节能型架空导线及其节能效果评估

陈 洋， 高 翔， 蒋华君， 龚欣明

(1.电能(北京)产品认证中心有限公司，北京100011;2.远东电缆有限公司，江苏 宜兴214257)

0 引言

为加快贯彻能源节约与资源综合利用这一保证我国经济和社会可持续发展的长远战略方针，国家有关部委相继颁布了一些鼓励、支持企业及用户开发、使用节能产品的政策。因此，越来越多的企业都加大了节能产品的研制、开发工作力度，市场上各式各样的“节能产品”层出不穷。近年来，“节能型架空导线”或类似词语也屡见于一些企业的产品宣传、推广资料或公众媒体上。因国家尚未颁布“节能型架空导线”的具体评价标准，目前对“节能型架空导线”的理解也是仁者见仁。

本文依据业已颁布的国家相关节能产品的法规、标准，结合目前国内架空导线产品实际情况，提出了较具体的“节能型架空导线”的概念及其节能效果评估的方法。

1 相关国家法规、标准中对节能产品的定义

在《中国节能产品认证管理办法》第二条中所明确的节能产品是指符合与该种产品有关的质量、安全等方面的标准要求，在社会使用中与同类产品或完成相同功能的产品相比，它的效率或能耗指标相当于国际先进水平或接近国际水平的国内先进水平。

GB/T 15320《节能产品评价导则》中则对节能产品作了如下定义:节能产品是指符合与该种产品有关的质量、安全和环境标准要求，在社会使用中与同类产品或完成相同功能的产品相比，它的能源使用效率(能效)指标达到相关能效标准的规定，并且具有合理的用户增加投资回收期。

GB/T 15320中还将节能产品细分为直接节能产品(即直接消耗能源来实现某种特定功能或完成服务的节能产品)、间接节能产品(即在使用过程中自身不消耗能源或少消耗能源，但能促使运用该产品的系统或设施降低能耗的节能产品)和新能源和可再生能源节能产品(即在完成相同功能条件下，能替代常规能源的新能源和可再生能源)。

2 “节能型架空导线”的基本概念

依据GB/T 15320中对节能产品所作的分类，显而易见，“节能型架空导线”属于间接节能产品，即在相同工况及运行环境下，使用“节能型架空导线”的输电线路比使用相应传统型架空导线的输电线路的技术线损要小。在架空输电线路传输电力过程中，导线电阻消耗一定的功率，并转换为热量散发，即因导线电阻的存在，线路所传输的部分电能转换成热能，导线电阻越大，这部分电能损耗越多，即线损越大。另在110 kV以上输电线路中还有一种不可忽视的技术线损，即所谓“电晕损失”。它产生的原理是，当输电线路导线周围电场强度超过空气击穿场强时，邻近导线附近的空气产生电离形成电晕放电，因电晕放电产生的带电离子在交变电压作用下在导线周围往返运动，伴随着空气电离还会产生光和无线电干扰，这些效应同样导致线路所传输的部分电能损耗。此外，在交变输电线路中还有因电磁感应现象所造成的电能损耗。

与传统型架空导线比较，凡是能降低上述线损的新型架空导线均有节能的效果。但因电晕损失与导线结构、导线表面电场强度、环境状况、气象条件等诸因素有关，难以定量评估，而在架空输电线路中因电磁感应现象所造成的电能损耗较小，一般不予考虑。因此，综上所述，并结合目前国内架空导线产品的实际状况，可确定“节能型架空导线”的具体概念如下:符合与架空导线产品相关的质量、安全和环境标准要求，在社会使用中与同类产品或完成相同功能的产品相比，在20℃时的导电率为62.5%IACS及以上、且具有良好综合性能的架空导线。

需要说明的是，在上述“节能型架空导线”概念中所涉及的“良好综合性能”主要指该类架空导线除电气性能、机械性能、理化性能等各类主要技术指标均不低于相应的传统型架空导线。

另上述概念中之所以未将GB/T 15320中“具有合理的用户增加投资回收期”这个要求纳入在内，主要因目前国内生产的一些新型架空导线的使用寿命尚不清楚(只能从相关型式试验结论中推断出其使用寿命不会低于相应传统型架空导线的使用寿命)，且所指的“合理的用户增加投资回收期”定义较笼统，难以参照。

3 国内现有“节能型架空导线”的品种及其节能效果评估

国内目前符合上述“节能型架空导线”概念的架空导线产品主要有“碳纤维复合芯软铝型线绞线”、“应力转移型特强钢芯软型铝绞线”和“钢芯软铝绞线”等。

要评估“节能型架空导线”的节能效果，理论上需核算出在输送负荷和使用环境等完全相同的条件下，架空输电线路使用“节能型架空导线”比使用相应传统型架空导线所减少的技术线损值。电力系统目前采用的均方根电流法、平均电流法、最大电流法和等值电阻法(主要适用于10 kV及以下配电网电能损耗计算)等几种常用方法，只适用于核算可测知代表日的三相有功功率、无功功率和线电压，掌握了代表日负荷曲线、最大日负荷电流等线路运行参数的已投入运行的架空输电线路的理论线损。而实际上分别采用“节能型架空导线”和相应传统型架空导线的两条输送负荷和使用环境等完全相同的输电线路几乎是不存在的，这也意味着采用代表日实测线路运行参数的方法无可比性。事实上，作为节能产品认证机构在评估“节能型架空导线”的节能效果时，也难以采用实测线路运行参数的方法来进行降损效果的理论计算。因此，只能在假定输送负荷及使用环境等相同的前提下，设定理论线损计算所需的线路运行及其它相关参数，再参照上述方法来进行“节能型架空导线”节能效果评估。

以下以“碳纤维复合芯软铝型线绞线”为例，简介一种“节能型架空导线”节能效果评估方法，希望能起到抛砖引玉的作用。

例:假定数条线路单相总长度为800 km的220 kV三相输电线路所采用的钢芯铝绞线的有效载流截面积为500 mm2(即铝线截面积)、20℃时导电率为61%IACS，年最大负荷利用小时数为3 500 h，线路设定的经济电流密度为1.15 A/mm2，导线长期工作温度为60℃，年平均环境温度为30℃。若该线路换用有效载流截面积同样为500 mm2(即软铝型线截面积)、20℃时的导电率为63%IACS的碳纤维复合芯软铝型线绞线替代钢芯铝绞线，且假设其输送负荷和使用环境等条件不变，试核算使用碳纤维复合芯软铝型线绞线的节能值(折合成节煤量)。

解:(1)计算公式

式中，ΔA为节电量(kWh);R1为钢芯铝绞线的有效电阻(Ω);R2为碳纤维复合芯软铝型线绞线的有效电阻(Ω);Imax为线路最大负荷电流(A);T为年最大负荷利用小时数(h);R＇1为钢芯铝绞线在20℃时的直流电阻(Ω);β1为导线温升对电阻的修正系数;β2为环境温度对电阻的修正系数;ζ1为钢芯铝绞线交直流电阻比值;ρ1为钢芯铝绞线在20℃时体积电阻率(Ω·mm2/km);L为线路长度(km);S为导线有效载流截面积(mm2);R＇2为碳纤维复合芯软铝型线绞线在20℃时的直流电阻(Ω);ζ2为碳纤维复合芯软铝型线绞线交直流电阻比值;ρ2为碳纤维复合芯软铝型线绞线在20℃时体积电阻率(Ω·mm2/km)。

(2)计算参数取值及其说明(见表1)

表1 计算参数取值及其说明

(3)计算结果

折合成节煤量:Q=23606625×356×10－6=8404(吨/年)。即在假定输送负荷和使用环境等条件不变的前提下，换用碳纤维复合芯软铝型线绞线可节约标煤8404吨/年。

4 结束语

本文中所列举的有关“节能型架空导线”节能效果的评估方法，系参考采用电力系统核计理论线损的“最大电流法”。该方法通过假定输送负荷和使用环境等条件不变，设定的线路年最大负荷利用小时数及相应的线路经济电流密度，并将导线有效载流截面积视作导线的经济截面，来确定线路年最大负荷电流的方法符合输电线路导线截面选取设计基本原则，可以解决因线路负荷的随机性及实测线路运行参数的不便所带来的“节能型架空导线”认证工作中所遇到的实际问题。其意义在于，可相对直观地反应出使用“节能型架空导线”比使用相应传统型架空导线节约能源的大体情况，并可作为具备相关资质和条件的节能产品认证机构在进行此类节能产品认证时，评估其节能效果的参考方法。显而易见，该方法不适用于架空输电线路实际技术线损的核算。

“节能型架空导线”替代相应传统型架空导线，可明显减低架空输电线路线损。目前，因市场对其节能效果的认知度有限，加之如碳纤维复合芯软铝型线绞线，因其制造成本相对偏高，而应力转移型特强钢芯软型铝绞线是我国近年才发明的新产品，所以导致市场竞争能力不强，因此，在新建架空输电线路中，采用“节能型架空导线”的线路仍很少。但碳纤维复合芯软铝型线绞线等“节能型架空导线”用于替代传统的“倍容导线(即耐热铝合金导线)”来实现已有输电线路的增容改造，既能达到增容目的，也解决了传统型“倍容导线”导电率偏低(一般为58%IACS～63%IACS)的问题。可以预见，随着“节能型架空导线”生产成本的逐步降低和认知度的提高，“节能型架空导线”的“性价比”也会越来越高，该类产品的市场前景也会越来越好。

［1］黄豪士.建设资源节约型输电线路时所使用的导线［J］.电线电缆，2008(2):1-7.

［2］王 柳.电网降损方法与管理技术［M］.北京:中国水利水电出版社，2010.

［3］《电力节能技术丛书》编委会.输变电系统节能技术［M］.北京:中国电力出版社，2008.