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导体的经济电流密度参数分析电 力 设 计 ? ? 电力勘测设计 ? 2006年 08月 ? 第 4期 * 收稿日期:2006?06?05 ? 作者简介: 万里宁( 1975?), 男, 工程师, 从事火力发电厂电力工程专业设计工作。 导体的经济电流密度参数分析 万里宁 (东北电力设计院, 吉林? 长春 ? 130021) 摘? 要: 导体的经济电流密度是选择导体的条件之一,比较发热、电压降等选择条件更注重于经济性, 由于它是经济技术的接合部, 所以涉及到的参数和计算较为复杂。现行电力设计手册中的经济电流曲线 的公式还带有计划经济的色彩, 本篇论文着重研究适合的计算导体的经济电流密度的公式。 关键词: 导体; 经济电流密度; 计算 ? 中图分类号:tm 74? ? ? 文献标识码:a? ? ? 文章编号:1671?9913 ( 2006) 04?0078?03 the calculation formula research ofconductor?s econo m iccurrentdensity wan li?ning (northeastelectricpow er design institut ,changchun?130021 ,china) abstract :conductor?s economic current density is one way to choice conductor ?s section, who focus on econo m i ? ca, lit is very complex to calculate and confir m the para meters because the econom ic currentdensity is the copulate of technology and econo my ?the calculation formula in electricaldesign manual is based on planned econo my ,this paper is e mphasized on research of adaptive for mula ? k ey words :conductor ;econo m ic current densidy for mula ;calculate ? ? 导体的经济电流密度是选择导体截面的条 件之一, 比较其它选择条件如:发热、动稳定、 电压降、电晕等更注重于经济性,同时,导体 的经济电流密度又是经济和技术的结合部, 其 涉及的参数多,计算复杂。确定导体的经济电 流密度首先要确定计算的公式,选择适合的计 算公式是制定适合社会主义市场经济的经济电 流密度曲线的先决条件和基础。 1? 历史回顾 早在 1881年,英国的 cord delvin提出了电 缆经济界面的概念 所安装系统的费用每年利 息和折旧费用之和等于电能损耗的费用!,1989 年和 1991年,parr给出了比较完整的经济截面 和经济电流密度的概念和计算方法。在此基础 上 iec制订了 电力电缆线芯截面的经济最佳 化! 标准, 即 i ec287? 3?3/1995 。 前苏联 50年代也进行了电力传输最佳经济 截面选择的研究, 但主要应用在高压输电架空 线的导体选择方面,使用的方法及概念简单介 绍如下: ( 1) 最小年消耗法 求得单位投资的年运行费用最小。 ( 2) 计算费用法 运行费用(成本 ) 与按投资效果系数折算 成同等数额的基本建设投资之和(计算费用 ) 78 电 力 设 计导体的经济电流密度参数分析 电力勘测设计?2006年 08月? 第 4期 w 最小,计算公式如下: w = pz + fb( 1) 式中:w 为计算费用;p 为投资效果系数;z 为初始投资;fb为运行费用 (成本 )。 ( 3) 把投资偿还年限作为经济比较的判据, 用计算的偿还年限 ng与标准偿还年限 nb进行 比较。 ( 4) 财务报表法 对企业从建设开始到服务年限结束,各项 资金的来源和使用, 用 财务报表 ! 形式逐项 进行平衡,计算出逐年归本还利直到还清的年 限, 其中按总盈余计算的年平均收益率,反映 了服务年限内的整个经济效果。 电力传输经济截面选择的研究,我国 50年 代也已开始。水利电力部早在 80年代初给出了 架空导线的经济电流密度数据,但是局限于高 压线路, 中低压线路不使用,也没有电缆线芯 的经济电流和经济截面的数据。当时中国经济 发展属于初期阶段,经济短缺,人们只顾及短 时经济效益, 不考虑长期的经济发展,这项工 作没有得到应有的支持和重视,当时采用的一 些方法和概念多为前苏联使用的方法,这些方 法多少存在一些计划经济的痕迹,对目前市场 经济不一定适合。 下面主要介绍 iec标准关于导体经济电流 和经济截面选择的原理和方法。 需要说明的是,i ec标准提供的是关于电 缆的经济电流密度的计算方法,而对于其它导 体, 原理相同,计算方法也可以参考。 2? 原理 按载流量选择导体截面时只计算初始投资, 按经济电流选择导体截面时,除初始投资外, 还要考虑经济寿命期内导体损耗费用,两者之 和的总费用最少。减少导体截面,初始投资减 少, 但线路损耗费用增加。反之增加导体截面, 线路损耗减少,初始投资增加。也就是说, 初 投资与导体截面成正比,损耗费用与导体截面 成反比, 投资与导体截面的关系见图 1 。 某一截面区间内两者之和的总投资最少, 这一区间称为最佳经济截面或为经济电流。但 是初始投资和线路损耗费用不是同时投入的, 图 1? 投资与导体截面的关系示意图 初始投资包括购买导体及其附件和安装费用, 是线路一开始安装就要投入的。线路损耗费用 是以后经济寿命期内逐年投入的,因此必须考 虑银行利率及今后损耗支付费用折算到现在费 用价格,即为贴现率。 2?1? 总费用公式 线路损耗引起的总成本有如下两部分:线 路损耗的能源费用和提供线路损耗的额外供电 容量费用。此外,还要考虑负荷的年增长率 a 和能源成本增长率 b,这样总成本就可以用以下 公式表示: ct = ci+ i 2 m axr l f( 2) f = npnc (t p+ d ) ? 1+ i/100 ( 3) ? = n n= 1 ( r n- 1 )= 1- r n 1- r ( 4) r= ( 1+ a /100) 2 ( 1+ b /100) 1+ i/100 ( 5) 式中:imax为第一年导体最大负荷电流( a);r 为单位长度的视在交流电阻,其中计及 集肤 效应系 数和邻 近效应 系数( yp, yc), 以及金属护套和铠装的损耗( ?1, ?2) /m。由于经济导体截面通常比载 流量选择的导体截面大,导体真实的温 度比允许温度低,可近似假定 r 相当于 ( ! - !a) 3 + !a温度下的数值;!为导体最 高允许温度;!a为环境温度; np为每回 路相线数目; nc为传输同样型号和负荷 值的回路数;t 为最大电流下运行时间; i为贴现率;n 为经济寿命(年 );a为 负荷增长率;b为能源成本增长率; d 为 由于线路损耗额外的供电容量的成本 (元 /w # 年 );ci为导 体及 安装 成本 79 导体的经济电流密度参数分析电 力 设 计 ? ? 电力勘测设计 ? 2006年 08月 ? 第 4期 (元 );p为电价(元 /w# h)。 2?2? 经济电流范围公式 经济电流范围是在一定敷设条件下,每一 导体截面都有一经济电流范围,在这一经济电 流范围内,总成本相等,即可得出经济电流范 围的上下值: imax下限值 = ci- ci1 f l (r1- r ) ( 6) imax下限值 = ci2- ci f l (r - r2) ( 7) 式中:ci为导体本体及安装成本 (元 );r 为单 位长度的视在交流电阻( /m );ci1为 最接近较小标准导体的导体本体及安装 成本(元 );r1为最接近较小标准导体的 视在交流电阻( /m );ci2为最接近较 大标 准导 体的 导 体本 体 及安 装 成本 (元 );r2为最接近较大标准导体的视在 交流电阻( /m )。 2?3? 经济导体截面及经济电流密度公式 导体的敷设成本 (包括导体本体成本 ), 表 示成截面 s的线性函数,则: ci (s) =(a s+ c)l( 8) 式中:a 为 成 本 可变 部 分;s 为 导 体 截面 (mm 2 );c为成本的不变部分。 ( 8) 式代入总成本( 2) 式中,对 s 求导 数并取零, 即得下列最佳经济截面公式: sec = 1000 i 2 maxf 20b 1+ #20(!m- 20) a (9) 式中:b =( 1+ yp+ yc)( 1+ ?1+ ?2);#20为 导体材料 20 下电阻的温度系数。 导体的经济电流密度公式为: j = imax sec = a f 20 b 1+ #20( !m- 20) 1000 ( 10) 3? 结? 论 由以上分析可得,iec287?3?3/1995标准中 计算导体的经济电流密度的公式考虑的参数是完 整的, 不仅考虑了初投资中导体本体及安装成本 而且考虑到了导体在经济寿命期内的损耗费用的 折现。公式原理完全符合导体的经济电流密度计 算所使用的总费用用最下法。因此, 使用此公式 进行导体的经济电流密度计算是适合于建设有中 国特色的社会主义市场经济的需要的。 参考文献: 1 弋东方 ?电力工程电气设计手册 (电气一次部分 ) k ?北京: 中国电力出版社,1989? 科技信息 国内首个生物脱硫项目成功运营 投资 1?2亿元的烟气生物脱硫项目在江苏宜兴协联热电有限公司正式投入运营, 这是国内成 功实施的第一个烟气生物脱硫项目。有关专家称, 这是我国火电企业脱硫的一次技术革命,极具 推广价值。 宜兴协联热电有限公司在扩建 2