提高华东电网500kV输电线路输送能力的措施

1、提高华东电网500kV输电线路输送能力的措施 作者：佚名    转贴自：电力设备    点击数： 1726    更新时间：2007-1-25摘要： 针对华东电网500kV输电线路热稳定制约输送能力这一突出问题，分析了提高现有输电线路输送容量的方法，并对提高导线允许温度可能出现的问题进行了研究，最后得出在确保线路安全运行的情况下，提高现行线路输送能力是可行的，并介绍了华东电网提高导线输送能力的应用情况。 关键词： 输电线路；输送容量；导线允许温度；弧垂；载流量 0 

2、引言 随着长三角地区经济的发展,用电负荷不断攀升。华东500kV电网的大量输电线路均在大负荷运行，输电能力瓶颈问题非常突出。随着华东主网架的加强，暂态稳定已经不是制约输送能力的主要因素，目前制约500kV电网输送能力的主要因素是并列运行线路在正常方式下，特别是在N-1的方式下运行，潮流超过规程规定的设备热稳定水平。为确保设备不因过载而跳闸，不得不在正常运行方式下严格控制其输送功率，这样就制约了设备本身输电能力的发挥。因此，如何提高500kV线路热稳定水平是提高华东500kV主网架输送能力的关键所在。目前，部分500kV线路输送容量的热稳定限额已严重制约了系统内的容量输送。建设新的线路走廊不仅投

3、资巨大、建设周期长，而且在用地紧张的苏南、上海等大中城市附近开辟新的线路走廊难度较大。因此如何科学、安全地提高现有输电线路的输送容量，成为华东电网迫切需要研究的课题。早在2002年10月，华东电网公司就作出了在确保安全运行的前提下，提高输电主通道的输送容量的决策。并于2003年对此立项进行专题研究，选取运行热稳定受阻的斗南、斗牌双线共4条线路作为试点线路。     1 导线载流量的确定   1.1 导线截面的确定线路导线截面的选择，一般按经济电流密度初步选定，用发热条件和电晕条件（对高海拔地区）进行校验，对超高压和特高压线路

4、还要用无线电干扰条件和噪声条件进行校验。导线截面选取首要的是保证安全：大多数情况下，选择导线的经济电流截面要比选择发热载流量的截面大，这使得导线运行更加安全；其次要经济：在安全条件下，选择的导线不但要考虑初投资节省，还要在运行中减小电能损耗，降低运行成本，这样不仅创造经济效益，而且增强了企业的竞争力；第三要符合环保要求，减少对周围环境的影响，使无线电干扰、电晕噪声等符合环保要求，以取得社会效益。下文将主要分析在导线截面确定后，导线的允许载流量计算的方法。     1.2 导线允许载流量的计算导线的温度与导线的载流量、环境温度、风速、日照强度、导线表面状态

5、等有关，对于确定的环境条件，导线的允许载流量直接取决于其发热允许温度，允许温度越高，允许载流量越大。但是导线发热允许温度受导线载流发热后的强度损失制约，因此架空导线的允许载流量一般是按一定气象条件下导线不超过某一温度来计算的，目的在于尽量减少导线的强度损失，以提高或确保导线的使用寿命。允许载流量的计算与导体的电阻率、环境温度、使用温度、风速、日照强度、导线表面状态、辐射系数及吸热系数、空气的传热系数和动态黏度等因素有关。导线的最高使用温度按各国的具体情况而定，日本、美国的导线最高使用温度允许到90，法国为85，德国、荷兰、瑞士等国允许到80，我国和前苏联允许到70。架空导线载流量的计算公式很多

6、，但其计算原理都是由导线的发热和散热的热平衡推导出来的，热平衡方程式为   Wj+WS=WR+WF 式中，Wj为单位长度导线电阻产生的发热功率,W/m；WS为单位长度导线的日照吸热功率，W/m；WR为单位长度导线的辐射散热功率，W/m；WF为单位长度导线的对流散热功率，W/m。各国在计算过程中考虑的各个因素有所不同，使其公式的系数不同，但计算结果相差不大。以英国摩尔根公式和法国的公式作比较，其计算值相差1%2。其中英国摩尔根公式考虑影响载流量的因素较多，并有实验基础。但摩尔根公式计算过程较为复杂。在一定条件下将其简化，可缩短计算过程，适用于当雷诺系数为1003 000时，即

7、环境温度为40、风速为0.5m/s、导线温度不超过120时，可用于直径为4.2100 mm的导线载流量的计算。载流量计算公式如下式中，为导线的载流温升，；v为风速，m/s；D为导线外径，m；为导线表面的辐射系数（光亮新线为0.230.46，发黑旧线为0.900.95）；S为斯蒂芬-包尔茨曼常数5.67×10-8W/m2；ta为环境温度，；s为导线吸热系数，光亮新线为0.230.46，发黑旧线为0.900.95；kt为t(t=+ta)时的交直流电阻比;Rdt为t时直流电阻；Is为日光对导线的日照强度，W/m2。我国现行标准导线载流量计算，采用的就是以上计算公式。载流量公式确定后，所选取

8、的参数对计算载流量的影响很大，表1为收集到的有关国家载流量的计算参数。 表1 有关国家载流量的计算参数 边界条件 中 国 日 本 法 国 美 国 IEC 英国有关专家建议 冬 季 夏 季 酷热地区 环境温度/ 40 5 20 35 风速/m·s-1 0.5 0.5 1.0 0.61 1.0 0.45 0.45 0.22 日照强度/W·m-2 1000 1000 900 * 900 850 850 1050 吸热系数 0.9 0.9 0.5 0.5 0.5 0.9 0.9 0.9 辐射系数 0.9 0.9

9、0.6 0.5 0.6 0.9 0.9 0.9 导线温度/ 70 90 85 90 15100 30120 50120 注： 美国对日照强度的计算还考虑了太阳高度、太阳方位角、线路的方位角、海拔高度等因素。其他算式均以日照强度综合概括了以上因素的影响。现用摩尔根公式，环境温度ta取40，采用中国和IEC 条件，进行载流量计算，计算结果如表2所示。表2 用摩尔根公式计算的载流量       导线型号 LGJ - 400/20 LGJ - 400/25 LGJ - 400/35 LGJ - 400/50 LGJ - 400/65 LGJ - 400

10、/95 导线温度+70 中国参数IEC参数比  值 5957501.26 5847331.255 5837321.256 5927421.253 5977601.273 6087761.276 导线温度+80 我国参数IEC参数比  值 7468961.20 7308751.199 7298741.199 7418861.196 7529091.209 7679281.210   通过对导线载流量的各个边界条件影响的分析，得出以下结论：（1） 边界条件对导线载流量计算影响比较大，由于各国根据本国的条件（环境强度、日照强度、吸热系数等）

11、取值各有不同，因此计算出的载流量相差较大。以我国和IEC的条件分别计算的载流量，相差在15%20左右。因此选择适合于本地区的计算边界条件是非常重要的，也是需要进行进一步研究的问题。 （2） 导线表面辐射系数和表面的吸热系数，主要是由导线的新旧决定，虽然它们各自对导线载流量有一定影响，而且影响是相反的，但它们对导线载流量的综合影响要小得多，在导线使用温度范围内，大约为1%2。（3） 风速对导线载流量影响很大：v0.5m/s比v0.1m/s时的载流量要大40，而v1.0m/s比v0.5m/s时的载流量要增大15%20，所以风速的取值值得研究。据国外研究表明，风向与导线的夹角不同，对载流量

12、的大小也有影响。（4） 日照强度对载流量也有影响。日照强度为100W/m2较1000W/m2的载流量要提高15%30，但日照从1 000W/m2减少至900W/m2时，载流量仅提高1%4。（5） 温度对载流量的影响很大：从导线温升与载流量的关系可以看出，在温升的初始阶段，载流量上升很快。环境温度40时，导线温升每升高5，载流量要增加10；40时，导线温升每升高5，载流量要逐渐减少，从8降至2。总之，影响导线载流量的边界条件，一部分为外界环境条件，如风速、日照强度、环境温度等，这是与输电线路所处的自然条件有关。另一部分是与导线有关的，如导线的吸热系数、辐射系数、导线允许温度、导线直径等。导线的吸

13、热、辐射系数综合影响载流量是不大的，当导线直径（截面）一定时，导线允许温度的取值就成为影响载流量的主要因素。根据以上的分析计算，提高华东电网现运行线路的载流量有2种方法：导线允许运行温度不变，根据运行环境实际情况，核算线路载流量，对受限线路载流量进行精细管理。如通过在线测量线路的实际风速、日照强度和实际环境温度，计算确定线路的载流量。环境温度仍按40考虑，线路风速和日照强度完全按规程要求，提高导线允许运行温度。方法一的优点是现行运行标准不变，线路运行安全性不变，但需要研发在线风速、日照检测和数据传输装置，需要一定的研发周期；方法二适合迎峰度夏时期，但导线运行温度将超过目前规程规定导线允许运行温

14、度70，并由此带来3个问题：不符合现行设计标准（现行标准要求导线最高温度为70）；对导线、配套金具的机械强度和寿命有不同程度的影响；由于温度提高，导线弧垂的增加，对地及交叉跨越空气间隙距离减小，影响线路对地及交跨的安全裕度，影响程度取决于线路走廊的实际情况。本文重点介绍通过提高导线允许温度（第二种方法），确定导线载流量的方法。2 提高导线允许温度有关问题的探讨    2.1 对导线及配套金具机械强度的影响导线在高温下运行时会缓慢退火、老化，使其强度损失，强度损失随导线温度和加热时间的增加而增大，间断加热对强度损失具有累积作用，国际上通常认为在电

15、流长期作用下的导线瞬时破坏张力的降低不应大于5%10。1999年修订线路设计规程的调查中，得到54/7钢芯铝绞线的强度损失见表3。表3 温度对导线强度损失工作温度/ 运行时间/h 1 000 10 000 85 -1% 1.4% 100 -2% -3.0%  1980年国际大电网会议的报告中提出钢芯铝绞线的强度损失数据说明，钢芯铝绞线在短时间受热90150时，其强度并未遭受损失，反而有所提高，这可能是由于其线股在受热后调整伸长和位移使受力条件得到改善，钢芯强度能更好利用的结果。报告认为仅从导线耐热的角度考虑。钢芯铝绞线可采用150，但为了避免接头氧化而损坏，在连续运行时，它

16、们的温度必须不超过70。2002年，电力建设研究所为提高导线发热允许温度进行了单丝和整线及其配套金具的发热试验，并结合我国实际情况选择了LGJ-185/30、LGJ -400/35、LHBGJ -400/50和ACSR -720/50等4种常用的导线为代表。试验结果表明：绞前单丝80持续加温时硬铝或铝镁硅合金线强度损失率均小于5；导线温度由70提高至80，对导线强度损失率的增大不超过1。绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率见图1。   图1 绞前线材在恒定温度加热下的强度损失率绞后线材持续高温后的强度损失率与绞前基本相同。硬铝线在80条件下经1000h加热后，与常

17、温20相比强度损失率相差不到5 ；铝镁硅合金和镀锌钢线强度损失率没有变化。此外，4.54、3.22和3.02硬铝线持续加温90、1000h后，强度损失率分别为3.91%、5.08和6.58%；加温100、1000h后，强度损失率分别为6、6.76 和9.4。由此说明强度损失率与线径有关，越细损失越快。结果表明，4种导线在80和90持续高温下的综合强度损失率分别小于4和6。试验观测的4种导线在高温下温度膨胀系数和弹性模量变化很小。归纳以上情况，可以看出提高导线允许最高温度到80，对导线本身来说并不影响其安全运行。    2.2 温度受连接处接触传导面稳定性的影响线路

18、上的导线连接点数量非常多，以500kV单回路为例，按一个导线端部为一个连接端，并按导线盘长2km、每公里2.5基塔、耐张塔占15%计算，估计100km线路含有3000多个压接端头。这些连接部件都在野外施工、运行，承受大电流、大张力和气候变化的影响，处于较为苛严的工作状态。大量存在于导线连接处的接触传导表面，经历长期户外运行后，难免氧化衰变。为了避免陷入接触电阻和温度升高的恶性循环，各国都将导线允许最高温度，限制得低于导线本身所能承受的温度。1980年国际大电网会议架空线专业的报告提出为避免接头氧化，在连续运行时，它们的温度不得超过70。有鉴于此，1976年和1999年修订我国线路设计规程时，也

19、对一般线路钢芯铝铰线的允许最高温度限制为70，对大跨越线路则允许为90。2002年在电力建设研究所做的提高导线允许温度的试验中，测得压接金具温度均低于导线温度，见图2，交流电阻约为等长导线的0.350.65倍，均与国内外其他观测结果类似。可见配套金具在载流时的工作情况，优于导线本身。 图2 导线温度与金具平均温度之差随导线温度变化关系  由上述情况可见，提高导线允许最高温度，并不影响其配套金具的安全运行。2.3 调整对地和交叉跨越间距对安全间距的选择，首先要分析一下现行线路设计标准是否合理。现行标准规定导线与地面的距离是根据最高气温情况或覆冰无风情况求得

20、的最大弧垂，不考虑由于电流、太阳辐射引起的弧垂增大，华东地区设计导线与地面的距离是根据最高气温（+40）来校核的。标准只要求送电线路与标准铁路、高速公路及一级公路交叉时，如交叉档距超过200m，最大弧垂按导线+70计算。研究人员选择了21种导线，在4种气象条件下，以传统的计算方法计算了40、70、80导线弧垂，见表4。由表4可知：对于按40弧垂定位的500kV线路，在、气象类，当l=lp时，70弧垂都能满足规程要求，除对山岩和百年洪水位外，80、90弧垂也都能满足要求。l=l1时，除lp=300m情况之外，70弧垂均能满足规程要求，80、90弧垂不能满足规程要求。l=l2时，70、80、90弧

21、垂均不能满足规程要求。在气象区中，高温弧垂增大比、气象分类小。当lp=300m，l=l1时，70弧垂已不能满足规程要求；在任何档距下，当l=l2时，70均不能满足规程要求。 表4  4种气象条件下40、70、80导线弧垂 导线类 代表档距 气象区 l=lp/m llp/m f1/m f2/m f3/m lp/m f1×3 f2×3 f3×3 l1 l2 l=l1 l=l2 l=l1 l=l2 l=l1 l=l2 185240 100 185/10 0.60 0.80 1.00 250 400 3.80 9.75 5.00 12.80 6.10 15.65

22、 200 0.95 1.25 1.50 350 500 2.85 5.85 3.75 7.70 4.65 9.45 300 240/30 1.15 1.50 1.85 450 600 2.60 4.60 3.40 6.05 4.20 7.50 400 1.30 1.75 2.15 550 700 2.50 4.05 3.30 5.35 4.10 6.60 500 1.45 1.90 2.35 650 800 2.45 3.70 3.25 4.90 4.00 6.05 600 1.50 2.00 2.50 750 900 2.40 3.45 3.15 4.55 3.90 5.65 300800&

23、amp;720 300 300/15 1.20 1.55 1.90 500 700 3.30 6.45 4.35 8.50 5.35 10.45 400 300/25 1.35 1.75 2.20 600 800 3.05 5.40 4.00 7.10 4.95 8.80 500 1.45 1.95 2.40 700 900 2.85 4.75 3.80 6.30 4.70 7.80 600 1.55 2.05 2.55 800 1000 2.75 4.32 3.65 5.70 4.55 7.10 700 1.60 2.15 2.65 900 1100 2.65 4.00 3.55 5.30

24、4.40 6.55 800 300/25 1.65 2.20 2.75 1000 1200 2.60 3.70 3.45 4.95 4.25 6.15 H - 720 300 H-720 1.25 1.65 2.05 500 700 3.45 6.75 4.60 9.00 5.70 11.20 400 H-720 1.50 2.00 2.50 600 800 3.40 6.05 4.50 8.00 5.60 9.95 500 1.75 2.30 2.85 700 900 3.40 5.60 4.50 7.40 5.55 9.20 600 1.90 2.50 3.15 800 1000 3.40

25、 5.30 4.50 7.00 5.55 8.70 700 2.05 2.70 3.35 900 1100 3.40 5.05 4.50 6.70 5.55 8.30 800 2.15 2.85 3.55 1000 1200 3.35 4.85 4.45 6.45 5.55 8.00 续表 代表档距 气象区 l=lp/m llp/m f1/m f2/m f3/m 导线类 lp/m f1×3 f2×3 f3×3 l1 l2 l=l1 l=l2 l=l1 l=l2 l=l1 l=l2 J - (185240)×2 100 240/40 0.55 0.70 0

26、.90 250 400 3.40 8.70 4.50 11.50 5.55 14.20 200 240/55 0.75 1.00 1.25 350 500 2.35 4.85 3.10 6.35 3.85 7.85 300 0.85 1.10 1.40 450 600 1.90 3.40 2.50 4.50 3.10 5.55 400 0.90 1.15 1.45 550 700 1.65 2.70 2.20 3.55 2.75 4.40 500 0.90 1.20 1.45 650 800 1.50 2.30 2.00 3.00 2.50 3.75 600 0.90 1.20 1.50 75

27、0 900 1.40 2.00 1.85 2.70 2.30 3.35 J - (300)×2 300 300/70 0.90 1.20 1.50 500 700 2.55 4.95 3.35 6.55 4.15 8.10 400 0.95 1.25 1.50 600 800 2.15 3.80 2.85 5.05 3.55 6.30 500 1.00 1.30 1.60 700 900 1.90 3.15 2.55 4.20 3.15 5.20 600 1.00 1.30 1.65 800 1000 1.75 2.75 2.35 3.65 2.90 4.55 700 1.00 1.

28、35 1.65 900 1100 1.65 2.45 2.20 3.25 2.75 4.10 800 1.00 1.35 1.65 1000 1200 1.55 2.25 2.10 3.00 2.60 3.75 J - (400)×2 300 400/95 1.00 1.30 1.60 500 700 2.75 5.40 3.65 7.10 4.50 8.80 400 1.05 1.40 1.75 600 800 2.40 4.25 3.15 5.65 3.95 7.00 500 1.10 1.45 1.80 700 900 2.15 3.60 2.85 4.75 3.55 5.90

29、 600 1.15 1.50 1.85 800 1000 2.00 3.10 2.65 4.15 3.30 5.15 700 1.15 1.50 1.90 900 1100 1.90 2.80 2.50 3.75 3.10 4.65 800 1.15 1.55 1.90 1000 1200 1.80 2.60 2.40 3.45 3.00 4.30 注： 表中的f1、f2、f3分别表示70、80、90弧垂与40弧垂之间的差值。因此若按+70来校核对地距离，现行运行线路对地距离在设计时有很多地方已不满足要求。若按+40来校核是合理的，现行标准要求的对地距离就有很大的裕度。因此我们根据现行线路的设

30、计标准，且考虑的是在一回线路故障的情况下，提高另一回线路的短时载流量，确定了导线温度在+80弧垂时交叉跨越和对地距离的确定原则：若将现行线路设计标准对活动目的物距离考虑操作过电压间隙，对相对固定的目的物考虑雷电过电压间隙；对电杆距离增加2.5m是针对可能上杆的维修人员的活动空间，考虑农器具高度一般不超过4.2m和公路限高一般不超过4.5m，大气过电压距离为3.2m，带电作业距离为3.3m，根据车辆多少，确定安全裕度分别为1、2、3m。确定在+80弧垂下交叉跨越和对地距离，如表5所示。表5 +80下导线内控距离 交 跨 物 内控距离+80/m 规程要求+40/m 规程要求+70/m 电

31、力线 3.8（3.3+0.5） 6 2.5 通信线 3.8(3.3+0.5) 8.5 2.5 对杆顶（塔顶） 5.5(2.5+2.5+0.5) 8.5 2.5 对地 8.0(4.5+2.5+1) 10.5/11 交 跨 物 内控距离+80/m 规程要求+40/m 规程要求+70/m 土公路 9.0(4.5+2.5+2) 10.5/11 等级公路 10.0(4.5+2.5+3) 14 树木（+40） 7.5 7    注： 括号中2.5m和3.3m分别为操作和带电作业间隙，4.5m考虑农器具和公路限高；其他为裕度：1、2、3m为安全裕度，0.5m为测量误差。3 提高线路输送容量试点工作  3.1 工作重点为了缓解苏南地区2003年迎峰度夏用电紧张形势，研究人员确定武南至斗山5265、5266线、斗山至石牌5267、5268线，这4条迎峰度夏潮流受控线路作为提高线路输送容量的试点工程。根据以上的研究分析，确定工作的重点为：测量和校核这4条线路在+80弧垂下的交跨情况；检