采用增容导线时的定位弧垂计算

周魁，徐维毅，高选，胡汉基

(中南电力设计院，武汉市 430071)

0 引言

随着国民经济的飞速发展，用电负荷不断攀升。目前部分线路的输送容量受到热稳定水平的限制，严重制约了电能的输送，而新建线路不仅投资大、周期长，还受到地区规划、环境保护等因素的影响。因此，如何科学、安全地提高现有输电线路的输送容量，成为亟待解决的问题。

目前，提高输电线路载流量的常用方法有3种:(1)根据运行环境的实际情况核算线路载流量，对受限线路载流量进行精细管理。如采用监测线路的实际风速、日照强度、环境温度来计算线路的载流量［1-2］，但这种方法实时监测、计算麻烦，并且夏季用电高峰时受环境的影响较大，增容量很小。(2)提高现有线路的最高允许运行温度［3］，将钢芯铝绞线的最高允许运行温度由70℃提高到80℃。这种方法的增容量为20%～25%，增容量也较小。(3)不改变现有线路杆塔、基础，将原导线更换为增容导线来提高载流量。采用这种方法可增容50%以上，甚至达到倍容［4］。

采用增容导线增加输送容量后，导线温度大幅上升，已不能采用与钢芯铝绞线相同的40/50℃定位弧垂来校验对地及交叉跨越距离的方法。

1 增容导线介绍

目前国际上使用较为广泛的增容导线有2类［4］。

第1类是以日本为代表采用的耐热铝合金导线系列。耐热铝合金为在金属铝中添加锆等元素，抗拉强度为153～183 MPa，允许连续使用温度为150℃，短时使用温度达180℃［5］;在230℃、加热1 h后，强度残存率≥90%。具有代表性的该类导线有钢芯耐热铝合金绞线、殷钢芯耐热铝合金绞线、铝基陶瓷纤维芯耐热铝合金绞线、间隙型钢芯耐热铝合金绞线。耐热铝合金导电率较铝线低，损耗较大。

第2类是以美国、加拿大为代表采用的软铝导线系列。软铝绞线采用经处理的软铝线为导体，导电率达63%IACS，其强度较低，为59～76 MPa，但其延伸率可达20～30%［6］。当工作温度到达软铝导线的迁移点温度时，导线的机械荷载将全部转移到芯线(钢芯或碳纤维芯)，由芯线承担导线的全部张力。由于芯线具有较好的软化特性，能在较高的温度下工作，而不降低其机械强度。芯线的线膨胀系数比钢芯铝绞线的低，当导线工作温度提高时，软铝导线的弛度变化很小，因此相同截面软铝导线的载流量比钢芯铝绞线高。

软铝导线的最高使用温度可达150℃以上，具有代表性的该类导线有钢芯软铝绞线、特强钢芯软铝绞线、碳纤维芯软铝绞线。

在不更换原有杆塔、基础条件下实现增容，要求更换导线对杆塔的荷载不超过原导线。LGJ-300/40钢芯铝绞线、JNRLH60/LB14-300/40铝包钢芯耐热铝合金绞线、AF(SZ)+S4A-300/40应力转移型特强钢芯软铝型线绞线的参数见表1，计算载流量见表2。

表1 导线参数Tab.1 Conductor parameters

注:载流量采用摩根公式计算，计算条件如下:环境温度为40℃;太阳辐射功率为1000 W/m2;风速为0.5 m/s［7］。

从表1、2可以看出，钢芯铝绞线的最高允许温度由70℃提高到80℃时可增容约25%，在导电截面相近时各导线载流量基本相同，增容由允许运行温度升高实现。虽然耐热铝合金和软铝导线的最高运行温度可达150℃，实际使用时还需考虑对地及交叉跨越距离。与普通钢芯铝绞线相比，要实现50%以上的增容，导线的最高运行温度应达到90℃以上，不能采用40/50℃或覆冰无风最大弧垂定位来校验限距。

2 定位弧垂计算

2.1 我国现行规程对定位弧垂的规定

我国大多数地区的常年平均气温为15℃，导线实际温度为29～42.3℃。文献［8］中规定，钢芯铝绞线的最高线温取70℃时，按导线温度40℃或覆冰无风工况计算最大弧垂定位。计算表明，导线温度为40～50℃的弧垂差值大于70～80℃时的，最高线温为80℃时，可按导线温度为50℃或覆冰无风工况计算最大弧垂定位［8］。文献［8］同时规定，对特殊交叉跨越，应按最高线温弧垂校验跨越距离。

2.2 采用增容导线后的定位弧垂计算

采用增容导线后定位弧垂的计算可分为2步:先确定定位弧垂相应的导线温度，再计算该温度下的弧垂与覆冰无风工况下的弧垂，取两者的较大值。覆冰无风工况下，确定定位弧垂相应的导线温度是计算采用增容导线后定位弧垂的关键。

根据文献［8］对定位弧垂的说明可以看出，定位弧垂相应的导线温度可根据环境气温及输电线路输送正常潮流时的温升计算得到，并且导线最大弧垂可以在一定范围内(定位弧垂和最高线温弧垂之间)浮动。由此得到采用增容导线对老旧线路进行改造时，计算定位弧垂相应导线温度的2种方法［9-10］:

(1)以线路输送正常潮流时的导线温度作为定位弧垂相应的导线温度。

(2)以原线路导线的定位弧垂温度与最高线温的弧垂差值作为基准值，以与改造后导线最高线温时的弧垂相差值相同的导线温度作为定位弧垂相应的导线温度。采用该方法的前提是导线最高温度弧垂不超过原导线在70℃时的弧垂。

若在新建线路中采用增容导线且导线最高允许温度超过80℃，则采用第1种方法计算定位弧垂相应的导线温度。计算正常潮流导线温度时，环境温度为最高气温月的平均最高气温。

3 工程实践

以某500kV输电线路为例，设计覆冰为10 mm，设计风速为30 m/s(对地20 m高)，导线采用4×LGJ-300/40钢芯铝绞线。增容后，相导线电流达4 kA，正常潮流为2000MW。经荷载、弧垂、经济性等多方面比较，该工程最终采用4×AF(SZ)+S4A-300/40应力转移型特强钢芯软铝绞线。

根据相关气象资料，该工程线路所经地区最高气温月的平均最高气温为30℃。经计算发现，最大载流量和正常潮流时导线温度分别为125、70℃，定位弧垂计算结果见表3，其中档距为400 m，代表档距为300～900 m。

从表2可以看出，原导线40℃时的弧垂比覆冰无风工况时大，新导线70℃时的弧垂比覆冰无风工况时大，即原导线采用线温40℃弧垂定位，新导线根据第1种方法计算得到的定位弧垂相应导线温度为70℃。

以代表档距为400 m、档距为300～900 m、使用第2种方法计算定位弧垂相应的导线温度，原导线弧垂计算参数见表4，更换导线后定位弧垂相应的导线温度计算结果见表5。

根据该工程的重要性，最终选取70℃的弧垂作为定位弧垂校验限距。

4 结论

(1)采用增容导线后定位弧垂计算可分为2步:先确定定位弧垂相应的导线温度，再计算该温度下的弧垂与覆冰无风工况下的弧垂，取两者较大值。

(2)定位弧垂相应的导线温度可通过计算输送正常潮流时的导线温度得到。

(3)采用增容导线时，以输送正常潮流时导线温度下的弧垂作为定位弧垂校验限距的方法方便、安全，在实际工程中推荐采用此方法计算定位弧垂。

［1］张启平，钱之银.输电线路实时动态增容的可行性研究［J］.电网技术，2005，29(19):18-21.

［2］钱之银，朱峰.提高华东电网500kV输电线路输送容量的研究［J］.华东电力，2003，31(6):4-7.

［3］单周平，陈春.架空输电线路增容过程中导线弧垂的计算方法［J］.湖南电力，2012，32(1):5-8.

［4］黄豪士.输电线路节能型增扩容导线的特性［J］.电力建设，2010，31(2):29-34.

［5］尤传永.耐热铝合金导线的耐热机理及其在输电线路中的应用［J］.电力建设，2003，24(8):4-8.

［6］尤传永.架空输电线路钢芯软铝绞线的应用研究［J］.电力建设，2006，27(5):1-4.

［7］叶鸿声.高压输电线路导线载流量计算的探讨［J］.电力建设，2000，21(12):23-26.

［8］GB 5045—2010110 kV～750 kV架空输电线路设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2010.

［9］叶鸿声，龚大卫，黄伟中，等.提高导线允许温度的可行性研究和工程实践［J］.电力建设，2004，25(9):1-7.

［10］叶鸿声，龚大卫，黄伟中.提高导线运行温度增加线路输送容量的研究及在500kV线路上的应用［J］.华东电力，2006，34(8):43-46.