已建輸電線路增容改造可行性分析

廣東天聯(lián)電力設計有限公司 歐思源

1 輸電線路增容改造方案

已有輸電線路一般有兩種增容改造方案：一是拆除現(xiàn)有線路，利用原有線路線行進行重建，并選擇大截面的常規(guī)導線；二是利用現(xiàn)有線路鐵塔，采用增容導線對原導線進行更換，通過增加導線運行溫度進而達到增加輸送容量的目標。

第一種改造方案的優(yōu)點在于導線投資較小且全線桿塔均按照最新標準建設，安全性更高，但桿塔建設費用較高，對未滿足運行年限的鐵塔退運、造成電網資產浪費，且已有輸電線路走廊通常涉及城建規(guī)劃區(qū)、進入環(huán)境保護區(qū)、基本農田等，改造方案存在青賠困難、路徑協(xié)議辦理難度大等問題。此外本方案施工過程中需對原線路進行停電，停電周期較長，對地區(qū)電網安全穩(wěn)定運行影響較大；第二種改造方案的優(yōu)點在于充分利用現(xiàn)有線路走廊及線路設施，僅通過更換原普通導線即可實現(xiàn)增加線路輸送容量。增容導線通過提高導線的正常運行溫度，從而提高導線的輸送容量。

目前，國內常用的增容導線包括鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線和鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線。其中，鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線的長期運行溫度可達150℃，隨著運行溫度的升高此類導線的高溫弧垂大幅度增大，對于已建輸電線路，在保持原弧垂條件下僅能增加30%～50%的輸送容量，增容效果一般。鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線的長期運行溫度可達210℃，屬于應力轉移型導線，隨著運行溫度的升高，作用在鋁合金絞線上的張力越來越小，到達拐點溫度后導線的張力轉移至鋁包殷鋼芯上，從而保證了導線的弧垂與相同外徑的鋼芯鋁絞線基本一致[1]。

線路增容改造導線選型原則：在導線選擇的過程中，一般需充分考慮導線的電氣性能、機械特性和經濟性等因素。受地物、擁擠程度、桿塔使用條件、氣象條件等已有條件的限制，相比于投資的經濟性，已建輸電線路增容改造方案更著重于改造后線路的安全性。因此，已建輸電線路增容改造的重點在于對比各比選導線的最高運行溫度、載流量、機械性能和弧垂特性，最終選擇輸送容量滿足系統(tǒng)要求、機械荷載滿足鐵塔使用條件、對地距離及交叉跨越距離滿足規(guī)范要求的導線作為最優(yōu)方案。

2 實例分析

2.1 增容改造案例邊界條件

云南電網某220kV輸電線路于2009年竣工，全線均為雙回路架空線路，現(xiàn)有導線型號為1×LGJ-400型鋼芯鋁絞線，其中1#～12#段共有12基塔位于市政規(guī)劃范圍內。由于用電負荷的增加及電力系統(tǒng)網架的改變，系統(tǒng)要求本線路最大輸送功率為665MVA。根據初步測算，現(xiàn)給出6種導線進行比選：JL/LB20A-500/45、JNRLH60/G2A-240/30、JNRLH60/G2A-400/50、JNRLH60/LB1A-240/30、JNRLH3/LBY-340/65、JNRLH3/LBY-135/30。

2.2 載流量分析

架空輸電線路的載流量其實是導線發(fā)熱、吸熱和散熱的熱平衡過程，通常采用摩根公式進行計算，主要受導線截面、導線外徑、導線結構、導線最高允許溫度、環(huán)境溫度、風速、日照強度控制[2]。在架空輸電線路設計時一般按靜態(tài)載流量計算，導線的載流能力主要取決于導線的截面、材質以及結構。本案例環(huán)境溫度取35℃，風速取0.5m/s，日照強度0.1W/cm2，導線吸熱系數和輻射散熱系數0.9，可以計算出各比選導線的最大輸送容量。

由計算結果可知，與原設計導線外徑和單重相近的JNRLH60/G2A-400/50型鋼芯耐熱鋁合金絞線，在最高運行溫度下的最大輸送容量為531MVA，JNRLH3/LBY-340/65型鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線在最高運行溫度下的最大輸送容量為622MVA，載流量分別為原導線的1.83與2.14倍，但仍不滿足系統(tǒng)規(guī)劃需求。因此，本線路需采用雙分裂導線進行增容改造。其中，導線截面最小的為2×JNRLH3/LBY-135/30型鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線。經計算，當該導線運行至206℃時可滿足系統(tǒng)要求的665MVA輸送容量。

2.3 機械荷載分析

導線對桿塔的機械荷載影響主要可分解成橫向荷載、縱向荷載和垂直荷載。橫向荷載主要指水平荷載，由導線的外徑、線路水平檔距及最大風速決定；縱向荷載主要指縱向張力，由導線的破斷張力、設計安全系數和氣象條件決定；垂直荷載由覆冰厚度、導線單重和線路的垂直檔距決定。已建輸電線路增容改造時，須保證導線的這三個方向荷載在各種氣象條件下均不超出桿塔的可承受能力。

根據本文案例已建輸電線路的原設計氣象條件，設計風速取30m/s，設計覆冰取10mm。經計算，在滿足輸送容量的條件下，若采用2×JL/LB20A-500/45型鋁包鋼芯鋁絞線進行增容改造，各方向荷載均增加1倍以上，全線桿塔需拆除重建；若采用鋼芯耐熱鋁合金絞線或鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線進行增容改造，各方向荷載為原荷載的1.3～1.5倍，荷載增加幅度較大，全線桿塔需拆除重建；若采用2×JNRLH3/LBY-135/30型鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線進行增容改造，縱向荷載比原荷載小，垂直荷載與原荷載相當，水平荷載增大31.56%。經推算，直線塔綜合荷載增大22%，耐張塔綜合荷載預計與原方案持平，直線塔需進行加固，耐張塔超限不多，可利舊運行。

2.4 弧垂特性分析

對于普通導線，導線的運行溫度越高其弧垂越大。而對于鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線，當導線運行溫度未達到拐點溫度時導線張力主要作用于鋁合金絞線，且隨著運行溫度的提高此部分張力逐漸減小；當導線運行溫度達到拐點溫度時導線的張力轉移至鋁包殷鋼芯上[3]。現(xiàn)推薦選用弧垂特性較好的2×JNRLH3/LBY-135/30的鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線，按其實際可能出現(xiàn)的最高運行溫度進行計算，與原LGJ-400/50型鋼芯鋁絞線進行弧垂比較。

由此可見，與原導線弧垂相比，2×JNRLH3/LBY-135/30的鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線在2#～4#段的弧垂略大與原導線弧垂，在1#～2#、4#～12#段的弧垂均小于原導線弧垂。通過對原線路的斷面圖進行分析，更換導線后原有鐵塔呼高可滿足導線對地距離滿足規(guī)程要求，無需對原鐵塔進行升高改造。

綜上可得如下結論：

受限于線路走廊，利用現(xiàn)有鐵塔，采用增容導線替換原導線的增容改造方案比利用原線路走廊，選擇大截面常規(guī)導線重建線路方案的可行性更高；采用耐熱導線對已建線路進行增容改造，需對比各比選導線進行載流量分析、機械荷載分析、弧垂特性分析，以確保改造方案滿足系統(tǒng)輸送容量要求，各氣象條件下的機械荷載滿足現(xiàn)有鐵塔使用條件，且滿足對地距離及交叉跨越要求。

常規(guī)導線及耐熱導線均可用于已建輸電線路增容改造，本文通過對6種型號的導線進行分析可知，常規(guī)大截面導線、鋁包鋼芯鋁絞線和鋼芯耐熱鋁合金絞線的機械荷載過大，需全線更換鐵塔。而鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線的增容效果好、機械荷載小、弧垂特性佳。對于增容需求大，線路走廊青賠困難的已建輸電線路增容改造，推薦采用鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線。