倍容量导线在架空输电线路中的技术和经济性研究

李志强，孙永军，谷振山，虞凯成，陈 晖，许雪开

（1.国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，浙江 杭州 310008；2.浙江省送变电工程有限公司，浙江 杭州 310020；3.国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，浙江 丽水 323050；4.国网浙江省电力有限公司金华供电公司，浙江 金华 321017）

随着社会经济的不断发展，持续增长的电力需求对电网的输电能力和效率提出了新的要求。新建线路虽然可以解决输送电能力不足的问题，但是不能提高输送电的效率，且开辟新的线路走廊涉及征地、拆迁、施工补偿、停电等问题，不符合经济性要求。倍容量导线的应用能够很好地满足既提高输送电能力又提高输送电效率的要求。

1 倍容量导线简介

架空线路倍容量导线是一类特种导线，在相同线径下比普通钢芯铝绞线的输送容量更大，也被称为“增容导线”或“高温导线”。本文选取较常见的殷钢芯耐热铝合金绞线、间隙型钢芯耐热铝合金绞线、钢芯耐热铝合金导线、碳纤维芯铝合金绞线4种倍容量导线与普通导线进行对比和分析。

2 倍容导线的技术和经济性分析

本节以220 kV输电线路为例展开详细的比较，并在下一节对某110 kV风光互补项目具体实例进行验证分析。

2.1 工程假定条件

额定电压：220 kV；

最高运行电压：242 kV；

经济输送功率：2×247 MW，极限输送功率2×445 MW；

功率因数：0.95；

最大负荷利用小时数：5 000 h。

2.2 导线性能比较

导线选用双回2×JL/G1A-400/35，按等容量输送原则进行对比分析。

2.2.1 导线载流量比较

导线载流量公式如下：

式（1）中：I为允许载流量，A；WR为单位长度导线的辐射散热功率，W/m；WF为单位长度导线的对流散热功率，W/m；WS为单位长度导线的日照吸热功率，为允许温度时导线的交流电阻，Ω/m。

按上述系统条件，经计算比较，极限输送功率为445 MW，则每相负荷电流为1 229A，各类导线载流量均≥1 229A，每回线的输送功率均≥445 MW。其中，普通耐热导线载流量是普通钢芯铝绞线的1.7倍左右，超耐热导线载流量为普通导线的2倍甚至更高，碳纤维导线是普通钢芯铝绞线的2倍左右。

2.2.2 交流电阻损失比较

双回交流线路的电阻热损失公式为：

式（2）中：WQ为功率热损耗，MW/km；N为分裂根数；I为单回单根导线的额定电流，A；re为导线的交流电阻，Ω/km。

经计算，双分裂普通耐热导线与双分裂普通钢芯铝绞线线损基本相同，单导线输送相同容量时，碳纤维导线电阻损耗最低。

2.2.3 导线的弧垂特性比较

导线铝钢截面比、自重以及拉断力等因素都影响着导线的弧垂特性。对于殷钢芯和碳纤维等导线，当温度高于迁移点温度后，弧垂随温度升高变化很小。一般来说，铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线应力迁移点温度在90～100℃之间，碳纤维导线应力迁移点温度在80℃左右，而间隙型导线应力迁移点温度与安装时的气温及安装工艺有关。

2.2.4 覆冰过载能力比较

各类导线的过载覆冰都大于20 mm，满足要求。其中，普通钢芯铝合金导线、钢芯耐热铝合金绞线和铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线覆冰过载能力基本相当，间隙型特强钢芯超耐热铝合金绞线和碳纤维导线覆冰过载能力较强。

2.3 全寿命周期成本分析（LCC）

2.3.1 导线用量计算

根据目前市场价格，钢芯铝绞线JL/G1A-400/35导线费用最低，由于导线自重及单价的差异，间隙型特强钢芯超耐热铝合金绞线JNRLH3S/G5A-400/35导线费用相对较低，碳纤维JLRX/T-450/50导线费用相对较高，铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线JNRLH3/LBY-300/50导线费用最高。而碳纤维金具价格较高，若耐张直线比例按1∶2、每千米3基塔计算，每千米造价因金具会提升约8万。

2.3.2 导线全寿命费用分析

全寿命费用是一种物质产品在研发设计、生产制造、使用运行、维修保养、废弃处置等产品寿命全过程中产生的各项费用的总和。

在工程建设中，常采用年费用最小法去评估一项工程的全寿命费用。线路工程年费用最小法的计算公式如下：

式（3）中：NF为年平均费用，万元（平均分布在m+l到m+n期间的n年内）；Z为折算后的工程总投资，万元；n为工程的经济使用年限。

表1为不同输送功率的年费用。

表1 不同输送功率的年费用（年最大损耗小时数3 200 h、电力工程回收率8%、40年）

经过比较分析得出：①相同截面的耐热铝合金绞线与普通钢芯铝绞年费相差不大，输送容量普通导线不满足且最大负荷利用小时数低时，可以选用耐热铝合金绞线；②铝包殷钢芯超耐热铝合金绞线的年费最高；③碳纤维导线价格为普通钢芯铝绞线的1.35倍，年费与普通钢芯铝绞线相当。

3 全寿命周期分析应用举例

丽水大洋山风电110 kV送出项目，装机容量50 MW，风电等效满负荷小时数为2 091 h，光伏等效满负荷小时数为973 h。根据风电与光伏的出力特性，风电、光伏分别按100%，85%出力考虑，经计算，风电、光伏打捆送出时，最大出力为135 MW，等效满负荷小时数为1 495 h。

3.1 导线选型

本文拟采用JLRLH60/G1A-300/50、JGQNRLH55/G1A-300/40、JNRLH3/LBY-300/50、JNRLH3S/EXT-300/40、JLRX/T-300/35进行对比分析。

3.2 技术和经济性分析

3.2.1 边界条件

本线路的寿命期按40年考虑，折现率按8%取，入网电价按0.45元/kW·h计。

3.2.2 各种导线方案下的年费用比较

根据丽水电网风电和光伏出力情况，按本工程风光互补测算，本工程常年负荷在40 MV以下，极少数在110 MVA以上，结合本文分析得出（43.5 MVA），采用耐热铝合金JLRLH60/G1A-300/50方案年费最优。碳纤维价格为普通导线的1.4倍左右，新建工程具有经济性。

4 结束语

碳纤维导线低弧垂特性最好，电阻损耗也最小，但其金具价格高，综合造价高；间隙型导线低弧垂特性优于殷钢芯导线，但施工烦琐；殷钢芯超耐导线价格高，低孤垂特性比碳纤维导线及间隙型导线都强，但其性能稳定，便于施工及运行维护；普通耐热导线具有价格低的优势，但其增容效果差，一般在1.6倍左右。

目前社会生产力水平下，耐热导线还没有得到大规模的应用，特别是基建项目。超耐热导线、碳纤维导线等价格仍然较高，仅在通道受限、不对杆塔进行整基改造的项目中采用；为了满足电网可靠性N－1要求，甚至是N－2，可采用耐热铝合金或超耐热铝合金导线；在大跨越等需要低弧垂特性的导线情况下，可以通过技术和经济性比较手段确定是否采用倍容导线。

在实际的应用中，应充分考虑工程投资、输送能力、负荷特点、孤垂特性、过载能力及年费用最小等各种因素，合理选型。