，且线路施工周期短，大大节省了工程投资。

图2　220kV韩岗变相关照片

实际运用二：襄樊电厂-余岭Ⅱ回(原线路增容改造)

(1)设计原则：①根据系统要求，将余襄线中 LGJQ-400mm2导线线路需要进行增容改造，使其最大输送功率达到400MW。②遵守原线路的设计气象分布条件和杆塔使用条件，导线选择尽量与原表2 两种导线温度与弧垂关系导线参数相当。③杆塔校验执行《架空送电线路设计技术规程》(SDJ3-1979)。④针对本线路已投运多年，杆塔和基础老化严重，而本线路段尚有38基拉线塔，其杆塔原均按最大风速25m/s设计，其杆塔情况尚需评估，为了确保线路运行安全，在投资允许的范围内建议逐步更换拉线塔为自立塔。

表2　两种导线温度与弧垂关系

(2) 换线段导线选型根据系统要求，将余襄线进行增容改造后，使其最大输送功率达到400MW。对应换线导线极限输送容量时的载流量为1000A。根据上述要求，本工程初选铝包钢芯耐热铝合金绞线和碳纤维复合芯导线两种增容导线进行比选。①换线所选导线计算条件。(a)在环境温度40℃，风速0.5m/s，辐射系数0.9，日照强度1000W/m2条件下，导线载流量为1000A时的相应温度下弧垂与LGJQ-400型钢芯铝绞线70℃相当；(b)导线最大使用张力接近原LGJQ-400型导线最大使用张力；(c)导线水平荷载和垂直荷载不超过原杆塔设计使用条件;(d)导线最大弧垂按实际需达到温升考虑。弧垂对地安全距离非居民区取6m，居民区7m;(e)满足电晕要求，导线截面不小于400 mm2。②载流量比较：比较结果陶瓷纤维导线：耐高温、载流量大。③导线弧垂校核。比较更换导线在载流量达到1000A时温度下的弧垂，与原线路导线在高温70℃时的弧垂。

如表2所示为两种导线弧垂对比表，可以看出：本工程线路更换ACCR型导线后，导线温度为105℃时，导线载流量为1000A，代表档距400m时比LGJQ-400型钢芯铝绞线70℃最大弧垂小0.3左右，500m时ACCR型导线最大弧垂比LGJQ-400型钢芯铝绞线70℃减小更多。采用ACCR型导线可满足弧垂要求。若采用ACCR型导线需根据断面情况，局部增加杆塔以满足导线对地对新建房屋距离的要求。

(3)经济比较：若将原220kV线路更换更换2×LGJ-300导线及其对应的杆塔，单公里造价在109.61～118.96万元，而更换ACCR-400型导线，明显比推到重建杆塔和导线便宜。

(4)风险与建议：由于原线路建成时间已经较长，原线路已经运行多年。铁塔钢材基础钢筋可能发生了一定程度的锈蚀，混凝土可能发生了一定程度的碳化，为保证工程的可靠度，应对原有线路杆塔构件及基础的力学性能等有关参数进行检测并进行专题研究。

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Study on the Replacement of the Original Tower Wire for Heat Wire

MEI Li-peng1,CHEN Hua-ming2

(1.College of Electrical Engineering & New Energy of China Three Gorges University,Yichang 433002,China；2.Wuhan Huazhong New Energy Electric Power Design Company Limited Wuhan 433000,China)

With the development of the urban power grid,Often encountered with transmission line using the original line corridors wiring project,If want to use the original old line,But the model of new line wire is bigger than the original old line,the original tower can't hang the new line conductor,Especially the original lines around the house and on both sides of the corridor has been unable to open up new channels and the corridor cause trouble by the urban demolition and cannot be dismantled to set up the new tower.In order to save investment,using old tower,avoiding demolish rebuild and shorten the construction time,Now choose heat-resistant conductor to replace wire.How to choose the heat-resistant conductor according to the conductor parameters to meet the requirements of transmission power is the research direction in this article.Combined with practical engineering application of related analysis is given.

heat-resistant conductor;conductor temperature；ampacity；conductor capacity augmentation；sag

1004-289X(2016)01-0017-04

国家自然科学基金(51477090)

TM72

B

2015-05-11

梅李鹏(1989)，男，湖北黄冈人,硕士研究生，研究方向为电力系统继电保护;

陈华明(1990)，男，湖北汉川人,助理工程师，研究方向为输电线路设计。