探究节能导线在输电线路中应用的经济意义

探究节能导线在输电线路中应用的经济意义

关健池

关健池

（广东立胜综合能源服务有限公司）

摘要：由于其电阻小，节能导线的导电性比钢芯铝绞线高得多，能够在中使用节能导线，减少电能损失，提高节能输电。当前应用的节能导体非常多，包含中强度铝合金绞线、铝合金芯铝绞线和钢芯硬铝绞线。本文将介绍节能导线在输电线路中的经济运用，并讨论这种导线在输电线路中的应用及其节能效果。

关键词：节能导线；输电线路；经济意义

引言

导线作为电力系统的重要组成部分之一，其功能是向所有用户传输电力。此外，随着科学技术的不断发展，导体的技术、材料和组成也在不断提高。尤其是最近这些年，同心绞钢芯铝绞线渐渐普遍，成为市场上主要的节能导体类型。此外，按照相关数据，自其应用以来，大多数导体在工作和保护方面发挥了良好的作用。证明了输电线路的安全性和可靠性。随着我国电线电缆生产技术的突破，节能电线的种类和规格也在不断增加，这也给许多企业带来了新的选择。对此，笔者将通过本文对节能导体在输电线路中的经济应用提出个人的想法和看法。

1.导线结构及节能原理

本文研究的节能类导线主要包括：钢芯高导电率硬铝绞线、铝合金芯铝绞线、中强度全铝合金绞线（详见图1）。

图一节能类导线类型

除电阻损耗外，电晕损耗是输电线路损耗的另一个重要影响部分。如果两个导体的电晕损耗基本相同，则整个电路损耗由导体的直流电阻决定。在交流输电中，由于铁芯和外皮效应造成的损伤很小（2-5%），所以导体电阻决定了损耗的大小。因此，降低输电线路电阻是一种可行的节能措施。

2.节能导线在输电线路中的应用

2.1节能导线的电气特性

2.2.1在相同的施工条件下，即相同的系统条件、相序排列、劈裂间距和劈裂次数下，三种节能导体的表面电场强度基本与普通导体相同，无线电干扰水平和可听噪声水平非常相似。因此，节能导体的选择不受电磁环境的影响。

2.2.2在220kv电路中，三种节能导体的承载能力均较普通导体有所提高，但效果不明显。因此，使用节能导线不会影响输电线路的容量。

2.2.3对220千伏输电线路的损耗特性与各种节能导线的损耗特性进行了比较。结果表明，在200mw输电能力条件下，三种类型的节能导线的功率损耗分别为16.70kW/km、16.31kW/km和17.00kW/km，小于普通钢芯铝绞线的17.43kW/km。因此，节能电线具有显著的节能效果。

2.2节能导体的力学特性

2.2.1凹陷特征

采用经验分析方法对节能导体的力学特性进行了分析，并与普通导体进行了比较。在凹陷特征研究中，选取33个交流输电项目作为研究样本。样品采用了11种常用的钢芯铝绞线，采用了3种节能导体。通过分析相同截面面积的普通导体和节能导体在不同工况下的垂度特性，可以发现新型钢芯铝绞线的垂度特性与普通导体完全一致。铝合金芯铝绞线的垂度特性与普通导体相似。只有铝合金绞线的垂度比普通导线的垂度小。在400m高温下，铝合金绞线的垂度比普通导体的垂度小0.4-1.7m。

2.2.2根据33条线路工程的计算结果，对新型节能导体的风偏航角进行了分析，并对共线的风偏航角进行了比较。分析结果表明，新型钢芯硬铝绞线的风偏航角与普通导线的风偏航角完全相同。当垂直间距与水平间距比为0.85时，铝合金芯铝绞线与铝合金绞线的风偏航角比普通导线大2~6，占6%~12%。因此，在新型节能导体的施工中，应合理选择塔型，合理调整间距。

2.2.3对33条输电线路的覆冰过载能力进行分析，在三种节能导线中，新型钢芯铝绞线的覆冰过载能力与普通导线相同。铝合金芯铝绞线的覆冰过载能力略小于共芯铝绞线，在400m间距下比共芯铝绞线的覆冰过载能力小0.2-2.7m左右。铝合金导体的过载能力与普通导体相似。400米间距条件下，铝合金导线的过载能力比普通的大0.2--1.5毫米导线如果导体的截面面积大于300毫米和0.5--2.3毫米小比普通导体如果导体的截面面积小于300毫米2，在应用节能绞线时，如果覆冰量小于15mm，可用铝合金芯铝绞线或铝合金导线代替普通导线。如果结冰超过15毫米，在决定使用哪种类型的导体之前，应先计算使用的导体类型。

一般采用年成本法来评价节能导线的经济性。根据不同的导线应用方案，将某一基准年的总成本分摊到线路运行期间的每一年，并将资金的时值转换为该基准年的总成本。得出年成本最低的线路方案是最经济的优化方案。以220kv输电线路为例，成本主要包括线路建设投资、线路运行过程中的损耗成本和运行维护成本。采用以下方法计算边界条件：（1）使用寿命为40年，其中工期2年，第一年投资60%，第二年投资40%；（2）最大负荷运行小时为5000h/年，功率损耗为3200h/年；（3）功率回收率按8%、10%、12%计算。

3.经济效益分析

针对33个具体项目，计算了普通钢芯铝绞线和三种节能导线的导体、塔等材料的材料量，并对本体投资进行了分析比较。采用最小年成本法对全寿命周期经济进行了分析。将线路项目总投资折算为项目运营年的简化公式为：

（1）

式（1）中：NF为平均年成本，在m+l-m+N年间分布；n为项目的经济寿命，a；Z是转换成项目的总投资，即万元。

（2）

式（2）中，t为创业年至计算年的年数，a；m为建设年限，a；Z为项目总投资折算为t年，万元。

根据项目实际情况，最低年度成本计算条件如下：1）经济使用年限为30-50年，工期为2年，前一年投资60%，下一年投资40%；2）年最大损耗小时对应最大负荷利用小时；3）设备运维成本率1.4%；4）电力项目回收率按项目投资。资本的8%；5）电价按当地实际电网价格计算。

根据式（1）（2），根据项目本身的电阻损失和投资情况，预计在3-5年内可收回因使用节能导线而增加的投资，在整个生命周期内将带来可观的效益。根据国家电网公司“十二五”规划，输电线路年增长约6万公里。如果20%的线路项目采用节能导线，每年可节约2.4亿千瓦时的能源。按照0.35元/kW_h的电价计算，全年节约电费8400万元，全寿命周期效益可观。

3.1社会效益

每节约1千瓦时的电力，预计可减少0.997公斤二氧化碳排放量。全年节能2.4亿kWh，二氧化碳排放可减少23.9万吨左右。以斗山-常熟南线为例，每年可节约能源874400kW_h，可减少co2排放871.8t。

3.2节能导线标准

GB/T1179-2008《环形同心绞合架空导线》规定钢芯铝绞线的硬铝导电性为61%IACS。结合我国硬质铝材料导电性61.5%~63%IACS的发展，制定并发布了Q/GDW632-2011《高导电性钢芯铝绞线》。其中高导电性铝绞线分为四个等级，分别为61.5%、62%、62.5%和63%IACS。国网公司“高强度铝合金芯铝绞线”、“中强度铝合金绞线”企业标准正在修订中。标准中、高强度铝合金芯铝绞线及相应规格的钢芯铝绞线等外径。中等强度铝合金绞合线材考虑到国内技术水平和加工能力制定技术指标，特别是技术指标的差异造成的非热处理和热处理工艺的特点。5.2对节能导体供应和加工能力的调查显示，目前国内有十余家厂家生产的三种类型的节能导体，其中7种已通过型式试验，且多处于产品开发阶段。为输电线路节能导线的推广应用提供了条件。

4.结束语

随着节能导体类型、材料和结构的不断变化和创新，导体的传输效率越来越合理。然而，节能导体的更换和推广并不是一个快速的过程，往往需要根据特殊的环境和外部干扰因素综合考虑，同时充分利用各种节能导体的力学和导电特性。为了充分发挥节能导体的最大应用价值，为电力行业和更多用户提供服务。

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