節(jié)能導(dǎo)線選型邊界條件的選擇

張廣玉，李春和，陳 光，吳細(xì)毛

(1.東北電力設(shè)計(jì)院，長春 130021;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，沈陽 110006;3.國網(wǎng)遼寧電力科學(xué)研究院，沈陽 110006)

我國的輸電線路主要采用鋼芯鋁絞線，但目前面臨的電網(wǎng)升級發(fā)展，對架空導(dǎo)線的輸送能力、工程應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益提出了更高要求。近年來，隨著電力工業(yè)快速發(fā)展，國家電網(wǎng)公司提出了全壽命周期設(shè)計(jì)理念，其核心為“兩型三新”，即資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、新技術(shù)、新材料、新工藝，因此，采用新型導(dǎo)線，降低線路損耗，提高線路輸送容量及線路使用壽命勢在必行。目前廣泛使用的普通鋼芯鋁絞線存在電能損耗較大、弧垂特性較差、防腐能力差等問題，隨科技的高速發(fā)展，鋼芯高導(dǎo)電率硬鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線、鋁合金絞線等節(jié)能導(dǎo)線應(yīng)運(yùn)而生，并均在線路上得到了廣泛應(yīng)用。

1 3種型號節(jié)能導(dǎo)線簡介

a.鋼芯高導(dǎo)電率硬鋁絞線。在常規(guī)鋼芯鋁絞線的基礎(chǔ)上，通過從晶粒細(xì)化、鋁線冷拉拔過程的低缺陷控制以及敏感元素的精確控制，在保障鋁線強(qiáng)度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LY9硬鋁線條件下，鋁線導(dǎo)電率可以達(dá)到63%IACS(國際退火銅標(biāo)準(zhǔn))。依此開發(fā)的高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線，承力構(gòu)件采用鍍鋅鋼線，導(dǎo)體采用導(dǎo)電率63%IACS(對應(yīng)電阻率2.7367×10－8Ω·m)的硬鋁線型，可降低線路的電阻損耗，節(jié)能效益明顯，而其結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能及施工條件與普通鋼芯鋁絞線完全一致。

b.鋁合金芯鋁絞線。鋁合金芯鋁絞線采用53%IACS的高強(qiáng)度鋁鎂硅鋁合金替代普通鋼芯鋁絞線中的鋼芯和部分鋁線，導(dǎo)線外部鋁線與普通鋼芯鋁絞線的鋁線相同。在等總截面應(yīng)用條件下，基本無導(dǎo)電能力的9%IACS鋼芯被鋁合金芯替代，鋁合金芯鋁絞線的直流電阻比鋼芯鋁絞線小3%;鋁合金芯鋁絞線是鋁基體材質(zhì)，可避免由于磁滯損耗和渦流損耗帶來的電能損失;鋁合金芯鋁絞線的單一鋁基體材質(zhì)，沒有多金屬的電化學(xué)腐蝕，耐腐蝕與鋼芯鋁鉸線相比有所提高。

c.中強(qiáng)度鋁合金絞線。中強(qiáng)度全鋁合金絞線則采用58.5%IACS中強(qiáng)度鋁合金材料。與等總截面的高強(qiáng)度鋁合金線相比提高了導(dǎo)電率，降低了抗拉力;與等總截面的普通鋼芯鋁絞線相比，同樣由于鋁合金材料替代了鋼芯，相當(dāng)于增大了導(dǎo)線的導(dǎo)電截面，提高了導(dǎo)線導(dǎo)電能力。

2 節(jié)能導(dǎo)線型號的選擇

2.1 參選節(jié)能導(dǎo)線參數(shù)

本文參選Q/GDW 632—2011《高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線》、Q/GDW 1815—2012《鋁合金芯高導(dǎo)鋁絞線》和Q/GDW 1816—2012《中強(qiáng)度鋁合金絞線》等國家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的400 mm2截面導(dǎo)線規(guī)格參數(shù)，電壓等級取500 kV，為四分裂導(dǎo)線。參加比選的節(jié)能導(dǎo)線參數(shù)見表1。

表1 截面400 mm2參選節(jié)能導(dǎo)線參數(shù)

2.2 參選節(jié)能導(dǎo)線的電氣性能比較

從載流量、極限輸送功率以及電磁環(huán)境等方面來看，3種型號節(jié)能導(dǎo)線均能滿足GB 50545—2010《110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，均可以替換鋼芯鋁絞線。

2.3 參選節(jié)能導(dǎo)線的機(jī)械特性比較

從弧垂特性、覆冰過載能力、荷載等方面來看，3種型號節(jié)能導(dǎo)線均能滿足GB 50545—2010的要求，均可以替換鋼芯鋁絞線。

3 節(jié)能導(dǎo)線全壽命周期費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)比較

年費(fèi)用(CA)比較法:是指通過資金時(shí)間價(jià)值的計(jì)算，將項(xiàng)目的凈現(xiàn)值換算為項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)各備選方案各年的等額年費(fèi)用并進(jìn)行比較，以年費(fèi)用較低的方案為最佳方案，其表達(dá)式為:

式中:t為計(jì)息次數(shù)，即壽命期;Ct為壽命期(包括建設(shè)期及運(yùn)行期)內(nèi)各年度的費(fèi)用支出;ic為折現(xiàn)率。

下面對鋼芯鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線、高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線和中強(qiáng)度全鋁合金絞線的全壽命經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較如下。

3.1 基本數(shù)據(jù)的選取

4×400 mm2導(dǎo)線的輸送容量取700～1300 MW;年負(fù)荷利用時(shí)間按5000 h考慮，相應(yīng)的損耗時(shí)間取3200 h;運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用取工程本體投資的1.4%;導(dǎo)線壽命期30年，回收率取10%;導(dǎo)線價(jià)格選取根據(jù)詢價(jià)，普通鋼芯鋁絞線1.7萬元/t，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線在1.8萬元/t～1.9萬元/t(為普通鋼芯鋁絞線1.06～1.12倍)，鋁合金芯鋁絞線在 1.9萬元/t～2.0萬元/t(為普通鋼芯鋁絞線 1.12～1.18 倍)，中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線在2.1 萬元/t～2.2 萬元/t(為普通鋼芯鋁絞線1.24～1.30倍)。

對于本次參選的導(dǎo)線，3種節(jié)能導(dǎo)線分別按普通鋼芯鋁絞線的1.0～1.3倍對不同輸送容量進(jìn)行比較(普通鋼芯鋁絞線按1.68萬元/t計(jì))，每5%為極差。

3.2 輸送容量700 MW時(shí)的全壽命周期費(fèi)用比較

a.電價(jià)為0.30元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.030倍時(shí)可以采用;鋁合金芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.200倍時(shí)可以采用;中強(qiáng)度全鋁合金絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.275倍時(shí)可以采用。

b.電價(jià)為0.40元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.035倍時(shí)可以采用;鋁合金芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.220倍時(shí)可以采用;中強(qiáng)度全鋁合金絞線可以采用。

c.電價(jià)為0.50元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.055倍時(shí)可以采用;鋁合金芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.24倍時(shí)可以采用;中強(qiáng)度全鋁合金絞線可以采用。

d.如按市場詢價(jià)考慮，則高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線不能采用，其余兩種導(dǎo)線可以采用。

3.3 輸送容量900 MW時(shí)的全壽命周期費(fèi)用比較

a.當(dāng)電價(jià)為0.30元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.050倍時(shí)可以采用;當(dāng)電價(jià)為0.40元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.060倍時(shí)可以采用;當(dāng)電價(jià)為0.50元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.085倍時(shí)可以采用。

b.鋁合金芯鋁絞線及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均可以采用。

c.采用市場詢價(jià)時(shí)，鋁合金芯鋁絞線及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均優(yōu)于高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線。

3.4 輸送容量1100 MW時(shí)的全壽命周期費(fèi)用比較

a.當(dāng)電價(jià)為0.30元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.080倍時(shí)可以采用;當(dāng)電價(jià)為0.40元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.100倍時(shí)可以采用;當(dāng)電價(jià)為0.50元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.130倍時(shí)可以采用。

b.鋁合金芯鋁絞線價(jià)及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均可以采用。

c.采用市場詢價(jià)時(shí)，鋁合金芯鋁絞線及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均優(yōu)于高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線。

3.5 輸送容量1300 MW時(shí)的全壽命周期費(fèi)用比較

a.當(dāng)電價(jià)為0.30元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.110倍時(shí)可以采用;當(dāng)電價(jià)為0.40元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.150倍時(shí)可以采用;當(dāng)電價(jià)為0.50元/(kW·h)時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線價(jià)格低于鋼芯鋁絞線約1.185倍時(shí)可以采用。

b.鋁合金芯鋁絞線及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均可以采用。

c.采用市場詢價(jià)時(shí)，鋁合金芯鋁絞線及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均優(yōu)于高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線。

4 結(jié)論

當(dāng)價(jià)格低于一定價(jià)位時(shí)3種節(jié)能導(dǎo)線均可采用;如按市場詢價(jià)考慮，則當(dāng)輸送容量小于700 MW時(shí)，高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線不能采用;鋁合金芯鋁絞線及中強(qiáng)度全鋁合金絞線均優(yōu)于高導(dǎo)電率鋼芯鋁絞線，具體采用哪種導(dǎo)線還需根據(jù)3種節(jié)能導(dǎo)線的中標(biāo)價(jià)格參照年費(fèi)用與導(dǎo)線價(jià)格曲線來定。