已建输电线路增容改造可行性分析

广东天联电力设计有限公司 欧思源

1 输电线路增容改造方案

已有输电线路一般有两种增容改造方案：一是拆除现有线路，利用原有线路线行进行重建，并选择大截面的常规导线；二是利用现有线路铁塔，采用增容导线对原导线进行更换，通过增加导线运行温度进而达到增加输送容量的目标。

第一种改造方案的优点在于导线投资较小且全线杆塔均按照最新标准建设，安全性更高，但杆塔建设费用较高，对未满足运行年限的铁塔退运、造成电网资产浪费，且已有输电线路走廊通常涉及城建规划区、进入环境保护区、基本农田等，改造方案存在青赔困难、路径协议办理难度大等问题。此外本方案施工过程中需对原线路进行停电，停电周期较长，对地区电网安全稳定运行影响较大；第二种改造方案的优点在于充分利用现有线路走廊及线路设施，仅通过更换原普通导线即可实现增加线路输送容量。增容导线通过提高导线的正常运行温度，从而提高导线的输送容量。

目前，国内常用的增容导线包括钢芯耐热铝合金绞线、铝包钢芯耐热铝合金绞线和铝包殷钢芯耐热铝合金绞线。其中，钢芯耐热铝合金绞线、铝包钢芯耐热铝合金绞线的长期运行温度可达150℃，随着运行温度的升高此类导线的高温弧垂大幅度增大，对于已建输电线路，在保持原弧垂条件下仅能增加30%～50%的输送容量，增容效果一般。铝包殷钢芯耐热铝合金绞线的长期运行温度可达210℃，属于应力转移型导线，随着运行温度的升高，作用在铝合金绞线上的张力越来越小，到达拐点温度后导线的张力转移至铝包殷钢芯上，从而保证了导线的弧垂与相同外径的钢芯铝绞线基本一致[1]。

线路增容改造导线选型原则：在导线选择的过程中，一般需充分考虑导线的电气性能、机械特性和经济性等因素。受地物、拥挤程度、杆塔使用条件、气象条件等已有条件的限制，相比于投资的经济性，已建输电线路增容改造方案更着重于改造后线路的安全性。因此，已建输电线路增容改造的重点在于对比各比选导线的最高运行温度、载流量、机械性能和弧垂特性，最终选择输送容量满足系统要求、机械荷载满足铁塔使用条件、对地距离及交叉跨越距离满足规范要求的导线作为最优方案。

2 实例分析

2.1 增容改造案例边界条件

云南电网某220kV输电线路于2009年竣工，全线均为双回路架空线路，现有导线型号为1×LGJ-400型钢芯铝绞线，其中1#～12#段共有12基塔位于市政规划范围内。由于用电负荷的增加及电力系统网架的改变，系统要求本线路最大输送功率为665MVA。根据初步测算，现给出6种导线进行比选：JL/LB20A-500/45、JNRLH60/G2A-240/30、JNRLH60/G2A-400/50、JNRLH60/LB1A-240/30、JNRLH3/LBY-340/65、JNRLH3/LBY-135/30。

2.2 载流量分析

架空输电线路的载流量其实是导线发热、吸热和散热的热平衡过程，通常采用摩根公式进行计算，主要受导线截面、导线外径、导线结构、导线最高允许温度、环境温度、风速、日照强度控制[2]。在架空输电线路设计时一般按静态载流量计算，导线的载流能力主要取决于导线的截面、材质以及结构。本案例环境温度取35℃，风速取0.5m/s，日照强度0.1W/cm2，导线吸热系数和辐射散热系数0.9，可以计算出各比选导线的最大输送容量。

由计算结果可知，与原设计导线外径和单重相近的JNRLH60/G2A-400/50型钢芯耐热铝合金绞线，在最高运行温度下的最大输送容量为531MVA，JNRLH3/LBY-340/65型铝包殷钢芯耐热铝合金绞线在最高运行温度下的最大输送容量为622MVA，载流量分别为原导线的1.83与2.14倍，但仍不满足系统规划需求。因此，本线路需采用双分裂导线进行增容改造。其中，导线截面最小的为2×JNRLH3/LBY-135/30型铝包殷钢芯耐热铝合金绞线。经计算，当该导线运行至206℃时可满足系统要求的665MVA输送容量。

2.3 机械荷载分析

导线对杆塔的机械荷载影响主要可分解成横向荷载、纵向荷载和垂直荷载。横向荷载主要指水平荷载，由导线的外径、线路水平档距及最大风速决定；纵向荷载主要指纵向张力，由导线的破断张力、设计安全系数和气象条件决定；垂直荷载由覆冰厚度、导线单重和线路的垂直档距决定。已建输电线路增容改造时，须保证导线的这三个方向荷载在各种气象条件下均不超出杆塔的可承受能力。

根据本文案例已建输电线路的原设计气象条件，设计风速取30m/s，设计覆冰取10mm。经计算，在满足输送容量的条件下，若采用2×JL/LB20A-500/45型铝包钢芯铝绞线进行增容改造，各方向荷载均增加1倍以上，全线杆塔需拆除重建；若采用钢芯耐热铝合金绞线或铝包钢芯耐热铝合金绞线进行增容改造，各方向荷载为原荷载的1.3～1.5倍，荷载增加幅度较大，全线杆塔需拆除重建；若采用2×JNRLH3/LBY-135/30型铝包殷钢芯耐热铝合金绞线进行增容改造，纵向荷载比原荷载小，垂直荷载与原荷载相当，水平荷载增大31.56%。经推算，直线塔综合荷载增大22%，耐张塔综合荷载预计与原方案持平，直线塔需进行加固，耐张塔超限不多，可利旧运行。

2.4 弧垂特性分析

对于普通导线，导线的运行温度越高其弧垂越大。而对于铝包殷钢芯耐热铝合金绞线，当导线运行温度未达到拐点温度时导线张力主要作用于铝合金绞线，且随着运行温度的提高此部分张力逐渐减小；当导线运行温度达到拐点温度时导线的张力转移至铝包殷钢芯上[3]。现推荐选用弧垂特性较好的2×JNRLH3/LBY-135/30的铝包殷钢芯耐热铝合金绞线，按其实际可能出现的最高运行温度进行计算，与原LGJ-400/50型钢芯铝绞线进行弧垂比较。

由此可见，与原导线弧垂相比，2×JNRLH3/LBY-135/30的铝包殷钢芯耐热铝合金绞线在2#～4#段的弧垂略大与原导线弧垂，在1#～2#、4#～12#段的弧垂均小于原导线弧垂。通过对原线路的断面图进行分析，更换导线后原有铁塔呼高可满足导线对地距离满足规程要求，无需对原铁塔进行升高改造。

综上可得如下结论：

受限于线路走廊，利用现有铁塔，采用增容导线替换原导线的增容改造方案比利用原线路走廊，选择大截面常规导线重建线路方案的可行性更高；采用耐热导线对已建线路进行增容改造，需对比各比选导线进行载流量分析、机械荷载分析、弧垂特性分析，以确保改造方案满足系统输送容量要求，各气象条件下的机械荷载满足现有铁塔使用条件，且满足对地距离及交叉跨越要求。

常规导线及耐热导线均可用于已建输电线路增容改造，本文通过对6种型号的导线进行分析可知，常规大截面导线、铝包钢芯铝绞线和钢芯耐热铝合金绞线的机械荷载过大，需全线更换铁塔。而铝包殷钢芯耐热铝合金绞线的增容效果好、机械荷载小、弧垂特性佳。对于增容需求大，线路走廊青赔困难的已建输电线路增容改造，推荐采用铝包殷钢芯耐热铝合金绞线。