計(jì)算架空線路載流量1

1、計(jì)算架空線路載流量如何計(jì)算架空線路載流量呢？一、通過對(duì)輸電線路導(dǎo)線溫度、接點(diǎn)溫度，計(jì)算出導(dǎo)線當(dāng)前的實(shí)際載流量我們知道導(dǎo)線溫度國標(biāo)是70度，和載流量有什么關(guān)系，導(dǎo)線最大載流量是多少.1.1 導(dǎo)線允許載流量的計(jì)算導(dǎo)線的溫度與導(dǎo)線的載流量、環(huán)境溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、導(dǎo)線表面狀態(tài)等有關(guān)，對(duì)于確定的環(huán)境條件，導(dǎo)線的允許載流量直接取決于其發(fā)熱允許溫度，允許溫度越高，允許載流量越大。但是導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度受導(dǎo)線載流發(fā)熱后的強(qiáng)度損失制約，因此架空導(dǎo)線的允許載流量一般是按一定氣象條件下導(dǎo)線不超過某一溫度來計(jì)算的，目的在于盡量減少導(dǎo)線的強(qiáng)度損失，以提高或確保導(dǎo)線的使用壽命。允許載流量的計(jì)算與導(dǎo)體的電阻率、環(huán)境溫度、

2、使用溫度、風(fēng)速、日照強(qiáng)度、導(dǎo)線表面狀態(tài)、輻射系數(shù)及吸熱系數(shù)、空氣的傳熱系數(shù)和動(dòng)態(tài)黏度等因素有關(guān)。導(dǎo)線的最高使用溫度按各國的具體情況而定，日本、美國的導(dǎo)線最高使用溫度允許到90，法國為85，德國、荷蘭、瑞士等國允許到80，我國和前蘇聯(lián)允許到70。架空導(dǎo)線載流量的計(jì)算公式很多，但其計(jì)算原理都是由導(dǎo)線的發(fā)熱和散熱的熱平衡推導(dǎo)出來的，熱平衡方程式為  Wj+WS=WR+WF 式中，Wj為單位長度導(dǎo)線電阻產(chǎn)生的發(fā)熱功率,W/m；WS為單位長度導(dǎo)線的日照吸熱功率，W/m；WR為單位長度導(dǎo)線的輻射散熱功率，W/m；WF為單位長度導(dǎo)線的對(duì)流散熱功率，W/m。各國在計(jì)算過程中考慮的

3、各個(gè)因素有所不同，使其公式的系數(shù)不同，但計(jì)算結(jié)果相差不大。以英國摩爾根公式和法國的公式作比較，其計(jì)算值相差1%2。其中英國摩爾根公式考慮影響載流量的因素較多，并有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。但摩爾根公式計(jì)算過程較為復(fù)雜。在一定條件下將其簡化，可縮短計(jì)算過程，適用于當(dāng)雷諾系數(shù)為 1003 000時(shí)，即環(huán)境溫度為40、風(fēng)速為0.5m/s、導(dǎo)線溫度不超過120時(shí)，可用于直徑為4.2100 mm的導(dǎo)線載流量的計(jì)算。載流量計(jì)算公式如下式中，為導(dǎo)線的載流溫升，；v為風(fēng)速，m/s；D為導(dǎo)線外徑，m；為導(dǎo)線表面的輻射系數(shù)（光亮新線為0.230.46，發(fā)黑舊線為0.900.95）；S為斯蒂芬-包爾茨曼常數(shù)5.67

4、15;10-8W/m2；ta為環(huán)境溫度，；s為導(dǎo)線吸熱系數(shù)，光亮新線為0.230.46，發(fā)黑舊線為0.900.95；kt為t(t=+ta)時(shí)的交直流電阻比;Rdt為t時(shí)直流電阻；Is為日光對(duì)導(dǎo)線的日照強(qiáng)度，W/m2。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線載流量計(jì)算，采用的就是以上計(jì)算公式。載流量公式確定后，所選取的參數(shù)對(duì)計(jì)算載流量的影響很大，表1為收集到的有關(guān)國家載流量的計(jì)算參數(shù)。 表1 有關(guān)國家載流量的計(jì)算參數(shù) 注： 美國對(duì)日照強(qiáng)度的計(jì)算還考慮了太陽高度、太陽方位角、線路的方位角、海拔高度等因素。其他算式均以日照強(qiáng)度綜合概括了以上因素的影響?，F(xiàn)用摩爾根公式，環(huán)境溫度ta取40，采用中國和IEC

5、 條件，進(jìn)行載流量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。</DIV>表2 用摩爾根公式計(jì)算的載流量通過對(duì)導(dǎo)線載流量的各個(gè)邊界條件影響的分析，得出以下結(jié)論：（1）邊界條件對(duì)導(dǎo)線載流量計(jì)算影響比較大，由于各國根據(jù)本國的條件（環(huán)境強(qiáng)度、日照強(qiáng)度、吸熱系數(shù)等）取值各有不同，因此計(jì)算出的載流量相差較大。以我國和 IEC的條件分別計(jì)算的載流量，相差在15%20左右。因此選擇適合于本地區(qū)的計(jì)算邊界條件是非常重要的，也是需要進(jìn)行進(jìn)一步研究的問題。 （2） 導(dǎo)線表面輻射系數(shù)和表面的吸熱系數(shù)，主要是由導(dǎo)線的新舊決定，雖然它們各自對(duì)導(dǎo)線載流量有一定影響，而且影響是相反的，但它們對(duì)導(dǎo)線載流量的綜合影響要小得

6、多，在導(dǎo)線使用溫度范圍內(nèi)，大約為1%2。（3） 風(fēng)速對(duì)導(dǎo)線載流量影響很大：v0.5m/s比v0.1m/s時(shí)的載流量要大40，而v1.0m/s比v0.5m/s時(shí)的載流量要增大15%20，所以風(fēng)速的取值值得研究。據(jù)國外研究表明，風(fēng)向與導(dǎo)線的夾角不同，對(duì)載流量的大小也有影響。（4） 日照強(qiáng)度對(duì)載流量也有影響。日照強(qiáng)度為100W/m2較1000W/m2的載流量要提高15%30，但日照從1 000W/m2減少至900W/m2時(shí)，載流量僅提高1%4。（5） 溫度對(duì)載流量的影響很大：從導(dǎo)線溫升與載流量的關(guān)系可以看出，在溫升的初始階段，載流量上升很快。環(huán)境溫度40時(shí)，導(dǎo)線溫升每升高5，載流量要增加1

7、0；40時(shí)，導(dǎo)線溫升每升高5，載流量要逐漸減少，從8降至2?？傊?，影響導(dǎo)線載流量的邊界條件，一部分為外界環(huán)境條件，如風(fēng)速、日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等，這是與輸電線路所處的自然條件有關(guān)。另一部分是與導(dǎo)線有關(guān)的，如導(dǎo)線的吸熱系數(shù)、輻射系數(shù)、導(dǎo)線允許溫度、導(dǎo)線直徑等。導(dǎo)線的吸熱、輻射系數(shù)綜合影響載流量是不大的，當(dāng)導(dǎo)線直徑（截面）一定時(shí)，導(dǎo)線允許溫度的取值就成為影響載流量的主要因素。根據(jù)以上的分析計(jì)算，提高華東電網(wǎng)現(xiàn)運(yùn)行線路的載流量有2種方法：導(dǎo)線允許運(yùn)行溫度不變，根據(jù)運(yùn)行環(huán)境實(shí)際情況，核算線路載流量，對(duì)受限線路載流量進(jìn)行精細(xì)管理。如通過在線測(cè)量線路的實(shí)際風(fēng)速、日照強(qiáng)度和實(shí)際環(huán)境溫度，計(jì)算確定線路的載流量。

8、環(huán)境溫度仍按40考慮，線路風(fēng)速和日照強(qiáng)度完全按規(guī)程要求，提高導(dǎo)線允許運(yùn)行溫度。方法一的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)行運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)不變，線路運(yùn)行安全性不變，但需要研發(fā)在線風(fēng)速、日照檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸裝置，需要一定的研發(fā)周期；方法二適合迎峰度夏時(shí)期，但導(dǎo)線運(yùn)行溫度將超過目前規(guī)程規(guī)定導(dǎo)線允許運(yùn)行溫度70，并由此帶來3個(gè)問題：不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)線最高溫度為70）；對(duì)導(dǎo)線、配套金具的機(jī)械強(qiáng)度和壽命有不同程度的影響；由于溫度提高，導(dǎo)線弧垂的增加，對(duì)地及交叉跨越空氣間隙距離減小，影響線路對(duì)地及交跨的安全裕度，影響程度取決于線路走廊的實(shí)際情況。本文重點(diǎn)介紹通過提高導(dǎo)線允許溫度（第二種方法），確定導(dǎo)線載流量的方法。2 提高

9、導(dǎo)線允許溫度有關(guān)問題的探討    2.1 對(duì)導(dǎo)線及配套金具機(jī)械強(qiáng)度的影響導(dǎo)線在高溫下運(yùn)行時(shí)會(huì)緩慢退火、老化，使其強(qiáng)度損失，強(qiáng)度損失隨導(dǎo)線溫度和加熱時(shí)間的增加而增大，間斷加熱對(duì)強(qiáng)度損失具有累積作用，國際上通常認(rèn)為在電流長期作用下的導(dǎo)線瞬時(shí)破壞張力的降低不應(yīng)大于5%10。1999年修訂線路設(shè)計(jì)規(guī)程的調(diào)查中，得到54/7鋼芯鋁絞線的強(qiáng)度損失見表3。表3 溫度對(duì)導(dǎo)線強(qiáng)度損失1980年國際大電網(wǎng)會(huì)議的報(bào)告中提出鋼芯鋁絞線的強(qiáng)度損失數(shù)據(jù)說明，鋼芯鋁絞線在短時(shí)間受熱90150時(shí)，其強(qiáng)度并未遭受損失，反而有所提高，這可能是由于其線股在受熱后調(diào)整伸長和位移使受力條件得到改善，鋼芯強(qiáng)

10、度能更好利用的結(jié)果。報(bào)告認(rèn)為僅從導(dǎo)線耐熱的角度考慮。鋼芯鋁絞線可采用150，但為了避免接頭氧化而損壞，在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它們的溫度必須不超過70。2002年，電力建設(shè)研究所為提高導(dǎo)線發(fā)熱允許溫度進(jìn)行了單絲和整線及其配套金具的發(fā)熱試驗(yàn)，并結(jié)合我國實(shí)際情況選擇了LGJ-185/30、LGJ -400/35、LHBGJ -400/50和ACSR -720/50等4種常用的導(dǎo)線為代表。試驗(yàn)結(jié)果表明：絞前單絲80持續(xù)加溫時(shí)硬鋁或鋁鎂硅合金線強(qiáng)度損失率均小于5；導(dǎo)線溫度由70提高至 80，對(duì)導(dǎo)線強(qiáng)度損失率的增大不超過1。絞前線材在恒定溫度加熱下的強(qiáng)度損失率見圖1。圖1 絞前線材在恒定溫度加熱下的強(qiáng)度

11、損失率絞后線材持續(xù)高溫后的強(qiáng)度損失率與絞前基本相同。硬鋁線在80條件下經(jīng)1000h加熱后，與常溫20相比強(qiáng)度損失率相差不到5 ；鋁鎂硅合金和鍍鋅鋼線強(qiáng)度損失率沒有變化。此外，4.54、3.22和3.02硬鋁線持續(xù)加溫90、1000h后，強(qiáng)度損失率分別為3.91%、5.08和6.58%；加溫100、1000h后，強(qiáng)度損失率分別為6、6.76 和9.4。由此說明強(qiáng)度損失率與線徑有關(guān)，越細(xì)損失越快。結(jié)果表明，4種導(dǎo)線在80和90持續(xù)高溫下的綜合強(qiáng)度損失率分別小于4和6。試驗(yàn)觀測(cè)的4種導(dǎo)線在高溫下溫度膨脹系數(shù)和彈性模量變化很小。歸納以上情況，可以看出提高導(dǎo)線允許最高溫度到80，對(duì)導(dǎo)

12、線本身來說并不影響其安全運(yùn)行。    2.2 溫度受連接處接觸傳導(dǎo)面穩(wěn)定性的影響線路上的導(dǎo)線連接點(diǎn)數(shù)量非常多，以500kV單回路為例，按一個(gè)導(dǎo)線端部為一個(gè)連接端，并按導(dǎo)線盤長2km、每公里2.5基塔、耐張塔占15%計(jì)算，估計(jì)100km線路含有3000多個(gè)壓接端頭。這些連接部件都在野外施工、運(yùn)行，承受大電流、大張力和氣候變化的影響，處于較為苛嚴(yán)的工作狀態(tài)。大量存在于導(dǎo)線連接處的接觸傳導(dǎo)表面，經(jīng)歷長期戶外運(yùn)行后，難免氧化衰變。為了避免陷入接觸電阻和溫度升高的惡性循環(huán)，各國都將導(dǎo)線允許最高溫度，限制得低于導(dǎo)線本身所能承受的溫度。1980年國際大電網(wǎng)會(huì)議架空線專業(yè)的報(bào)告提

13、出為避免接頭氧化，在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它們的溫度不得超過70。有鑒于此，1976年和1999年修訂我國線路設(shè)計(jì)規(guī)程時(shí)，也對(duì)一般線路鋼芯鋁鉸線的允許最高溫度限制為70，對(duì)大跨越線路則允許為90。2002年在電力建設(shè)研究所做的提高導(dǎo)線允許溫度的試驗(yàn)中，測(cè)得壓接金具溫度均低于導(dǎo)線溫度，見圖2，交流電阻約為等長導(dǎo)線的0.350.65倍，均與國內(nèi)外其他觀測(cè)結(jié)果類似?？梢娕涮捉鹁咴谳d流時(shí)的工作情況，優(yōu)于導(dǎo)線本身。 圖2 導(dǎo)線溫度與金具平均溫度之差隨導(dǎo)線溫度變化關(guān)系  由上述情況可見，提高導(dǎo)線允許最高溫度，并不影響其配套金具的安全運(yùn)行。2.3 調(diào)整對(duì)地和交叉跨越間距對(duì)安全間距的選擇，首先要分析

14、一下現(xiàn)行線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否合理。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定導(dǎo)線與地面的距離是根據(jù)最高氣溫情況或覆冰無風(fēng)情況求得的最大弧垂，不考慮由于電流、太陽輻射引起的弧垂增大，華東地區(qū)設(shè)計(jì)導(dǎo)線與地面的距離是根據(jù)最高氣溫（+40）來校核的。標(biāo)準(zhǔn)只要求送電線路與標(biāo)準(zhǔn)鐵路、高速公路及一級(jí)公路交叉時(shí)，如交叉檔距超過200m，最大弧垂按導(dǎo)線+70計(jì)算。研究人員選擇了21種導(dǎo)線，在4種氣象條件下，以傳統(tǒng)的計(jì)算方法計(jì)算了40、70、80導(dǎo)線弧垂，見表4。由表4可知：對(duì)于按40弧垂定位的500kV線路，在、氣象類，當(dāng)l=lp時(shí)，70弧垂都能滿足規(guī)程要求，除對(duì)山巖和百年洪水位外，80、90弧垂也都能滿足要求。l=l1時(shí)，除lp=300m情況

15、之外，70弧垂均能滿足規(guī)程要求，80、90弧垂不能滿足規(guī)程要求。l=l2時(shí)，70、80、90弧垂均不能滿足規(guī)程要求。在氣象區(qū)中，高溫弧垂增大比、氣象分類小。當(dāng)lp=300m，l=l1時(shí)，70弧垂已不能滿足規(guī)程要求；在任何檔距下，當(dāng)l=l2時(shí)，70均不能滿足規(guī)程要求。 表4  4種氣象條件下40、70、80導(dǎo)線弧垂 注： 表中的f1、f2、f3分別表示70、80、90弧垂與40弧垂之間的差值。因此若按+70來校核對(duì)地距離，現(xiàn)行運(yùn)行線路對(duì)地距離在設(shè)計(jì)時(shí)有很多地方已不滿足要求。若按+40來校核是合理的，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求的對(duì)地距離就有很大的裕度。因此我們根據(jù)現(xiàn)行線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

16、，且考慮的是在一回線路故障的情況下，提高另一回線路的短時(shí)載流量，確定了導(dǎo)線溫度在+80弧垂時(shí)交叉跨越和對(duì)地距離的確定原則：若將現(xiàn)行線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)活動(dòng)目的物距離考慮操作過電壓間隙，對(duì)相對(duì)固定的目的物考慮雷電過電壓間隙；對(duì)電桿距離增加2.5m是針對(duì)可能上桿的維修人員的活動(dòng)空間，考慮農(nóng)器具高度一般不超過4.2m和公路限高一般不超過4.5m，大氣過電壓距離為3.2m，帶電作業(yè)距離為3.3m，根據(jù)車輛多少，確定安全裕度分別為1、2、3m。確定在+80弧垂下交叉跨越和對(duì)地距離，如表5所示。表5 +80下導(dǎo)線內(nèi)控距離 注： 括號(hào)中2.5m和3.3m分別為操作和帶電作業(yè)間隙，4.5m考慮農(nóng)器具和公路

17、限高；其他為裕度：1、2、3m為安全裕度，0.5m為測(cè)量誤差。3 提高線路輸送容量試點(diǎn)工作  3.1 工作重點(diǎn)為了緩解蘇南地區(qū)2003年迎峰度夏用電緊張形勢(shì)，研究人員確定武南至斗山5265、5266線、斗山至石牌5267、5268線，這4條迎峰度夏潮流受控線路作為提高線路輸送容量的試點(diǎn)工程。根據(jù)以上的研究分析，確定工作的重點(diǎn)為：測(cè)量和校核這4條線路在+80弧垂下的交跨情況；檢查這4條線路的金具連接情況；校核這4條線路間隔的相關(guān)其他變電設(shè)備的過流能力。（1） 通過對(duì)這4條線路交跨距離的現(xiàn)場測(cè)量和+80下的弧垂校核,共有多處交跨未達(dá)到內(nèi)控距離,各相關(guān)供電公司對(duì)未達(dá)到內(nèi)控距離的交

18、跨距離進(jìn)行了處理。 （2） 通過對(duì)連接金具多次紅外測(cè)溫結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)線接續(xù)管連接良好，未發(fā)現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，對(duì)由螺栓連接松動(dòng)、螺栓銹蝕等引起溫升異常的耐張線夾，全部進(jìn)行了處理。3.2 運(yùn)行管理提高500kV線路輸送容量，將500kV線路導(dǎo)線工作溫度從70提高到80，對(duì)運(yùn)行單位還是第一次，為了能做好此項(xiàng)工作，確保線路安全運(yùn)行，各供電公司按要求制定了500kV線路迎峰度夏運(yùn)行管理規(guī)定和事故預(yù)想方案，并采取了縮短線路巡視周期；組織線路夜巡、特巡；對(duì)提高輸送容量線路的受控點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控的措施；及時(shí)與調(diào)度聯(lián)系，了解掌握線路負(fù)荷狀況，在大負(fù)荷情況下及時(shí)進(jìn)行測(cè)溫。   4 結(jié)論（1）提高導(dǎo)線允許最高溫度，從而提高線路的正常輸送能力，具有比較普遍的意義。如導(dǎo)線允許溫度