输电线路截面选择

按经济输送容量选择输电线路导线截面黄悌，朱容坊，李宗庚(西南电力科技咨询开发公司，四川成都610061)摘要：导线是架空输电线路的主要元件之一，在架空输电线路的建设中占有很大的比重。导线截面大小直接影响有色金属的消耗量。如何合理地选择导线截面积是个非常重要的问题，其导线截面积，一般按经济电流密度来选择。中国解放初期没有自己的标准，是按前苏联的标准选择经济电流密度。中国在50年代中期和80年代中期，根据国民经济的发展、科技进步及认识的提高，两次颁发了经济电流密度。使电力设计工作者有标准可依，使之更接近客观实际情况。关键词：架空输电线路；经济电流密度；导线截面选择导线是架空输电线路的主要元件之一，在架空输电线路的建设中占有很大的比重。导线截面选择过大，不仅增加有色金属的消耗量，而且还显著地增加线路的建设投资。导线截面选择过小，则运行时在线路中的电压和电能损耗加大，使电能传输受限和运行经济性变差。架空输电线路导线截面一般按经济电流密度来选择，并根据电晕，机械强度和事故情况下的发热条件进行校验。必要时通过技术经济比较确定。对超高压线路，电晕往往是选择导线截面的决定因素，应进行选择导线截面的技术经济专题论证。在进行电力系统规划时，一般考虑线路投入运行后5～10年的输送容量，根据经济电流密度选择导线截面。在进行系统设计、系统专题论证(如电站接入系统，向大用户供电，联网专题等)时，一般是先按输送容量，根据经济电流密度初选导线截面，然后可按照具体条件进行两个以上方案的技术经济论证比较，最后确定导线截面。故在一定的输送容量条件下，经济电流密度是选择输电线路导线截面的基本依据。本文主要是论述按经济电流密度初选导线截面问题，并根据中国1987年修订后颁布的经济电流密度，编制了在不同电压等级(6kv、10kv、35kv、110kv、220kv)，不同利用小时数(2000h～7500h)，不同输送容量情况下查选导线截面的简易表。以供在电力系统规划、系统设计、系统专题论证中初选导线截面时使用。1中国在不同时期所采用和颁布的导线经济电流密度大家都知道，导线经济电流密度的确定是一个技术经济问题，与国家在不同国民经济发展阶段的经济政策和生产水平有着密切的关系。所以在不同的历史时期，往往要对原定的经济电流密度作必要的修订，以便与当时的经济政策及现状相适应。中国在选择输电线路导线截面，所采用的经济电流密度，大致可分为三个阶段：1．1第一阶段，解放初(即1949年至1955年)中国没有自己的经济电流密度，故在选择输电线路的导线截面时，主要是参考前苏联50年代初推荐的经济电流密度，见表1。该经济电流密度是根据最小年运行费用法求得的，即年运行费用包括电能损耗(导线发热损耗和电晕损耗)费、折旧和维护管理费。除维护管理费外，其它都随导线截面的大小而变化。取使得年运行费用为最小的导线截面作为经济截面，对应的电流密度为经济电流密度。1．2第二阶段，1956年至80年代中期中国1956年电力工业部颁布了经济电流密度，见表2。注：未计电晕损耗。这是中国颁布的第一个经济电流密度。编制该经济电流密度时，考虑到中国国情，在适当节省建设投资和有色金属消耗的情况下，仍采用最小年运行费用法，计算得出的。该经济电流密度在中国使用了三十余年，使用时间最长，是工程上惯用的经济电流密度。1．3第三阶段，80年代中期至今80年代，水利电力部根据中国的技术经济政策和建设、生产运行实践经验，结合当时的实际情况，并尽可能吸收国外先进技术，对中国的经济电流密度进行了修订。于1987年颁布了《导体和电器选择设计技术规定》(SDGJ14－86)。在该文件中公布了修订后的经济电流密度(以曲线形式)，见图1。该次编制，计算经济电流密度是采用动态计算方法，即克服了以前用静态计算的弊端，为不考虑利息、利润、税金、投资收益为零不能返本的缺陷，而考虑了输电线路建设投资与投资回收年限内总运行费用之和的总费用(包括为补偿线路能耗的补充装机投资)、投运后获取的利润、贷款的付息、利润的税金以及货币的时间价值诸因素后，取总费用最小和投资经济效果最佳的导线截面作为经济截面，从而导出经济电流密度。用这种动态计算观点的方法，是当前较为完善和周密的方法。综上所述，从中国在不同发展时期所采用的导线经济电流密度来分析，可以看出：1)建国初期中国没有本国的经济电流密度，只有参考国外的，当时主要参考前苏联的经济电流密度。中国1956年和1987年两次颁发的经济电流密度，都是根据中国国民经济发展的不同阶段，当时的生产水平和经济政策的具体情况制订的。随着科学技术的进步，认识水平的提高，在计算方法也在不断改进提高。前者是用静态方法，后者是用完善、周密的动态方法，使之更加接近客观实际情况。2)从不同阶段所采用的经济电流密度来分析，在采用同样材料的导线、同样的年最大负荷利用小时情况下，其发展趋势是经济电流密度值在不断递增。例如，同样采用钢芯铝绞线，年最大负荷利用小时都为4000小时(3000～5000小时)其经济电流密度，中国1956年为1.15A／mm2，而1987年为1.27A／mm2，增加了0.12A／mm2。前苏联所颁布的经济电流密度。70年代的修订值也比50年代的经济电流密度增加0.1～0.3A／mm2(前者为欧洲部分，外高加索外贝加尔及远东地区，后者为中西伯利亚，哥萨克斯坦及中亚西亚地区)。随着国民经济的发展，生产水平的提高，电力和有色金属供应的改善等情况的变化，在今后发展的一定阶段，还要对已颁布的导线经济电流密度进行必要的修改。3)中国经济电流密度，不断修改、完善、周密、实用。例如中国1956年颁布的经济电流密度表中只有裸铝、钢芯铝线，而在1987年颁布的经济电流密度曲线图中，就进一步分为：曲线1，导线为LJ型，10kV及以下的电力线路；曲线2，导线为LGJ型，10kV及以下的电力线路；曲线3，导线为LGJ、LGJQ型，35～220kV电力线路。分得较为细致。在1956年经济电流密度表中，年最大负荷利用小时数只分为三档：3000小时以下，3000～5000小时和5000小时以上。而1987年的经济电流密度曲线图中，年最大负荷利用小时数由2000小时到7500小时是连续性的座标，好查对，也细致多了。2按经济输送容量选择输电线路导线截面根据传输容量和年最大负荷利用小时数，运用查不同电压级、不同型号导线的经济输送容量表，选择输电线路的导线截面。在电网规划设计中，都会遇到各种电压级若干条输电线路导线截面选择问题，如果要用经济电流密度表或曲线来选每条线路的导线截面，则要将传输容量换算成电流值，然后根据不同的年最大负荷利用小时数，查出对应的经济电流密度，最后用传输的电流除以经济电流密度，才得到相应的导线截面。比较复杂繁琐。为了方便系统规划设计工作者，在严格按照国家颁布的经济电流密度值的基础上，简便、快速地初选导线截面，本文特根据中国80年代中期颁布的经济电流密度曲线，编制了35～220kV钢芯铝绞线(LGJ、LGJQ)经济输送容量表(见表3)。10kV及以下钢芯铝绞线(LGJ)和铝绞线(LJ)经济输送容量表(见表4)。供参考使用。在使用表3、表4时，请注意：1)按经济电流密度选择导线截面用的输送容量，应考虑线路投运后5～10年的发展。在计算中必须采用稳定的经常重复的最高负荷，在系统发展还很不明确的情况下，应注意不要使导线截面定得过小。2)在查表前根据输送容量，输送距离，供电可靠性要求等情况，先考虑采用的输电电压级和输电线路的回路数。以便进行查表。一般各级电压合理输送容量和输电距离可参考表5。3)表3、表4对年最大负荷利用小时数分的比较细，2000～7500小时，每1000小时为一档，并增加了常遇到的5500小时一档。在考虑输电线路的最大负荷利用小时值时，应根据该条线路在电网中的作用而定。3选输电线路导线截面的几点体会1)对一般的输电线路导线截面的选择，可根据线路投运后5～10年的输送容量，按经济电流密度进行选择，必要时对电晕、发热和机械强度进行检验；但对有些线路除了按上面定量的方法选择导线截面外还应根据输电线路在电网中的位置、作用和性质，从宏观发展方面，从丰水期、枯水期多种运行方式等方面进一步分析、研究、核定所选的导线截面是否合理。例如一般由水电、火电基地向负荷中心送电的输电线路、电网中构成骨干网架的输电线路，电源中心(包括500kV降压站，地区电网中的220kV枢纽变电站)向主要的或紧邻的变电站供电的输电线路，向暂时负荷不大，但却有较快发展速度、有发展前途的地区供电的输电线路等在选导线截面时，都应考虑有一定裕度，或者直接按经济电流密度所选的导线截面大一级的导线截面。而对电网边远地区供电，或向发展不快的农村供电，则适宜选小一些的导线截面。2)在电网建设中，为了定型化设计，为了方便运行和检修，减少备品备件种类，建议在电网中各种电压级应选用较少的几种类型导线截面。根据电网实际情况，推荐采用《城市电力网规划设计导则》中各级电压的导线截面型号。如下表6、表7。3)对220kV线路，根据送电容量，送电距离，必要时可采用分裂导线：2×400、2×300、2×240或2×185。过去，在电网建设中，由于种种原因，在各级电压导线截面选择上，除了220kV线路一般选用LGJ-300，LGJ-400或LGJ-2×300导线型号比较少，比较规范外，其余在配网110kV、35kV和10kV中，各级电压的导线截面型号偏多、偏乱，不少线路已运行20～30年，线路破归，导线截面偏小，满足不了电网发展的需要，急待在电网建设中逐步加以改造或更新。3)对电网规划中的主干输电线路的导线截面选择，一般用经济输送容量查表法来选，必要时再进行技术经济比较后，选定。有时会遇到在某一输送容量和送电距离，两种电压级均可采用时，就必须先电压等级论证，后进行导线截面选择。参考文献1导体和电器选择设计技术规定.SDGJ14-86.(87)水电电规技字第4号.(87)水电机字第4号.2电力系统设计技术规程.SDJ161-85试行.(85)水电电规字第63号.3中国电机工程学会城市供电专业委员会.4中国电力百科全书.输电与配电卷.北京：中国电力出版社，1994年6月.(收稿日期：1999-11-26)