常用节能导线载流量计算及经济分析
随着线路输送容量要求逐步提高，但城市输电线路走廊日益拥挤，如何提高线路通道输送容量，成为电力设计的新课题。电导线是架空输电线路的***基本组成元件之一，本文通过对比分析高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共 3 种新型节能电导线的载流量，采用年费用***小法综合比较各型电导线的节能效果和投资分析，提供一种适合新建或改造线路电导线选型的思路。
近年来，我国电导线行业发展较快，为达到增容、节能、改善弧垂特性和防振、防腐性能、降低噪声和电晕等目标，出现了各式各样的新型电导线产品，简而言之，同截面单位长度电阻低于常规钢芯铝绞线的电导线，都可以称为节能电导线。本文选取高导电率钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和中强度铝合金绞线共 3 种新型节能电导线，计算其载流量，并采用年费用***小法综合比较各型电导线的节能效果和投资分析，总结分析各节能电导线的节能能力，选出合适的节能电导线。
1.载流量计算
1． 1 节能电导线参数
参照《圆线同心绞架空电导线》( GB / T1179 － 2008) ，本文初步选择 4 种 300mm2 截面的电导线进行比较，分别为: 钢芯铝绞线 JL / G1A －300 /40、钢芯高导电率铝绞线 JL3 / G1A － 300 /40、铝合金芯高导电率铝绞线 JL1 / LHA1 － 165 /175 和中强度全铝合金绞线 JLHA3 － 340。
1． 2 电导线的输送容量与电气特性
1． 2. 1 电导线截面及分裂根数
参考常规的系统运行方式、选择具有代表性的线路输送容量，本文按正常运行***大输送容量 53MVA 考虑，根据《电力系统设计手册》对电导线截面按照经济电流密度选择的要求，常规电导线型号初步选用单根 300mm2 的规格组合。
1． 2. 2 电导线电流密度的取值
我国幅员辽阔，各地电网的送电成本又有明显差异，因此各地区的经济电流密度亦应有所不同，但目前我国尚未制定出适合的数值，因此，经济电流密度参考原“水电部”1965 年颁布的经济电流密度值选择。经计算，本方案分别考虑每回输送容量为 53MVA。参选电导线在正常实际的电流密度约 0. 81A / mm2 ，未达到经济电流密度的要求。根据《110kV ～ 750kV 架空输电线路设计规范》GB50545 － 2010 第 5. 01 条规定: 输电线路的电导线截面，宜根据系统需要按照经济电流密度选择，也可根据系统输送容量，并应结合不同电导线的材料进行电气和机械特性等比选，通过年费用***小法进行综合技术经济比较后确定电导线截面。
1． 2. 3 电导线的***高允许温度及载流量
验算电导线允许载流量时，电导线的允许温度宜按下列规定取值: ( 1) 钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线宜采用 70℃ ，必要时可采用 80℃ ; 大跨越宜采用 90℃ ; ( 2) 钢芯铝包钢绞线和铝包钢绞线可采用 80℃ ，大跨越可采用 100℃ ，也可经试验决定。本文导体***高允许温度采用 80℃ 。经计算，得到四种电导线在 80℃ 时的载流量与在此温度下的输送容量，参加比选的四种电导线类型在 80℃ 时每回线输送功率均高于 53MVA，均满足要求。载流量从小到大排列依次为: JL / G1A － 300 /40、JL3 / G1A－ 300 /40、JL1 / LHA1 － 165 /175、JLHA3 － 340。其中，中强度全铝合金绞线 JLHA3 － 340 的载流量和输送容量***大。
2.年费用***小法
2． 1 电导线电能损耗
根据假定条件，输送容量为 2 × 53MVA 时，额定电流对应为 276A，
线路***大利用小时数为 2500 ～ 5000 小时，取 2500 小时和 5000 小时计算，年损耗小时数根据《供用电技术》( 中国科技大学出版社 1992 年版) 提供***大负荷利用小时 Tmax 与***大负载损耗小时 τ 和功率因素 cosΦ 之间的关系计算。经计算，各电导线在***大额定输送容量下的交流电阻损耗功率和全年电阻损失: 以电导线 JL / G1A － 300 /40 为基准，电导线 JL3 / G1A － 300 /40、JL1 / LHA1 － 165 /175、JLHA3 － 340 的电阻损耗分别减小了 1. 8% 、6. 2% 、9. 2% ，电阻损耗从大到小顺序依次为: JL /G1A － 300 /40、JL3 / G1A － 300 /40、JL1 / LHA1 － 165 /175、JLHA3 － 340。
2． 2 年费用***小法综合比较
年费用***小法是工程方案比较常用的方法，就是用折算年费用评选工程方案。评选的准则是: 折算年费用越小，经济效果越好; 折算年费用***小的，就是经济上***优的工程方案。年费用法能反映工程投资的合理性、经济性。年费用包含初次年费用、年运行维护费用、电能损耗费用及资金的利息。将各比较方案按照资金的时间价值折算到某基准年的总费用平均分布到项目运行期的各年，年费用低的方案在经济上***优。按电力工业部( 82) 电计字第 44 号文《颁发“电力工程经济分析暂行条例”的通知》第十五条经济计算—年费行***小法的计算方法，并假定以下计算条件: ( 1) 经济使用年限为 30 年，建设期按 2 年计算，年投资 60% ，第二年投资 40% 。( 2) 年***大损耗小时数按按 1100 小时和 3400 小时计。( ***大负荷利用小时数对应的损耗小时数) ( 3) 设备运行维护费率为 1. 4% 。( 4) 电力工程回收率按工程投资的 8%计。( 5) 上网电价按 0. 5 元 / kW． h 考虑。采用节能电导线后的经济性比较可知 3 种节能电导线的节能效果要明显优于普通钢芯铝绞线，单从节能效果看，中强度铝合金绞线 JLHA3 － 340 的节能效果***好，年损耗小时数在 1100 和 3400h 时，经济运行年限内每公里线路节能总量分别达 15. 6、49 万度; 铝合金芯铝绞线 JL / LHA1 － 165 /175 每公里线路节能总量分别达到 10. 2、31. 8 万度; 高导电率钢芯铝绞线 JL3 / G1A － 300 /40 节能效果第三。
2． 3 对比分析
从以上 3 种节能电导线与普通钢芯铝绞线的经济比较，可看出大致的趋势如下: ( 1) 当系统输送容量越大、***大负荷年损耗小时数越多，节能电导线的经济性越明显; ( 2) 在 3 种节能电导线中，中强度铝合金绞线 JLHA3 － 300 节能效果***好，年费用稍高于铝合金芯铝绞线 JL / LHA1 － 165 /175，本体投资较铝合金芯铝绞线 JL / LHA1 － 165 /175 高; ( 3) 高导电率钢芯铝绞线 JL3 / G1A － 300 /40 的节能效果逊于其他两种节能电导线，且本体投资较高，经济性较差; ( 4) 以本体投资作为基准价格计算，则该方案中铝合金芯铝绞线 JL / LHA1 － 165 /175 的本体投资较低，中强度铝合金电导线 JLHA3 － 340 增量投资回收很快，高导电率钢芯铝绞线 JL3 / G1A － 300 /40 回收较慢。
3.结语
从年费用比较可以看出: 高导电率钢芯铝绞线 JL3 / G1A － 300 /40、铝合金芯铝绞线 JL / LHA1 － 165 /175、中强度铝合金绞线 JLHA3 － 340的年费用均低于普通钢芯铝绞线。故从经济性角度考虑，本文阐述的节能型电导线均适用于新建或改造线路设计，的节能型电导线其节能能力为: 铝合金芯铝绞线 JL / LHA1 － 210 /220 ＞ 中强度铝合金绞线JLHA3 － 340 ＞ 高导电率钢芯铝绞线 JL3 / G1A － 300 /40。线路设计阶段，根据电力系统要求，并立足线路特征，在计算符合输送容量和载流量要求的前提下，通过年费用***小法计算比较，选择符合具体线路的节能电导线，具有节能和经济性的优点，符合现阶段我国电力事业和经济发展要求。