计算架空线路载流量.doc

计算架空线路载流量计算架空线路载流量 如何计算架空线路载流量呢？如何计算架空线路载流量呢？一、通过对输电线路导线温度、接点温度，计算出导线当前的实际载流量 我们知道导线温度国标是 70 度，和载流量有什么关系，导线最大载流量是多少.1.1 导线允许载流量的计算 导线的温度与导线的载流量、环境温度、风速、日照强度、导线表面状态等有关，对于确定的环境条件，导线的允许载流量直接取决于其发热允许温度，允许温度越高，允许载流量越大。但是导线发热允许温度受导线载流发热后的强度损失制约，因此架空导线的允许载流量一般是按一定气象条件下导线不超过某一温度来计算的，目的在于尽量减少导线的强度损失，以提高或确保导线的使用寿命。允许载流量的计算与导体的电阻率、环境温度、使用温度、风速、日照强度、导线表面状态、辐射系数及吸热系数、空气的传热系数和动态黏度等因素有关。导线的最高使用温度按各国的具体情况而定，日本、美国的导线最高使用温度允许到 90，法国为 85，德国、荷兰、瑞士等国允许到 80，我国和前苏联允许到 70。架空导线载流量的计算公式很多，但其计算原理都是由导线的发热和散热的热平衡推导出来的，热平衡方程式为 Wj+WS=WR+WF 式中，Wj 为单位长度导线电阻产生的发热功率,W/m；WS 为单位长度导线的日照吸热功率，W/m；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。各国在计算过程中考虑的各个因素有所不同，使其公式的系数不同，但计算结果相差不大。以英国摩尔根公式和法国的公式作比较，其计算值相差 1%2。其中英国摩尔根公式考虑影响载流量的因素较多，并有实验基础。但摩尔根公式计算过程较为复杂。在一定条件下将其简化，可缩短计算过程，适用于当雷诺系数为 1003 000 时，即环境温度为 40、风速为 0.5m/s、导线温度不超过 120时，可用于直径为 4.2100 mm 的导线载流量的计算。载流量计算公式如下 式中，为导线的载流温升，；v 为风速，m/s；D 为导线外径，m；为导线表面的辐射系数（光亮新线为 0.230.46，发黑旧线为 0.900.95）；S 为斯蒂芬-包尔茨曼常数 5.67 10-8W/m2；ta 为环境温度，；s 为导线吸热系数，光亮新线为 0.230.46，发黑旧线为 0.900.95；kt 为 t(t=+ta)时的交直流电阻比;Rdt 为 t时直流电阻；Is 为日光对导线的日照强度，W/m2。我国现行标准导线载流量计算，采用的就是以上计算公式。载流量公式确定后，所选取的参数对计算载流量的影响很大，表 1 为收集到的有关国家载流量的计算参数。表 1 有关国家载流量的计算参数 注：美国对日照强度的计算还考虑了太阳高度、太阳方位角、线路的方位角、海拔高度等因素。其他算式均以日照强度综合概括了以上因素的影响。现用摩尔根公式，环境温度 ta 取 40，采用中国和 IEC 条件，进行载流量计算，计算结果如表 2 所示。表 2 用摩尔根公式计算的载流量 通过对导线载流量的各个边界条件影响的分析，得出以下结论：（1）边界条件对导线载流量计算影响比较大，由于各国根据本国的条件（环境强度、日照强度、吸热系数等）取值各有不同，因此计算出的载流量相差较大。以我国和 IEC 的条件分别计算的载流量，相差在 15%20左右。因此选择适合于本地区的计算边界条件是非常重要的，也是需要进行进一步研究的问题。（2）导线表面辐射系数和表面的吸热系数，主要是由导线的新旧决定，虽然它们各自对导线载流量有一定影响，而且影响是相反的，但它们对导线载流量的综合影响要小得多，在导线使用温度范围内，大约为 1%2。（3）风速对导线载流量影响很大：v0.5m/s 比 v0.1m/s 时的载流量要大 40，而 v1.0m/s 比 v0.5m/s 时的载流量要增大 15%20，所以风速的取值值得研究。据国外研究表明，风向与导线的夹角不同，对载流量的大小也有影响。（4）日照强度对载流量也有影响。日照强度为 100W/m2 较 1000W/m2 的载流量要提高 15%30，但日照从 1 000W/m2 减少至 900W/m2 时，载流量仅提高 1%4。（5）温度对载流量的影响很大：从导线温升 与载流量的关系可以看出，在温升的初始阶段，载流量上升很快。环境温度 40时，导线温升每升高 5，载流量要增加 10；40时，导线温升每升高 5，载流量要逐渐减少，从 8降至 2。总之，影响导线载流量的边界条件，一部分为外界环境条件，如风速、日照强度、环境温度等，这是与输电线路所处的自然条件有关。另一部分是与导线有关的，如导线的吸热系数、辐射系数、导线允许温度、导线直径等。导线的吸热、辐射系数综合影响载流量是不大的，当导线直径（截面）一定时，导线允许温度的取值就成为影响载流量的主要因素。根据以上的分析计算，提高华东电网现运行线路的载流量有 2 种方法：导线允许运行温度不变，根据运行环境实际情况，核算线路载流量，对受限线路载流量进行精细管理。如通过在线测量线路的实际风速、日照强度和实际环境温度，计算确定线路的载流量。环境温度仍按40考虑，线路风速和日照强度完全按规程要求，提高导线允许运行温度。方法一的优点是现行运行标准不变，线路运行安全性不变，但需要研发在线风速、日照检测和数据传输装置，需要一定的研发周期；方法二适合迎峰度夏时期，但导线运行温度将超过目前规程规定导线允许运行温度70，并由此带来 3 个问题：不符合现行设计标准（现行标准要求导线最高温度为70）；对导线、配套金具的机械强度和寿命有不同程度的影响；由于温度提高，导线弧垂的增加，对地及交叉跨越空气间隙距离减小，影响线路对地及交跨的安全裕度，影响程度取决于线路走廊的实际情况。本文重点介绍通过提高导线允许温度（第二种方法），确定导线载流量的方法。2 提高导线允许温度有关问题的探讨 2.1 对导线及配套金具机械强度的影响 导线在高温下运行时会缓慢退火、老化，使其强度损失，强度损失随导线温度和加热时间的增加而增大，间断加热对强度损失具有累积作用，国际上通常认为在电流长期作用下的导线瞬时破坏张力的降低不应大于 5%10。1999 年修订线路设计规程的调查中，得到 54/7 钢芯铝绞线的强度损失见表 3。表 3 温度对导线强度损失 1980 年国际大电网会议的报告中提出钢芯铝绞线的强度损失数据说明，钢芯铝绞线在短时间受热 90150时，其强度并未遭受损失，反而有所提高，这可能是由于其线股在受热后调整伸长和位移使受力条件得到改善，钢芯强度能更好利用的结果。报告认为仅从导线耐热的角度考虑。钢芯铝绞线可采用 150，但为了避免接头氧化而损坏，在连续运行时，它们的温度必须不超过 70。2002 年，电力建设研究所为提高导线发热允许温度进行了单丝和整线及其配套金具的发热试验，并结合我国实际情况选择了 LGJ-185/30、LGJ -400/35、LHBGJ-400/50 和 ACSR-720/50 等 4 种常用的导线为代表。试验结果表明：绞前单丝80持续加温时硬铝或铝镁硅合金线强度损失率均小于5；导线温度由70提高至 80，对导线强度损失率的增大不超过 1。绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率见图 1。图 1 绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率 绞后线材持续高温后的强度损失率与绞前基本相同。硬铝线在 80条件下经 1000h加热后，与常温 20相比强度损失率相差不到 5 ；铝镁硅合金和镀锌钢线强度损失率没有变化。此外，4.54、3.22 和 3.02 硬铝线持续加温 90、1000h 后，强度损失率分别为 3.91%、5.08和 6.58%；加温 100、1000h 后，强度损失率分别为 6、6.76 和 9.4。由此说明强度损失率与线径有关，越细损失越快。结果表明，4 种导线在 80和 90持续高温下的综合强度损失率分别小于 4和6。试验观测的 4 种导线在高温下温度膨胀系数和弹性模量变化很小。归纳以上情况，可以看出提高导线允许最高温度到 80，对导线本身来说并不影响其安全运行。2.2 温度受连接处接触传导面稳定性的影响 线路上的导线连接点数量非常多，以 500kV 单回路为例，按一个导线端部为一个连接端，并按导线盘长 2km、每公里 2.5 基塔、耐张塔占 15%计算，估计 100km 线路含有 3000 多个压接端头。这些连接部件都在野外施工、运行，承受大电流、大张力和气候变化的影响，处于较为苛严的工作状态。大量存在于导线连接处的接触传导表面，经历长期户外运行后，难免氧化衰变。为了避免陷入接触电阻和温度升高的恶性循环，各国都将导线允许最高温度限制得低于导线本身所能承受的温度。1980 年国际大电网会议架空线专业的报告提出为避免接头氧化，在连续运行时，它们的温度不得超过 70。有鉴于此，1976 年和 1999 年修订我国线路设计规程时，也对一般线路钢芯铝铰线的允许最高温度限制为 70，对大跨越线路则允许为 90。2002 年在电力建设研究所做的提高导线允许温度的试验中，测得压接金具温度均低于导线温度，见图 2，交流电阻约为等长导线的 0.350.65 倍，均与国内外其他观测结果类似。可见配套金具在载流时的工作情况，优于导线本身。图 2 导线温度与金具平均温度之差随导线温度变化关系 由上述情况可见，提高导线允许最高温度，并不影响其配套金具的安全运行。2.3 调整对地和交叉跨越间距 对安全间距的选择，首先要分析一下现行线路设计标准是否合理。现行标准规定导线与地面的距离是根据最高气温情况或覆冰无风情况求得的最大弧垂，不考虑由于电流、太阳辐射引起的弧垂增大，华东地区设计导线与地面的距离是根据最高气温（+40）来校核的。标准只要求送电线路与标准铁路、高速公路及一级公路交叉时，如交叉档距超过 200m，最大弧垂按导线+70计算。研究人员选择了 21 种导线，在 4 种气象条件下，以传统的计算方法计算了 40、70、80导线弧垂，见表 4。由表 4 可知：对于按 40弧垂定位的 500kV 线路，在、气象类，当 l=lp 时，70弧垂都能满足规程要求，除对山岩和百年洪水位外，80、90弧垂也都能满足要求。l=l1 时，除 lp=300m 情况之外，70弧垂均能满足规程要求，80、90弧垂不能满足规程要求。l=l2 时，70、80、90弧垂均不能满足规程要求。在气象区中，高温弧垂增大比、气象分类小。当 lp=300m，l=l1 时，70弧垂已不能满足规程要求；在任何档距下，当 l=l2 时，70均不能满足规程要求。表 4 4 种气象条件下 40、70、80导线弧垂 注：表中的 f1、f2、f3 分别表示 70、80、90弧垂与 40弧垂之间的差值。因此若按+70来校核对地距离，现行运行线路对地距离在设计时有很多地方已不满足要求。若按+40来校核是合理的，现行标准要求的对地距离就有很大的裕度。因此我们根据现行线路的设计标准，且考虑的是在一回线路故障的情况下，提高另一回线路的短时载流量，确定了导线温度在+80弧垂时交叉跨越和对地距离的确定原则：若将现行线路设计标准对活动目的物距离考虑操作过电压间隙，对相对固定的目的物考虑雷电过电压间隙；对电杆距离增加 2.5m 是针对可能上杆的维修人员的活动空间，考虑农器具高度一般不超过 4.2m 和公路限高一般不超过 4.5m，大气过电压距离为3.2m，带电作业距离为 3.3m，根据车辆多少，确定安全裕度分别为 1、2、3m。确定在+80弧垂下交叉跨越和对地距离，如表 5 所示表 5+80下导线内控距离 注：括号中 2.5m 和 3.3m 分别为操作和带电作业间隙，4.5m 考虑农器具和公路限高；其他为裕度：1、2、3m 为安全裕度，0.5m 为测量误差。3 提高线路输送容量试点工作 3.1 工作重点 为了缓解苏南地区2003年迎峰度夏用电紧张形势，研究人员确定武南至斗山5265、5266 线、斗山至石牌 5267、5268 线，这 4 条迎峰度夏潮流受控线路作为提高线路输送容量的试点工程。根据以上的研究分析，确定工作的重点为：测量和校核这 4 条线路在+80弧垂下的交跨情况；检查这 4 条线路的金具连接情况；校核这 4 条线路间隔的相关其他变电设备的过流能力。（1）通过对这 4 条线路交跨距离的现场测量和+80下的弧垂校核,共有多处交跨未达到内控距离,各相关供电公司对未达到内控距离的交跨距离进行了处理。（2）通过对连接金具多次红外测温结果发现，导线接续管连接良好，未发现温度异常现象，对由螺栓连接松动、螺栓锈蚀等引起温升异常的耐张线夹，全部进行了处理。3.2 运行管理 提高 500kV 线路输送容量，将 500kV 线路导线工作温度从 70提高到 80，对运行单位还是第一次，为了能做好此项工作，确保线路安全运行，各供电公司按要求制定了 500kV 线路迎峰度夏运行管理规定和事故预想方案，并采取了缩短线路巡视周期；组织线路夜巡、特巡；对提高输送容量线路的受控点进行动态监控的措施；及时与调度联系，了解掌握线路负荷状况，在大负荷情况下及时进行测温。4 结论（1）提高导线允许最高温度，从而提高线路的正常输送能力，具有比较普遍的意义。如导线允许温度由规程规定的70提高到80，LGJ-400 4 导线的载流量由 2380A提高到 2800A，经济效益十分明显。选取提高斗南、斗牌双线共 4 条线路输送容量作为试点线路，此举既是提升区外来电输送通道容量，应对迎峰度夏地区用电紧张这一特殊形势的特殊手段；又是对今后如何提高设备利用率，加强电网企业经营能力的一次有益尝试。（2）导线允许温度由规程规定的70提高到80，对导线、配套金具的机械强度和寿命没有影响，但是由于温度提高，导线弧垂的增加，对地及交叉跨越空气间隙距离减小，影响线路对地及交跨的安全裕度（影响程度取决于线路走廊的实际情况）。（3）本文提出的导线80弧垂下的对地及交跨安全距离是安全合理的。2003年迎峰度夏时期提高斗南、斗牌双线 4 条线路的输送容量，经过了环境温度为40、单线电流达 1425A 的长时间考核，且在交跨距离的复测中得到进一步安全验证。（4）从对这 4 条线路接头红外测温结果分析可知，接续管连接牢固，没有发现温度异常现象，而耐张线夹多次发现连接有缺陷，建议耐张线夹的连接改为压接方式。（5）华东电网 2004 年对瓶武、王南双线进行了增容改造，2005 年对渡牌双线、瓶风、瓶仪、乔涌、乔潮、凤双双线共 8 线进行了增容改造。线路输送电流由 2400A增大至 2800A。经济效益和社会效益显著，该项目成果获得国网公司领导的高度评价，并且在华东 500、220kV 电网中得到了推广应用。