1、高压输电线路导线载流量计算的探讨Inquire into Calculation of Conductor Current Carrying Ampacity onHV Transmission Line叶鸿声(华东电力设计院 ,上海市 ,200063)摘 要 高电压、大容量输电线路导线截面选择主要取决于载流量。导线 (钢芯铝绞线 )允许温度从 70 提高到80 ,导线的机械强度虽略有降低 ,仍能满足规程规定 ;对配套金具无影响 ;弧垂约增加 0. 5m。但载流量可提高24 % 27 % ,即在输送容量相同的情况下 ,所需导线截面至少减小一档 ,可节约投资 8 %以上。关键词 输电线路 导线截
2、面 载流量计算 导线温度 环境气温导线是架空输电线路的重要元件之一 ,导线截面的大小将影响到绝缘子、金具强度的选择 ,杆塔、基础的荷重 ,直接影响到线路的造价。因此合理地选择导线截面就显得十分重要。1 导线截面选择输电线路的导线截面 ,除按经济电流密度选择外 ,还要按电晕及无线电干扰等条件进行校验。在某些情况下 ,还要按电力系统非正常运行情况校验导线的允许载流量。随着输电线路输送容量的增大 ,大截面分裂导线的采用 ,电晕损失、无线电干扰已不起控制作用。且导线允许的电流密度随截面增大而减小 (见表1) 。因此 ,导线截面选择主要由允许载流量来决定。表 1 钢芯铝绞线 70 时允许电流密度导线铝截
3、面Pmm2允许载流量PA允许电流密度P(A mm - 2)240 440 445 1. 83 1. 85300 495 512 1. 65 1. 71400 583 608 1. 46 1. 52500 664 670 1. 33 1. 34630 763 775 1. 21 1. 23800 878 887 1. 10 1. 112 导线载流量的计算导线载流量与导线所处气象条件 (环境温度、风速、日照强度 )有关 ,在计算导线载流量时 ,应使导线不超过某一温度 ,目的在于使导线在长期运行或在事故条件下 ,由于导线的温升 ,不致影响导线强度 ,以保证导线的使用寿命。我国规定 ,导线允许温度(以
4、下简称导线温度 ) :钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线为 + 70 (大跨越为 + 90 ) 1 。导线载流量计算公式很多 ,有日本、前苏联、美国、英国和法国等有关部门或人士提供的公式。其中英国摩尔根公式考虑影响载流量因素较多 ,并有实验基础 ,但摩尔根公式计算过程较为复杂。在一定条件下将其简化可缩短计算过程 ,适用于雷诺系数为 100 3 000 ,环境温度为 40 ,风速 0. 5 mPs ,导线温度不超过 120 ,直径 4. 2mm 100 mm 的导线载流量计算。摩尔根公式如下 :It = 9. 92 ( VD)0. 485 + A +s Is DKt Rd t其中 A = SD ( +
5、ta + 273) 4 - ( ta + 273) 4式中 导线载流时温升 , ;V 风速 ,mPs ;D 导线外径 ,m ; 导线表面辐射系数 , 光亮新线为0. 23 0. 46 ,发黑旧线为 0. 9 0. 95 ;Is 日照强度 ,WPm2 ;S 常数 ,S = 5. 67 10 - 8 WPm2 ;ta 环境温度 , ; s 导线吸热系数 ,光亮新线为0. 23 0. 46 ,发黑旧线为 0. 9 0. 95 ;Kt 导线温度为 + ta 时交直流电阻比 ;收稿日期 :2000 - 08 - 10322000 年第 12 期 电 力 建 设 1994-2006 China Acade
6、mic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/Rd t 导线温度为 + ta 时的直流电阻 , Pm。法国载流量计算公式为 :I = 8550 ( T2 - T1 ) ( Vd 10- 3 ) 0. 448 + B - Si dR 1 + K( T2 - 20)其中 B = e d ( T2 + 273) 4 - ( T1 + 273) 4式中 V 风速 ,mPs ;Si 日照强度 ,WPm2 ;T1 环境温度 , ;T2 导线允许的最高温度 , ;d 导线直径 ,mm ;K导线电阻的温度系数 ,1P ;
7、R 20 时的线电阻 , Pkm ; 导线吸热系数 (通常为 0. 5) ;e 导线的辐射系数 (通常为 0. 6) ; 常数 ,取 5. 7 10 - 8 WPm2 。从上述 2 公式可以看出 ,它们的考虑方法基本相同 ,仅一些系数取值不一样。其载流量与导线电阻率、环境温度、导线温度、风速 ,日照强度、导线表面状态 (辐射系数和吸热系数 ) 、空气传热系数和运动粘度等因素有关。3 导线温度对载流量的影响3. 1 各国导线温度取值 2日本、美国为 90 ;西德、荷兰、瑞士为 80 ;英国、瑞典为 50 ;我国和前苏联为 70 。3. 2 导线不同限制温度下的载流量当环境温度为 40 ,风速 0
8、. 5 mPs ,日照强度1 000 WPm2 ,辐射系数、吸热系数均为 0. 9 时 ,钢芯铝绞线载流后的温度为 70 和 80 时的载流量见表 2。从表 2 看出 ,对钢芯铝绞线 210 800 mm2 截面 ,导线温度从 + 70 提高到 80 后 ,载流量可提高 24 % 27 %。当载流量要求不变时所需的导线截面至少可减小一档。即原需 400 mm2 截面 ,提高导线温度后 ,当输送载流量不变时只需 300 mm2 截面就够了。3. 3 相关规定也适当提高了导线温度按有关规定 3 :导体的最高工作温度不应超过+ 70 ,在计及日照影响时 ,钢芯铝绞线及管形导体可按不超过 + 80 考
9、虑。3. 4 导线温度提高到 80 ,强度仍能满足规程要求从上海电缆研究所提高导线运行温度试验研究报告中可知 ,LGJ - 240P40、 LGJ - 300P40 和 LGJ -4 00P35钢芯铝绞线温度从 70 加热到不同温度时表 2 钢芯铝绞线的载流量截面Pmm2结构 根 Pmm铝 钢计算载流量 PA70 80 比值210P50 30P2. 98 7P2. 98 409 507 1. 24240P30 24P3. 60 7P2. 40 445 552 1. 24240P40 26P3. 42 7P3. 66 440 546 1. 24240P55 30P3. 20 7P3. 20 44
10、5 554 1. 24300P15 42P3. 00 7P1. 67 495 615 1. 24300P20 45P2. 93 7P1. 95 502 624 1. 24300P25 48P2. 85 7P2. 22 505 628 1. 24300P40 24P3. 99 7P2. 66 503 628 1. 25300P50 26P3. 83 7P2. 98 504 629 1. 25300P70 30P3. 60 7P3. 60 512 641 1. 25400P20 42P3. 51 7P1. 95 595 746 1. 25400P25 45P3. 33 7P2. 22 584 73
11、0 1. 25400P35 48P3. 22 7P2. 50 583 729 1. 25400P50 54P3. 07 7P3. 07 592 741 1. 25400P65 26P4. 42 7P3. 44 597 752 1. 26400P95 30P4. 15 19P2. 50 608 767 1. 26500P35 45P3. 75 7P2. 50 670 842 1. 26500P45 48P3. 00 7P2. 80 664 831 1. 25500P65 54P3. 44 7P3. 44 667 850 1. 27630P45 45P4. 20 7P2. 80 763 964 1
12、. 26630P55 48P4. 12 7P3. 20 775 979 1. 26630P80 54P3. 87 19P2. 32 774 977 1. 26800P55 45P4. 80 7P3. 20 887 1126 1. 27800P70 48P4. 63 7P3. 60 884 1121 1. 27800P100 54P4. 33 19P2. 60 878 1118 1. 27的强度变化 ,如表 3 所示。从表 3 可以看出 : (1) 硬铝线经 1 000 h 的加热试验 ,80 时的强度略有下降。当原始硬铝线强度较低时 (冷加工率相对较小时 ) ,下降的数值很小 ,可视为测试误差
13、引起的 ;而原始强度较高时 ,则有少量下降 ,但强度仍能满足标准规定。 (2) 镀锌钢线 ,经1 000 h ,120 加热试验 ,强度性能没有变化。 (3)导线的总拉断力是铝线拉力和镀锌钢线拉力的综合 ,当导线在 80 运行时 ,总拉断力略有下降 ,但仍能满足标准规定。3. 5 导线温度从 70 提高到 80 后 ,金具仍可用南京电力金具研究所按 GB2317 - 85 金具试验42 电 力 建 设 2000 年第 12 期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. h
14、ttp:/国家标准 ,曾对 LGJ - 240P30 ,LGJ - 400P35 配套金具进行了电阻、温升、热循环以及高温握力试验 , 试验表 3 钢 、铝单线在不同温度 、不同加热时间后的强度残存率序号 线种直径Pmm强度P(N mm- 2)加热时间Ph强度残存率 P%80 90 100 110 120 1 硬铝线 3. 22 174. 9250 98. 9 97. 2 97. 1 96. 7 92. 1500 97. 2 97. 1 95. 2 93. 8 92. 6750 96. 0 95. 7 95. 2 93. 5 92. 21 000 96. 6 95. 7 94. 1 92. 2
15、 91. 72 硬铝线 3. 41 175. 9250 99. 1 97. 6 96. 3 93. 4 93. 9500 97. 2 96. 4 95. 2 93. 6 91. 7750 97. 7 96. 7 95. 7 93. 9 91. 21 000 96. 3 95. 3 93. 6 93. 1 90. 23 硬铝线 4. 00 157. 5250 99. 1 98. 6 97. 2 96. 6 95. 1500 97. 4 96. 9 96. 7 95. 2 94. 4750 98. 1 97. 3 96. 6 95. 6 92. 81 000 99. 2 98. 0 96. 3 9
16、5. 3 93. 94 镀锌钢丝 3. 20 1 440250 100. 3 100. 2 100. 4 99. 9 100. 0500 100. 1 99. 9 100. 2 99. 8 100. 2750 100. 1 100. 0 99. 9 100. 3 100. 01 000 100. 1 99. 8 100. 0 100. 0 99. 9注 :以上数据为 6 次实测值的平均值。结果表明 :NY- 240P30T、 NY - 400P35T 耐张线夹和 J YD -240P30T、 J YD - 400P35T直线管的直流电阻小于等长导线 ;120 高温试验 ,金具温升低于导线温升
17、; 48h、 120 高温握力试验和热循环后的高温握力均超过计算拉断力的 95 % ,符合 GB2314 1997 电力金具通用技术条件。NY- 240P40 耐张线夹和 J YD - 240P40 直线管按GB2317 - 85 金具国标试验方法 ,在导线温度为110 时 ,其电阻、温升、热循环试验以及 110 时高温握力试验均符合 GB2314 - 1997 电力金具通用技术条件。试验结果表明 :导线温度从 70 提高到 80 时与导线相配的金具是可以满足运行要求的。3. 6 导线对地及对交叉跨越物的影响导线对地及对交叉跨越物的距离是根据最高气温或覆冰无风弧垂曲线计算的 ,与导线温度关系不
18、大。但考虑导线温度升高 10 ,对 LGJ - 300P40、 LGJ- 400P35 导线 ,在档距为 400 500 m 时 ,弧垂大约增加 0. 5 m ,因此导线温度升高对地及对交叉跨越物的距离可适当增加以作为弧垂增大的补偿。3. 7 经济特性导线温度从 70 提高到 80 ,所需截面可减小一个档次 ,从送电工程综合限额设计控制指标(1999 水平 )中可查出 :500 kV 线路 ,4 LGJ - 400 与 4 LGJ - 300 相比 ,造价相差 11. 81 万元 Pkm ;330 kV 线路 ,2 LGJ - 400 与 2 LGJ - 300 相比 ,造价相差 8. 13
19、万元 Pkm ;220 kV 线路 ,2 LGJ - 300 与 2 LGJ - 240 相比 ,造价相差 7. 27 万元 Pkm。又可从 2000 年电力可靠性指标中查出 :1999年全国新建成 500 kV 线路 3301 km ;330 kV 线路 138km ;220 kV 线路 7043 km。若按导线截面减少一档计 ,可节省投资数亿元 ,经济效益巨大。4 载流量与环境条件4. 1 载流量计算与分析如前所述 ,载流量与环境温度、风速、日照强度、导线表面状态等有关。我国推荐用的计算参数为 :风速 0. 5 mPs ,日照强度 1 000 WPm2 ,导线表面吸收系数 0. 9 ,导线
20、辐射系数 0. 9 ,环境气温 40 。而 IEC61597 - 1995 推荐的计算参数为 :风速1. 0 mPs ,日照强度 900 WPm2 ,导线表面吸收系数0. 5 ,导线辐射系数 0. 6 ,环境气温 40 。按上述 2 种条件 ,用摩尔根公式和法国公式对LGJ - 400 导线的载流量进行计算 ,成果见表 4、表 5。从表 4、表 5 看出 : (1) 用摩尔根公式与法国公式计算出的载流量只相差 1 %左右。 (2) 当导线温度为 70 时 ,采用 IEC 推荐参数较我国推荐参数计算的载流量可提高 25. 3 % 27. 9 %。 (3) 当导线温度为 80 时 ,采用 IEC
21、推荐参数较我国推荐参数计算的载流量可提高 18 % 21 %。4. 2 环境温度的取用值一般在计算导线载流量时 ,环境温度的取值大都为 40 。按照文献 1规定 :计算导线允许载流量时 ,环境温度应采用最高温度月的最高平均温度。在华东地区 ,一般为 35 左右。若按以上 2 种环境温度 ,用摩尔根公式进行载流量计算结果如表 6。522000 年第 12 期 电 力 建 设 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/表 4 用摩尔根公式计算的载流量 A导线型号
22、LGJ - 400P20 LGJ - 400P25 LGJ - 400P35 LGJ - 400P50 LGJ - 400P65 LGJ - 400P95导线温度 + 70 我国参数 595 584 583 592 597 608IEC参数 750 733 732 742 760 776比 值 1. 26 1. 255 1. 256 1. 253 1. 273 1. 276导线温度 + 80 我国参数 746 730 729 741 752 767IGC参数 896 875 874 886 909 928比 值 1. 20 1. 199 1. 199 1. 196 1. 209 1. 210表
23、 5 用法国公式计算的载流量 A导线型号 LGJ - 400P20 LGJ - 400P25 LGJ - 400P35 LGJ - 400P50 LGJ - 400P65 LGJ - 400P95导线温度 + 70 我国参数 588. 3 576. 3 575. 5 583. 7 591. 3 601. 8IEC参数 745. 4 728. 3 726. 7 736. 4 754. 6 769. 7比 值 1. 267 1. 264 1. 263 1. 262 1. 276 1. 279导线温度 + 80 我国参数 750. 6 734. 8 734. 2 745. 9 756. 2 771.
24、 6IGC参数 890. 7 870. 1 868. 3 880. 4 902. 4 921. 2比 值 1. 187 1. 184 1. 183 1. 180 1. 193 1. 194表 6 导线在不同环境温度时的载流量 A导线型号 LGJ - 400P20 LGJ - 400P25 LGJ - 400P35 LGJ - 400P50 LGJ - 400P65 LGJ - 400P95导线温度 70 环境温度 40 595 584 583 592 597 608导线温度 70 环境温度 35 657. 4 642. 3 641. 0 649. 4 665. 5 678. 7比 值 1. 1
25、05 1. 10 1. 099 1. 097 1. 115 1. 116从表 6 可以看出 ,环境温度 35 较 40 时的载流量约增加 10 %左右。5 结论5. 1 高电压、大容量输电线路的导线截面选择主要由允许载流量决定。5. 2 导线温度对载流量有较大影响 ,我国规定输电线路导线温度为 70 ,而国际上大多数国家规定导线温度在 80 及以上。当导线温度从 70 提高到80 ,对于钢芯铝绞线 ,载流量可提高 24 % 27 % ,即输送容量不变 ,所需截面至少可降低一档。降低后对导线的机械强度 ,配套金具 ,对地及对交叉跨越物距离基本没影响或采取措施可以解决 ,但可获得巨大的经济效益 ,
26、可节省数亿元投资。5. 3 计算载流量的环境条件 ,我国与 IEC 推荐的计算参数不尽一致 ,用 IEC 参数计算载流量将增加20 %左右 ,值得我们进一步做工作 ,以得到符合国情的合理的计算参数。6 参考文献1 DLPT5092 - 1999. 110 500 kV 架空送电线路设计技术规程2 刘士璋 . 铝绞线、钢芯铝绞线交直流电阻及载流量的计算3 SDGJ14 - 86 导体和电器选择设计技术规定风光互补发电系统可推广应用本刊讯 据悉 ,由内蒙古工业大学研制的户用风光发电系统为分散居住的无常规电地区的居民带来了光明。这一发电系统主要由风力发电机、太阳能电池、逆变控制器、蓄电池等 4 部分
27、组成 ,以户为单位进行安装 ,它可以为常备家用电器提供电力。其功能可使无法通电的居民达到城市居民的基本用电水平。利用逆变技术保证全天候不间断供电。有关专家指出 ,户用风光发电系统具有较大推广价值。此种系统设备总体售价 1 万元左右 ,使用寿命 10 年以上 ,居民有能力接受。内蒙古自治区党委、政府决定 ,今后 5 年内 ,将给每户购买此系统的居民提供至少 3 000 元的补贴。62 电 力 建 设 2000 年第 12 期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/
