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注:輸電線路載流能力驗(yàn)證是輸電運(yùn)輸檢查的重要工作。驗(yàn)證水平?jīng)Q定了調(diào)度部門(mén)能否科學(xué)配置電網(wǎng)的趨勢(shì)。
對(duì)于輸電線路的載流能力,隨著輸電線路輸送能力的增加,分裂線路的使用、電暈損失和無(wú)線電干擾不再發(fā)揮控制作用。導(dǎo)線允許的電流密度隨截面的增加而降低(如下表所示)。因此,高壓、大容量輸電線路的導(dǎo)線截面選擇主要由允許載流決定。
表 鋼芯鋁絞線70℃允許電流密度
導(dǎo)線載流與導(dǎo)線的氣象條件(環(huán)境溫度、風(fēng)速、陽(yáng)光強(qiáng)度)有關(guān)。為保證導(dǎo)線的使用壽命,計(jì)算導(dǎo)線載流量時(shí),導(dǎo)線不得超過(guò)一定溫度。根據(jù)GB 50545-2010 5.0.6 根據(jù)規(guī)定,導(dǎo)線載流量與導(dǎo)線電阻率、環(huán)境溫度、導(dǎo)線溫度、風(fēng)速、陽(yáng)光強(qiáng)度、導(dǎo)線表面狀態(tài)(輻射系數(shù)和吸熱系數(shù))、空氣傳熱系數(shù)和運(yùn)動(dòng)粘度有關(guān)。選擇導(dǎo)線時(shí),應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件進(jìn)行校核。
導(dǎo)線允許載流的主要依據(jù)是導(dǎo)線的較高允許溫度。 GB 50545 - 2010 第5.0.6 條 導(dǎo)線載流量的計(jì)算一般采用以下公式
式中:I——允許載流量(A);
WR——單位長(zhǎng)線輻射散熱功率(W/m);
WF——單位長(zhǎng)度導(dǎo)線對(duì)流散熱功率(W/m);
WS——單位長(zhǎng)度導(dǎo)線的日照吸熱功率(W/m);
R′t——當(dāng)溫度允許時(shí),導(dǎo)線的交流電阻(Ω/m)。
從上公式可以看出,流量與環(huán)境空氣溫度、風(fēng)速、陽(yáng)光強(qiáng)度、導(dǎo)線表面狀態(tài)等有關(guān)。檢查導(dǎo)線載流時(shí)的環(huán)境溫度,采用較高溫度月的較高平均溫度(較高溫度月的較高平均溫度為較高溫度月的較高溫度月的平均值,取多年的平均值)。當(dāng)天陽(yáng)光明媚,陽(yáng)光直射導(dǎo)線時(shí),導(dǎo)線的陽(yáng)光強(qiáng)度(太陽(yáng)輻射功率密度)為0.1W/c m 2.一般線路的計(jì)算風(fēng)速為0.5m/s,應(yīng)相應(yīng)增加導(dǎo)線的平均高度超過(guò)30m的風(fēng)速,故取0.6m/s。一般計(jì)算參數(shù)值為:風(fēng)速0.5m/s,日照強(qiáng)度0.1W/c m 2.導(dǎo)線表面吸收系數(shù)0.9導(dǎo)線表面吸熱系數(shù)0.9.9,環(huán)境氣溫40℃。
以下是一些國(guó)內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步闡述了環(huán)境條件對(duì)載流的影響:
1)導(dǎo)線表面的輻射系數(shù)和吸熱系數(shù)主要由導(dǎo)線的新舊決定。雖然對(duì)導(dǎo)線載流有一定的影響,但對(duì)導(dǎo)線載流的綜合影響要小得多,在導(dǎo)線使用溫度范圍內(nèi)約為1%~2%。
2)風(fēng)速對(duì)導(dǎo)線載流量影響很大:v=0.5m/s比v=0.1m/s當(dāng)載流量大40%時(shí),v=1.0m/s比v=0.5m/s負(fù)載流量增加15%~20%,因此風(fēng)速值得研究。風(fēng)向與導(dǎo)線的夾角不同,也會(huì)影響負(fù)載流量的大小。
3)日照強(qiáng)度對(duì)載流也有影響。日照強(qiáng)度為100W/m2較1000W/m2的載流量增加了15%~30%,但日照從1000W/m2減少至900W/m2時(shí),載流量?jī)H增加1%~4%。
4)導(dǎo)線的載流與導(dǎo)線的環(huán)境溫度密切相關(guān), 環(huán)境溫度越低,導(dǎo)線載流越大。隨著溫度的升高,導(dǎo)線的電阻率增加,電阻增加;電阻增加,電能消耗增加,電阻消耗是加熱,所以溫度升高,然后增加電阻,導(dǎo)致惡性循環(huán)。例如JL/G1A-300/40鋼芯鋁絞線,25℃735A,連續(xù)使用不得超過(guò)700次℃,而40℃安全載流量下降595A,前者允許溫升45℃而后者則為30℃。從導(dǎo)線溫升θ可以得出結(jié)論,在溫升初期,載流迅速上升。若環(huán)境溫度高于35℃,溫度每增加5℃當(dāng)載流量下降約10%時(shí),如果周圍環(huán)境溫度低于35℃,溫度每降低5℃載流量增加約10%。
綜上所述,影響導(dǎo)線載流的部分條件是風(fēng)速、陽(yáng)光強(qiáng)度、環(huán)境溫度等環(huán)境因素,這與輸電線路的自然條件有關(guān)。另一部分是導(dǎo)線參數(shù),如吸熱系數(shù)、輻射系數(shù)、導(dǎo)線允許溫度、導(dǎo)線直徑等。導(dǎo)線的吸熱和輻射系數(shù)對(duì)載流影響不大。當(dāng)確定導(dǎo)線直徑(截面)時(shí),導(dǎo)線允許溫度的值成為影響載流的主要因素。
當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)工作電流時(shí),導(dǎo)體應(yīng)加熱(超導(dǎo)除外),部分熱量增加導(dǎo)體溫度,另一部分由于導(dǎo)體溫度高于周圍介質(zhì)溫度(周圍介質(zhì)溫度,導(dǎo)線指空氣溫度)而流失到周圍介質(zhì)。當(dāng)導(dǎo)體中沒(méi)有電流通過(guò)時(shí),導(dǎo)體的溫度與環(huán)境溫度相同。當(dāng)導(dǎo)體通過(guò)恒定電流時(shí),導(dǎo)體溫度升高。起初,由于溫差小,散熱少,吸熱多,導(dǎo)體溫度迅速升高。后來(lái),當(dāng)溫差增加到單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱和散熱平衡時(shí),所有的發(fā)熱都會(huì)消失。由于導(dǎo)體不再吸收熱量,溫度不再升高,溫度穩(wěn)定。
對(duì)于確定的環(huán)境條件,導(dǎo)線的允許載流溫度越高,允許載流量越大。然而,導(dǎo)線加熱的允許溫度受導(dǎo)線載流加熱后強(qiáng)度損失的限制。因此,架空導(dǎo)線的允許載流一般是根據(jù)導(dǎo)線在一定氣象條件下不超過(guò)一定溫度計(jì)算的,以盡量減少導(dǎo)線的強(qiáng)度損失,從而提高或保證導(dǎo)線的使用壽命。電機(jī)工程手冊(cè)(試用本)電線電纜第26篇提出,工作溫度越高,運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng),導(dǎo)線強(qiáng)度損失越大。
允許載流的計(jì)算與電阻率、環(huán)境溫度、使用溫度、風(fēng)速、陽(yáng)光強(qiáng)度、導(dǎo)線表面狀態(tài)、輻射系數(shù)和吸熱系數(shù)、空氣傳熱系數(shù)和動(dòng)態(tài)粘度有關(guān)。《110kV~750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50545-2010)5.0.6.導(dǎo)線允許溫度(以下簡(jiǎn)稱導(dǎo)線溫度):鋼芯鋁絞線和鋼芯鋁合金絞線應(yīng)為70℃,必要時(shí)可使用80℃;90用于大跨度℃??刂茖?dǎo)線允許載流的主要依據(jù)是導(dǎo)線的較高允許溫度(80℃)主要取決于長(zhǎng)期運(yùn)行后導(dǎo)線的強(qiáng)度損失和連接金具的加熱。工作溫度越高,運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng),導(dǎo)線強(qiáng)度損失越大。我國(guó)輸電線路鋼芯鋁絞線采用金具,導(dǎo)線截面240mm2及以下抗張線夾為螺栓型,跳線多采用并溝線夾連接,運(yùn)行時(shí)螺栓松動(dòng),跳線燒紅。鑒于此,鋼芯鋁絞線的允許溫度為70℃(大跨度可取90℃)。 芯鋁合金絞線的允許溫度采用值與鋼芯鋁絞線相同。
普通導(dǎo)體的正常較高工作溫度不得超過(guò) 70℃,計(jì)算日照時(shí),鋼芯鋁絞線導(dǎo)體不得超過(guò) 80℃考慮一下。當(dāng)普通導(dǎo)體接觸面有鍍(搪)錫的可靠覆蓋層時(shí),可以提高到 85℃。
國(guó)內(nèi)試驗(yàn)證明鋼芯鋁絞線為80℃當(dāng)導(dǎo)線強(qiáng)度不低于計(jì)算拉力時(shí),國(guó)內(nèi)試驗(yàn)證明導(dǎo)線溫度為80℃配套金具的溫度不得超過(guò)67℃,金具溫度在80℃對(duì)導(dǎo)線的握力基本沒(méi)有影響(仍在導(dǎo)線額定拉力的95%以上)。
由于溫度升高,導(dǎo)線弧垂增加,地面與交叉之間的間隙距離減小,影響地面與交叉之間的安全裕度。
過(guò)去,設(shè)計(jì)根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面,通過(guò)較高氣溫弧垂驗(yàn)證地面和交叉的安全間距。由于導(dǎo)線達(dá)到允許溫度的時(shí)間在年度運(yùn)行中所占比例很小,因此一般不需要驗(yàn)證允許溫度弧垂的安全距離。
對(duì)于特定的交叉跨越,如200m上述檔位跨越鐵路、高速公路或一級(jí)公路,根據(jù)允許溫度選擇導(dǎo)線截面的大跨度或電力線,交叉跨度間距根據(jù)允許溫度弧垂驗(yàn)證。
對(duì)于根據(jù)加熱條件選擇導(dǎo)線截面的線路,由于常處于允許傳輸容量的運(yùn)行狀態(tài),應(yīng)根據(jù)增加后允許溫度的弧垂來(lái)驗(yàn)證規(guī)定的安全距離。
根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面,主要體現(xiàn)在系統(tǒng)規(guī)劃中N-1.在工作條件下,允許在調(diào)度轉(zhuǎn)移負(fù)荷的短時(shí)間內(nèi)適當(dāng)增加傳輸容量和導(dǎo)線弧垂,導(dǎo)致地面和交叉距離的適當(dāng)補(bǔ)償。
根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線,允許溫度提高到80℃以前,必須按50℃弧垂校準(zhǔn)地面與交叉間距,必要調(diào)整,檢查并恢復(fù)良好的連接角度傳導(dǎo)。
從以上可以看出,導(dǎo)線溫度對(duì)載流影響很大,我國(guó)規(guī)定輸電線路導(dǎo)線溫度為70℃,國(guó)際上大多數(shù)國(guó)家規(guī)定導(dǎo)線溫度為80℃及以上。當(dāng)導(dǎo)線溫度為70時(shí)℃提高到80℃,對(duì)于鋼芯鋁絞線,載流可增加24%~27%,即輸送容量不變,所需截面至少可減少一檔。降低導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度,配套金具,基本不影響地面和交叉距離,但能獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益,節(jié)約投資。
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