探究新型节能导线在高压输电线路中的应用

王刚 梁影 中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司

1 新型节能导线概述

1.1 新型节能导线概述

新型节能导线是一种通过改变导线内部加强芯、提高导体导电率等方式，降低电力传输面临的电流组织、提高线路导电能力，从而减少高压输电线路线损的新型导线，此类导线的应用能显著提高高压输电线路的节能效果。相比于传统导线，新型节能导线普遍拥有更强机械特性，在技术层面上提高了导线的导电能力，因此在高压输电线路设计与施工中，可以不用考虑导线的机械性能，直接替代传统钢芯铝绞线，节省大量设计和施工时间。

新型节能导线主要通过导线材料性能提升，如导电率为63%IACS 的软铝，61.5～63%IACS 的高导硬铝等；适当优化导线材料类型与导线结构，增强导线的导电能力和节能效果。

1.2 常见新型节能导线

高压输电线路中，应用新型节能导线的根本目的是节能降耗，而通过导线实现节能目标，要通过减小导线电阻、降低导线线损实现，常见新型节能导线包括以下几种，普通钢芯铝绞线与新型节能导线参数如下：目前市场上常用的导线有JL/G1A-630/45 普通钢芯铝绞线、JL4/G1A-630/45-45/7 钢芯高导电率铝绞线、JL/LHA1-465/210 铝合金芯铝绞线、JLHA3-675 中强度铝合金绞线四种，有钢（铝合金）导线和铝（铝合金）导线两种，市场上现存的导线基本上维持在总截面为674mm²、铝钢界截面比为7、直径为33.8mm、电阻0.045Ω 左右，不同绞线可能存在数值上的些微差距，从单位质量上看，JL/LHA1-465/210 铝合金芯铝绞线、JLHA3-675中强度铝合金绞线更有优势，单位质量约为1860kg/km，有JL/G1A-630/45 普通钢芯铝绞线、JL4/G1A-630/45-45/7 钢芯高导电率铝绞线的整体单位质量约在2080kg/km。从计算拉断力上看，JL/LHA1-465/210 铝合金芯铝绞线比较脆，JLHA3-675 中强度铝合金绞线的计算拉断力最高，从保证质量的角度上看，选择JLHA3-675 中强度铝合金绞线比较合适。

（1）钢芯高导电率铝绞线

该新型节能导线中用到了一种新型铝绞线——钢芯高导电率铝绞线，其导电率在61.5 ～63%IACS 之间，可直接替代普通钢芯铝绞线中的铝线。新型节能导线在铝截面积相同的情况下，拥有更高导电率，在高压输电线路中可以显著降低导线的直流电阻，提高线路的导电能力，从而降低线损。

（2）中强度全铝合金绞线

此类导线采用的是58.5%IACS 的中强度铝合金，其相比于同等规格的普通钢芯铝绞线，由于传统的钢芯被铝合金材料替代，所以会使导线的导线截面增加，直接降低导线的直流电阻值，提高导线的导电能力。

（3）铝金芯高导电率铝绞线

此类新型节能导线中，高强度铝合金芯导电率为53%IACS，其可以替代普通钢芯铝绞线中的部分铝线和所有钢芯，导线外部铝线为高导电铝线，在总截面相同的情况下该导线的直流电阻更小，能很好的提高导线的导电能力，但此类导线的造价较高，在高压输电线路设计中要考虑工程预算问题。

2 高压输电线路设计中应用新型节能导线应遵循的原则

2.1 最优化

高压输电线路设计中，新型节能导线的选择应遵循最优化原则。最优化并非要求新型节能导线与普通钢芯铝绞线在经济、成本、节能、环保等方面均达到最优化，而是要在考虑工程特征如投资大小、工程预算、使用环境、预期寿命等因素的基础上，通过对各类新型节能导线进行技术经济比较，选择一种在技术和经济层面最优的新型节能导线。建议设计人员将各类新型节能导线作为预选对象，从工程实际着手全面对比分析各类新型节能导线的综合效益，采取量化手段对各类导线进行赋分，选取分值最高的新型节能导线，保证新型节能导线选型达到最优化。

2.2 经济性

经济性是高压输电线路设计中导线选型必须遵循的必要原则，经济性原则不能只体现在导线采购成本、施工成本等环节，还要结合新型节能导线的导电率、截面大小等计算线损，结合工程所处环境因素预测新型节能导线的使用寿命，根据新型节能导线的线损值、预期寿命，在综合考虑各类导线维护难度、维护频率的条件下，掌握各类导线使用的经济效益，尽量选取经济效益最佳的导线，最大限度提高新型节能导线在线路中的节能效果。

2.3 安全性

安全性是主要考查的是不同类型新型节能导线应用的稳定性，在高压输电线路设计中必须注重新型节能导线的施工安全、使用安全。一方面，新型节能导线要便于运输、存储、施工；另一方面，新型节能导线在面对复杂野外环境时，能表现出较强稳定性。设计人员要从导线选型方面着手，尽量避免施工安全隐患，降低导线在使用过程中发生损坏的概率，避免故障影响电力系统正常运转。

3 高压输电线路设计中新型节能导线的应用

3.1 计算线损

高压输电线路的电能损耗分为电晕损耗、导线电阻损耗两个部分。高压输电线路设计中，如果选择截面较大的导线，其电晕损耗通常为电阻损害的3%～4%左右，因此在高压输电线路电能损耗的计算中，需要将导线损耗作为计算重点，在掌握不同类型导线的线损值后，可以大致判断电晕损耗，且各类新型节能导线的电晕损耗基本一致，设计人员可采用公式（1）（2）分别计算双回线路单位长度的最大电阻功率损耗与电阻电能损耗：

式中W—最大功率损耗；I—相最大负荷电流；Q—年电阻损耗能量， —年最大负荷损耗小时数；Rac—年相线路单位长度交流电阻。随后按照公式（3）计算多分裂导线电阻：

式中N—导线分裂根数；rac—导线给定输送功率下的单位长度交流电阻。如果输送电流与负荷小时数不变，电阻大小是决定导线线损的直接影响，可以通过降低导线的交流电阻达到降低线损的目标，从而为新型节能导线的选型提供参考依据。

3.2 导线经济性比较

高压输电线路设计中，设计人员可以采用年费用法对不同类型的新型节能导线展开经济性比较。年费用计算能整体反映工程投资是否合理，计算内容包括首次年费用、年运行维护费用、年电能损耗费用、资金利息等。设计人员要将各类设计方案根据资金的时间价值折算到基准年的总费用中，并根据各类新型节能导线的设计方案，选择年费用最低的设计方案，保证新型节能导向的应用在经济上达到最优化。以某750kV 高压输电线路工程为例，根据业主要求新型节能导线的预期使用年限为5a，工期为2a，第一年和第二年分别投资50%，年最大损耗小时数分别按2200h 和3750h 计算，设备运维费率1.4%，工程回收率按工程投资8%计算，电价为0.4 元/kWh，经计算不同新型节能导线在不同输送容量下的年费用见表1。

表1 不同新型节能导线的年费用计算结果

根据不同导线的年费用计算结果，其中铝合金芯铝绞线的年费用最小，选用铝合金芯铝绞线的经济性最强。

3.3 了解导线的电气性能

高压输电线路拥有很高输电效率，导线选型对新型节能导线的电气性能有较高要求。高压输电线路在运行过程中，随着输电效率增长，导线承载的电流量会随之上升，如果新型节能导线的电气性能满足不了线路运行的要求，会给高压输电线路运行的安全性带来不良影响。

新型节能导线的电气性能是影响其输电效率的关键因素，因此在高压输电线路设计中，设计人员要重点考虑各类新型节能导线的电气性能，考虑外部环境、气候条件可能给导线电气性能造成的影响。设计人员要全面统计各类导线材料的指标参数，确定在不同温度条件下导线电气性能的变化，尽量选用在极端条件下仍然能维持正常运行的导线，最大限度降低外部环境给导线正常运行造成的干扰。首先，设计人员要考虑新型节能导线载流量对系统输送容量提出的需求，关注温度条件变化对其产生的影响，详细分析各类导线的技术参数，在合理运行温度范围内准确计算导线的输送容量，确保新型节能导线的使用寿命能满足工程实践的要求。其次，在新型节能导线截面一致的情况下，不同新型节能导线的电阻损耗存在一定差异，在导线选型时设计人员要利用相应公式计算各类节能导线的电能热损失，其中线损计算是电气性能计算的重要内容。

4 结语

高压输电线路能否稳定运行，与导线选型、运行有直接关系。高压输电线路中，传统导线的线损较高，不符合电力系统绿色节能发展的要求，高压输电线路设计中进行新型节能设备选型是行业发展的必然选择。设计人员在选择新型节能材料的过程中，要综合考虑导线的经济性、节能性，全面掌握、对比各类导线的技术参数，选取最适合工程运行的导线类型，最大限度提高新型节能导线在高压输电线路中的作用，发挥新型节能导线经济、节能、环保等优势。