节能导线在高压输电线路设计中的应用

杜 奇

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳 550081)

导线作为高压架空输电线路最主要的组成部分，对长距离电能输送具有重要作用。导线选择的首要考虑条件是电气性能，机械性能和经济成本也是需要考虑的重要条件。如果导线选择合适，则会大大节约能源消耗。相反，如果导线选择不合适，不仅会在一定程度上增加电能输送的成本，还会降低电能的运输效率。传统的架空输电线路一般选用钢芯铝绞线作为导线。近些年来，随着人们环保意识的提高，选择电能损耗小、节能型的导线已成为行业发展趋势。

1 导线的主要类型

随着社会经济的不断发展，科学技术水平也在逐年提高，导线的发展技术也取得了日新月异的突破。导线的各项性能逐步得到优化升级，市场上出现的导线种类更加多样化。

一旦选择导线不合适或不正确，将会直接影响电能的输送效率和输送安全性，严重情况将会对输电线路带来无法挽回的损失。所以在输电线路的设计上，要慎重选择导线，其中有三方面因素要重点考虑：一是考虑导线的性能及安全性；二是要考虑导线的成本；三是选择节能型且噪声小的导线。现在市面上常见的性价比较高的导线有以下几种：普通钢芯铝绞线，铝合金芯高导电率绞线，金芯高导电率绞线，中强度铝合金绞线，钢芯高导电率铝绞线。通过分析探讨以上几种导线的不同方面，可以选择最佳的导线。

2 导线的电气性能

在进行导线选择时，电气性能应作为重要选择条件。电气性能越好，意味着它的载流量越大，载流量的大小直接影响电力输送能力及输电效率，所以要选择承载能力强的导线。载流量大的导线即便线路发生事故，也不会出现较大的安全问题。在电网运行中，也要充分考虑到电能对导线过载流量的影响，特别要考虑天气变化对导线电气性能的影响。核算导线技术参数时，导线的耐热性和抗寒性要充分考虑，温差过大都可能对导线产生不良影响,要在最大程度上确保导线线路能够适应周围温度的变化及环境的变化，使导线的使用寿命最大限度延长。例如钢芯铝绞线及其铝合金绞线的耐热度最高不超过80 ℃ ，一旦温度没控制住，超出这个范围，导线就会出现性能不稳定、频繁故障的问题，增大了安全隐患。

不同导线的输送功率和载流量也不相同，通过计算这些导线输送功率，可以发现总体上差异不大。与传统导线相比，节能导线具有更突出的优点。要精准地计算出电阻损耗，在计算中要充分考虑热损耗、额定电流、分裂根数、导线交流电阻等多种因素的影响。通过公式将铝合金芯高导电率绞线、金芯高导电率绞线、中强度铝合金绞线、钢芯高导电率铝绞线进行计算比较，综合判断它们的电气性能，并对其节能效果进行评定。导线中的输送功率越大，导线的节能效果就会越显著。将不同类型导线的电气性能进行比较，性能最高的是钢芯铝绞线，第二是中强度全铝合金绞线，第三是铝合金芯铝绞线，最后是高导电率钢芯铝绞线。

3 导线的机械特性

对不同导线的机械特性进行比较分析时，能够发现杆塔与导线弧垂的重量有着紧密的关系。这就需要通过进一步分析导线的弧垂性来判断导线的性能是否良好。在高温条件下，导线的自重、拉力、铝钢截面等因素也要作为参考的标准。比如在40 ℃ 的条件下，计算导线弧垂时要观察记录其最小的弧垂。还要计算导线的风偏角，一般在平均风速27 m/s 的情况下，导线的垂直荷载是最小的。这时需要采用塔型的设计，降低风偏角的大小，并对塑形指标Kv值做好对应记录。导线的机械特性主要包括弧垂、荷载、风偏角、过载能力等。从弧垂特性看，中强度全铝合金绞线无疑是最好的，剩余的导线弧垂特性差异不大；从水平荷载来看，所有导线基本相同；从垂直荷载来看，铝合金芯铝绞线是垂直荷载偏小的；从顺线张力来看，铝合金芯铝绞线也是最小的。

4 导线的线路成本

导线种类繁多，不同的导线其价格和质量也是不同的。市场价格比较高的导线是型号为 JL4/G1A-630/45 的高导电率钢芯铝绞线；中间价格的导线是型号为JL3/G1A-630/45的高导电率钢芯铝绞线和JL3/LHA1-465/210的铝合金芯高导铝绞线。从直线塔运行的耗钢量来看，导线荷载、弧垂、横担长度是最主要的影响因素。通过综合分析，钢芯高导电率铝绞线、钢芯铝绞线的机械特性和耗钢量差不多。从节能性来看，节能效果最好的是铝合金芯高导铝绞线，传统的钢芯铝绞线是节能效果最差的。从资金投入的角度看，钢芯高导电率铝绞线是这几个导线类型中投入资金最多的，其次是中强度铝合金绞线、铝合金芯高导铝绞线，而钢芯高导电率铝绞线、普通钢芯铝绞线排在最后。通过对导线的节能性和资金投入综合分析可以得到结论：钢芯高导电率铝绞线的成本回收时间最长，大概需要7.7 年；钢芯高导电率铝绞线的成本回收一般需要6.5 年；中强度铝合金绞线和铝合金芯高导铝绞线的成本回收一般需要3-4年；铝合金芯高导铝绞线的成本回收年限最短，为0.5年。

利用经济学比较方法，可以通过年费计算法准确计算投资是否合理科学。导线的年费主要分为初次购买费用、每年运行维护费用、电能损耗维修费用、资金周转的利息费用等。将各个方案通过货币的时间价值折算到基准年的总费用,然后平均分布在经济投资的各年中，年费用最低的方案即为最优的经济方案。值得注意的是，设计年费用最低的导线线路方案要考虑以下几个因素：导线使用时间年限为40年，且需要分成两年的投资施工周期，第一年投资占比60%，第二年投资占比40%；每年的年最大损耗小时数不得超过3000小时；设备的维护运行费用费率控制在总投资额的1.5%左右；电力工程回收率需占总投资额的8%；上网电价以 0.387 元/kWh为基准进行计算。通过计算可得，不同类型导线的年费用从低到高顺序为：钢芯高导电率铝绞线、钢芯铝绞线、钢芯高导电率铝绞线、中强度铝合金绞线、铝合金芯高导铝绞线、铝合金芯高导铝绞线。

5 结语

导线是高压线路输送最重要的设备，对线路运输是否顺利发挥着重要作用。通过比较分析不同导线机械性能、电气性能和经济性能，发现节能效果最差的是传统的钢芯铝绞线，它的投资成本也很高。在选择导线时，要选择节能型的导线，这类导线不仅节能降耗效果好、减少资金投入、降低工程造价成本，还能够在获得更大经济效益时更好地保护环境。