梅李鵬，陳華明

(1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北　宜昌　433002；2.武漢華中新能電力設(shè)計有限公司，湖北　武漢　433000)

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基于原桿塔導(dǎo)線更換為耐熱導(dǎo)線的研究

梅李鵬1，陳華明2

(1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北宜昌433002；2.武漢華中新能電力設(shè)計有限公司，湖北武漢433000)

隨著城市電網(wǎng)的發(fā)展，常會遇到輸電線路利用原線路走廊架線工程，如需利用舊原線路，但新建線路導(dǎo)線比原舊線型號要大，原有桿塔無法掛新建線路導(dǎo)線，特別是原線路周圍有房子的情況，原走廊兩邊已無法開辟新的通道，以及原走廊在城區(qū)拆除麻煩和拆除后無法再架設(shè)新塔的情況。為了節(jié)省投資，利用舊塔，避免拆除重建，縮短施工時間，如今選擇導(dǎo)線更換耐熱導(dǎo)線。如何結(jié)合導(dǎo)線參數(shù)選擇耐熱導(dǎo)線，選擇的導(dǎo)線能否滿足輸送功率要求，是本文研究的方向，結(jié)合相關(guān)實際工程應(yīng)用給予了分析。

耐熱導(dǎo)線；導(dǎo)線溫度；載流量；導(dǎo)線增容；弧垂

1　引言

伴隨城市建設(shè)的發(fā)展，當(dāng)時變電站出線直至數(shù)公里外的角鋼塔四周為空地，現(xiàn)在出站附近線路周圍已建滿了房屋，新建線路需要繼續(xù)采用原有線路通道才能出線，加上變電站周圍已再無新的通道可走線。這是一個在線路設(shè)計過程中常遇到的問題。隨著導(dǎo)線技術(shù)的不斷發(fā)展[1-2]以及輸送容量的不斷增加，如今線路可以利用舊的桿塔掛新型的增容導(dǎo)線避免線路桿塔的推倒重建。而建設(shè)新的線路走廊投資巨大、建設(shè)周期長[3-4]，只需要更換線路導(dǎo)線進行增容改造[5]，提高現(xiàn)有電網(wǎng)的輸送能力。

為了提高電網(wǎng)輸送能力的要求，學(xué)者對導(dǎo)線增容技術(shù)進了了大量研究。文獻[6-7]分析了在不改變線路結(jié)構(gòu)的情況下，對導(dǎo)線的輸送容量與導(dǎo)線溫度的關(guān)系進行了分析，提出通過改變導(dǎo)線溫度提高輸電線路容量的方法。文獻[8]提出了實時檢測導(dǎo)線溫度、環(huán)境溫度、以及日照強度等動態(tài)因素，隨時調(diào)整導(dǎo)線溫度進行動態(tài)增容。文獻[9-10]提出了利用耐熱導(dǎo)線材料對老項目進行擴容改造在，理論上可以提高50%的載流量。本文通過對耐熱導(dǎo)線進行綜合比較以及結(jié)合實際工程實例，在最優(yōu)經(jīng)濟條件下選擇合適的耐熱導(dǎo)線。

2　耐熱導(dǎo)線的比較

各類增容導(dǎo)線比較，目前國內(nèi)存在的主要增容導(dǎo)線如圖1所示[11]：

由于增容導(dǎo)線主要是靠提高導(dǎo)線的溫度來提高導(dǎo)線的載流量，從而提高輸送容量。所以增容導(dǎo)線一般都是耐高溫的，也稱為耐熱導(dǎo)線。

圖1　幾種主要導(dǎo)線分類圖

一般導(dǎo)線LGJ鋼芯鋁絞線連續(xù)工作溫度極限工作溫度70℃～100℃，而增容導(dǎo)線連續(xù)工作溫度極在限工作溫度150℃～240℃。表1所示幾種導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)，列舉同等截面積下的導(dǎo)線進行比較。例如一條線路原來所掛的導(dǎo)線是LGJ-400的，現(xiàn)在需要跟換耐熱導(dǎo)線。

表1　不同種類導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)

由此表可以看出重量最輕的是ACCR陶瓷纖維導(dǎo)線，抗拉能力最強的是ACCC 碳纖維芯導(dǎo)線。

ACCR與間隙型導(dǎo)線(GTACSR)比較：間隙型導(dǎo)線線脹系數(shù)以及重量均比ACCR大;載流量比ACCR小。結(jié)論：(1)弧垂不能滿足要求，需要新建部分桿塔。(2)載流量增容較小。(3)抗腐蝕性比ACCR差。(4)由于拐點溫度低，安裝比ACCR要復(fù)雜。

ACCR與殷鋼導(dǎo)線(ACSS/XTACI)比較：殷鋼導(dǎo)線重量比ACCR大；殷鋼導(dǎo)線拉斷力比ACCR小。結(jié)論：(1)雖然線脹系數(shù)小，但由于其重量大、張力小，導(dǎo)致弧垂不能滿足要求，需要新建部分桿塔。(2)殷鋼抗腐蝕性差，ACCR不會發(fā)生腐蝕。(3)載流量比ACCR小。

ACCR與碳纖維導(dǎo)線(ACCC)比較：(1)同等直徑情況下，ACCR比ACCC輕12%。ACCC使桿塔承受力過大，縮短桿塔使用壽命；ACCR可減少桿塔受力，延長桿塔使用壽命。(2)ACCC復(fù)合芯是有機物,運行過程容易老化；ACCR復(fù)合芯是無機物，性能穩(wěn)定。(3)ACCC復(fù)合芯不導(dǎo)電，在短路大電流下，鳥籠現(xiàn)象嚴(yán)重；ACCR均可以導(dǎo)電，能夠承受較大的短路電流。(4)ACCC結(jié)構(gòu)和組合方式完全顛覆了對架空裸導(dǎo)線導(dǎo)電認(rèn)識。容易出現(xiàn)高溫下的裂紋和“竹節(jié)”現(xiàn)象，經(jīng)過實驗分析發(fā)現(xiàn)碳纖維耐熱導(dǎo)線運行溫度不宜超過160℃，且僅在N-1狀態(tài)下運行。結(jié)論：ACCR性能穩(wěn)定。

對比總結(jié)：(1)間隙型導(dǎo)線:重量大、弧垂?jié)M足不了要求、安裝復(fù)雜；(2)殷鋼導(dǎo)線：重量大、部分弧垂不能滿足要求、耐腐蝕性差；(3)碳纖維導(dǎo)線：不耐高溫、易產(chǎn)生裂紋、竹節(jié)、斷線現(xiàn)象；(4)陶瓷纖維導(dǎo)線：耐高溫、載流量大、弧垂小，性能穩(wěn)定。

3　實際工程應(yīng)用

實際運用一：韓崗-鹿頭110kV線路工程

由于110kV韓孫線建于1990年，當(dāng)時從韓崗變出線時韓崗變四周為空地，現(xiàn)在韓孫線靠近韓崗變附近約4公里的線路完全成為市區(qū)，當(dāng)時考慮出站口附近的雙回塔靠近房屋側(cè)由于房屋離塔太近已不能掛線，而且當(dāng)時選用的桿塔僅能掛LGJ-150的導(dǎo)線，新建的在至鹿頭的線路必須對該段線路進行改造，利用原走廊，原本采用架設(shè)單回導(dǎo)線為LGJ-240的鋼管桿線路，與新建的角鋼塔線路相接，這樣形成韓崗至鹿頭導(dǎo)線為LGJ-240的單回線路。然而LGJ-240和LGJ-150導(dǎo)線選用的桿塔不一樣，在城區(qū)拆除舊塔采用鋼管桿實施非常麻煩，且工程投資大，施工周期長。在考慮到各種情況的前提下我們采用了耐熱導(dǎo)線。

根據(jù)負(fù)荷情況及輸送容量需求，本次架空導(dǎo)線新建部分選擇為LGJ-240/30導(dǎo)線，在經(jīng)濟電流密度取在經(jīng)濟電流密度取1.15A/mm2情況下單導(dǎo)線經(jīng)濟輸送電力容量為52.5MVA，最大輸送容量為88.6MVA；改造部分選擇ACCR-150型耐熱導(dǎo)線，在120℃運行溫度下載流量可達582A，150℃溫度下可達678A，大于LGJ-240/30導(dǎo)線在70℃時445A的載流量；可滿足鹿頭變的輸送容量需求。

圖2為220kV韓崗變相關(guān)照片雙回桿塔建設(shè)前，周圍的房屋還未形成，現(xiàn)在面向大號側(cè)右側(cè)橫擔(dān)已不能掛導(dǎo)線，不能滿足風(fēng)偏情況下邊導(dǎo)線對房屋的安全距離的要求，現(xiàn)只有跟換左側(cè)橫擔(dān)導(dǎo)線，更換成耐熱導(dǎo)線后，線路運行正常。輸送容量得到了1.5～2倍的提高。滿足了輸送容量的要求，且線路施工周期短，大大節(jié)省了工程投資。

圖2　220kV韓崗變相關(guān)照片

實際運用二：襄樊電廠-余嶺Ⅱ回(原線路增容改造)

(1)設(shè)計原則：①根據(jù)系統(tǒng)要求，將余襄線中 LGJQ-400mm2導(dǎo)線線路需要進行增容改造，使其最大輸送功率達到400MW。②遵守原線路的設(shè)計氣象分布條件和桿塔使用條件，導(dǎo)線選擇盡量與原表2 兩種導(dǎo)線溫度與弧垂關(guān)系導(dǎo)線參數(shù)相當(dāng)。③桿塔校驗執(zhí)行《架空送電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程》(SDJ3-1979)。④針對本線路已投運多年，桿塔和基礎(chǔ)老化嚴(yán)重，而本線路段尚有38基拉線塔，其桿塔原均按最大風(fēng)速25m/s設(shè)計，其桿塔情況尚需評估，為了確保線路運行安全，在投資允許的范圍內(nèi)建議逐步更換拉線塔為自立塔。

表2　兩種導(dǎo)線溫度與弧垂關(guān)系

(2) 換線段導(dǎo)線選型根據(jù)系統(tǒng)要求，將余襄線進行增容改造后，使其最大輸送功率達到400MW。對應(yīng)換線導(dǎo)線極限輸送容量時的載流量為1000A。根據(jù)上述要求，本工程初選鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線和碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線兩種增容導(dǎo)線進行比選。①換線所選導(dǎo)線計算條件。(a)在環(huán)境溫度40℃，風(fēng)速0.5m/s，輻射系數(shù)0.9，日照強度1000W/m2條件下，導(dǎo)線載流量為1000A時的相應(yīng)溫度下弧垂與LGJQ-400型鋼芯鋁絞線70℃相當(dāng)；(b)導(dǎo)線最大使用張力接近原LGJQ-400型導(dǎo)線最大使用張力；(c)導(dǎo)線水平荷載和垂直荷載不超過原桿塔設(shè)計使用條件;(d)導(dǎo)線最大弧垂按實際需達到溫升考慮?；〈箤Φ匕踩嚯x非居民區(qū)取6m，居民區(qū)7m;(e)滿足電暈要求，導(dǎo)線截面不小于400 mm2。②載流量比較：比較結(jié)果陶瓷纖維導(dǎo)線：耐高溫、載流量大。③導(dǎo)線弧垂校核。比較更換導(dǎo)線在載流量達到1000A時溫度下的弧垂，與原線路導(dǎo)線在高溫70℃時的弧垂。

如表2所示為兩種導(dǎo)線弧垂對比表，可以看出：本工程線路更換ACCR型導(dǎo)線后，導(dǎo)線溫度為105℃時，導(dǎo)線載流量為1000A，代表檔距400m時比LGJQ-400型鋼芯鋁絞線70℃最大弧垂小0.3左右，500m時ACCR型導(dǎo)線最大弧垂比LGJQ-400型鋼芯鋁絞線70℃減小更多。采用ACCR型導(dǎo)線可滿足弧垂要求。若采用ACCR型導(dǎo)線需根據(jù)斷面情況，局部增加桿塔以滿足導(dǎo)線對地對新建房屋距離的要求。

(3)經(jīng)濟比較：若將原220kV線路更換更換2×LGJ-300導(dǎo)線及其對應(yīng)的桿塔，單公里造價在109.61～118.96萬元，而更換ACCR-400型導(dǎo)線，明顯比推到重建桿塔和導(dǎo)線便宜。

(4)風(fēng)險與建議：由于原線路建成時間已經(jīng)較長，原線路已經(jīng)運行多年。鐵塔鋼材基礎(chǔ)鋼筋可能發(fā)生了一定程度的銹蝕，混凝土可能發(fā)生了一定程度的碳化，為保證工程的可靠度，應(yīng)對原有線路桿塔構(gòu)件及基礎(chǔ)的力學(xué)性能等有關(guān)參數(shù)進行檢測并進行專題研究。

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Study on the Replacement of the Original Tower Wire for Heat Wire

MEI Li-peng1,CHEN Hua-ming2

(1.College of Electrical Engineering & New Energy of China Three Gorges University,Yichang 433002,China；2.Wuhan Huazhong New Energy Electric Power Design Company Limited Wuhan 433000,China)

With the development of the urban power grid,Often encountered with transmission line using the original line corridors wiring project,If want to use the original old line,But the model of new line wire is bigger than the original old line,the original tower can't hang the new line conductor,Especially the original lines around the house and on both sides of the corridor has been unable to open up new channels and the corridor cause trouble by the urban demolition and cannot be dismantled to set up the new tower.In order to save investment,using old tower,avoiding demolish rebuild and shorten the construction time,Now choose heat-resistant conductor to replace wire.How to choose the heat-resistant conductor according to the conductor parameters to meet the requirements of transmission power is the research direction in this article.Combined with practical engineering application of related analysis is given.

heat-resistant conductor;conductor temperature；ampacity；conductor capacity augmentation；sag

1004-289X(2016)01-0017-04

國家自然科學(xué)基金(51477090)

TM72

B

2015-05-11

梅李鵬(1989)，男，湖北黃岡人,碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護;

陳華明(1990)，男，湖北漢川人,助理工程師，研究方向為輸電線路設(shè)計。