浅谈耐热架空导线在110kV电网中的应用
浅谈耐热架空导线在110kV电网中的应用作者：秦海峰
来源：《沿海企业与科技》2010年第06期
[摘要]文章介绍目前我国耐热架空导线应用现状与技术发展水平。架空输电导线作为输送电力的载体,在输电线路中占有极为重要的地位。
[关键词]耐热导线;电网建设
[作者简介]秦海峰,广州汇隽电力工程设计有限公司,广东广州,510000
[中图分类号] TM723.3 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723(2010)06-0131-0002
一、耐热架空导线的应用与发展
耐热铝合金导线采用铝锆合金作为导电部分,提高导线的允许运行温度从而提高输送容量。因为铝锆合金可以有效地提高铝的再结晶温度、蠕动强度及抵抗高温退火的影响,能够在高达230℃的温度保持它的强度。它通过提高导线的允许温度来增加输送容量,与相同截面积的常规线路比较,其机械荷载不会增加太多,杆塔及金具的荷载要求也不会变化,特别是在线路增容改造时优势明显。铝锆合金根据耐热性能分为普通型铝合金(TAL)、超耐热型铝合金(ZTAL)和特耐热型铝合金(XTAL)。采用不同型号的耐热铝合金可以制造出不同耐热性能的导线。
日本从1960年开始在输电线路中使用耐热铝合金导线。除了变电站的母线早就全部使用耐热铝合金导线之外,发展到1990年时,日本的500kV输电线路的输电导线已经全部使用耐热铝合金导线。现在的使用量更是达到全国输电线路总长的70%。美国、加拿大、法国在输电线路上使用耐热铝合金导线也有相当的数量。近20年来,东南亚地区耐热铝合金导线的使用量也有不小的增长。
我国应用耐热铝合金导线已有20多年的历史。最早作为输电线路增扩容量使用是在1995年,由武汉市供电局设计院承担对该市110 kV英栖线路共4 km进行扩容改造设计。其次是在2001年,深圳供电规划设计院承担对该市南山电厂、月亮湾电厂送出工程的110 kV线路进行扩容改造设计,采用耐热铝合金导线方案后,工期大大缩短。
在城网线路扩容改造工程中,耐热铝合金导线的长处特别明显,尤其在线路狭窄地区,只需要更换相近截面规格的导线,基本上不需要更换铁塔即能满足强度和导线对地弛度安全的要求。从1995年起,国产耐热铝合金导线应用在各类线路改造工程中,不仅节约了大量工程投资,而且提高了输电容量(40% ～60%) ,产生了明显的经济效益。目前,各大电缆厂商已具备大量生产导电率为60% IACS耐热铝合金导线的能力,并在国内电力建设得到了广泛的应用。但是我国大容量导线的研究和应用与世界发达国家相比,还较为落后,需要大力加强电网建设新技术的应用,大力提倡电网建设新技术的研究,提高电网的输配电能力和整体效率,进一步降低工程造价。
二、耐热架空导线的选用
假设某220 kV变电站的一回110 kV送出工程输电线路原采用普通的LGJ-300 /30 型钢芯铝绞线,现为提高该线路输电容量至30%以上,选用了耐热NRLH60 GJ-240/30型导线。NRLH60 GJ-240/30型导线的载流量可达到原有导线输电容量的1. 4倍甚至更高,可以在不增加导线截面面积的基础上,提高原有线路到所需的输电容量。由于NRLH60 GJ-240/30型耐热导线与线路原来使用的LGJ-240/30型常规导线相比,外径、拉断力、重量、弹性系数及线胀系数等参数相差无几,故原有杆塔可以得到充分利用,最大限度地减少静态投资。但是,使用耐热导线时运行温度较高,弧垂要比常规导线大。输电线路原有输电通道和杆塔能不能满足新型导线架线的要求还需要进一步的计算。
(一)换用NRLH60 GJ-240/30型导线后导线交叉跨越的计算
假设原有线路的杆塔位置及其高度不变,新旧导线的安全系数同为2.5。此导线经过地区的气象条件为:最低气温-5℃,最高气温40℃,年平均气温15℃,最大风速30m/s,无覆冰,利用防振锤防振,年平均运行应力σpcal=1.05×0.25σcal。式中,σcal为导线瞬时破坏应力。通过计算可得使用NRLH60 GJ-240/30型导线以后交叉跨越校验参数,如表1所示。
从表1可看出,原有杆塔位置和高度大部分能满足NRLH60 GJ-240/30型导线换线后的要求,只有极少的杆塔需要重新加高、移动、新建或者加固。
(二)金具静态投资的估算
耐热导线运行在较高温度下容易烧坏金具。同时导线的热量容易通过金具向绝缘子传导,使绝缘子片受热不均,缩短了绝缘子和金具的使用寿命,进一步影响线路的运行稳定性。所以,对于在耐热导线上使用的金具有特殊的要求。在工程施工中可以采用NY-240/30 N型耐张线夹。这种线夹与普通导线所用的耐张线夹相比,压缩管略长、管壁较厚、引流板接触面积大,施工的时候可以在接触面上涂一层导电膏,有利于引流和防止接触面的氧化。同时,工程中的悬垂线夹可以采用XGH-5N型。这种悬线夹的船体是铝合金铸成提包形,具有散热快的特点。设计上要求在线夹处绕上预绞丝,局部增大了导线的散热面积。因此,往绝缘子传导的热量就非常小,绝缘子不致受热破坏。
耐热导线在较高温度运行时,弧垂较大,这时防振锤的使用就显得较为重要。由许多已建工程可知, 使用与普通架空导线相同型号的防振锤即可。
综合分析,可得出使用NRLH60 GJ-240/30型导线时的金具静态投资与原有线路金具静态投资,如表2所示。
(三)使用NRLH60 GJ-240/30型导线时的杆塔荷载的计算