耐热导线在输电线路防风改造中的应用解析

引言

近年来,由于台风灾害频发,沿海强风区域的输电线路发生了多次倒塔事故,对电网的供电可靠性造成较大影响。为提高输电线路抗台风能力,需对不满足最新防风设计标准的线路进行改造。目前防风改造有重建杆塔、加固铁塔、更换导线等方式,当线路位于不具备重新立塔条件的敏感区域,或线路杆塔(如水泥杆、钢管杆)无法进行有效加固时,采用更换小线径导线的防风改造措施更为经济和可行。本文对沿海强风区域的防风设计标准进行分析,提出更换小线径耐热导线进行防风改造的办法,并针对设计过程中应校核的事项进行解析。

1沿海强风区域线路防风设计标准

沿海强风区域已建输电线路分别执行1979年、1990年、1999年和2010年国家颁布的架空线路设计标准,现行的GB50545一2010《110kV~750kV架空输电线路设计规范》风速设计标准最高。为提高输电线路抗台风能力,南方电网公司制定了高于国家标准的防风技术规范,文献[1]中要求,"计算导、地线大风工况水平荷载时,沿海Ⅰ、Ⅱ类风区的110kV、220kV输电线路风荷载调整系数8c应取1.3",同时针对广东沿海台风多发的情况,提出了已建输电线路改造的技术标准。

2耐热导线介绍

耐热导线具有耐热性能强,输送容量大,机械荷载小等特点,其连续运行温度可达到150℃以上,载流量较同截面的钢芯铝绞线更大。此外,耐热导线一般采用低膨胀系数的钢芯,可有效消除耐热导线高温运行后弧垂增加的问题,因此采用耐热导线设计时,不需整体增加杆塔高度。目前,耐热导线一般应用于电网增容改造、变电站母线及大跨越线路,在防风改造中的应用较少。

3耐热导线应用解析

采用耐热导线对已建线路进行防风改造,关键是在满足防风设计标准的前提下,计算确定耐热导线的外径。依据外径计算结果对耐热导线进行选型,若满足线路输送容量要求,进而再对线路的定位弧垂进行校核,最终确定更换耐热导线的改造方案。

3.1耐热导线外径计算

依据现行国家规程要求,导线的水平风荷载标准值和基准风压标准值,应按下式计算:

式中,Wx为导线水平风荷载标准值(kN):Wo为基准风压标准值(kN/m2):α为风压不均匀系数:μz为风压高度变化系数:μsc为导线体型系数:p为导线外径(m):Lp为杆塔的水平档距(m):B为覆冰时风荷载增大系数:sin9为风向与导线的夹角(9):V为基准高度为10m的风速(m/s)。

结合式(1)和式(2),采用更换耐热导线进行防风改造时,耐热导线的外径应按下式计算:

式中,p耐为耐热导线外径:p原为原导线外径:Lh为已建杆塔设计水平档距:Lmax为已建线路杆塔使用的最大水平档距:Va为已建线路原设计风速:Vb为防风改造要求达到的设计风速:8c为导线风荷载调整系数,取为1.3。

3.2耐热导线校核

根据式(3)的计算结果可确定耐热导线的最大截面,在环境温度为40℃,太阳辐射功率为1000w/m2,风速为0.5m/s的条件下,计算耐热导线的载流量是否满足输送容量要求,若满足要求再进一步对导线的定位弧垂进行校核。

校核导线定位弧垂的关键在于计算耐热导线输送正常潮流时达到的导线温度,将该温度下的弧垂作为更换导线后的定位弧垂,与原导线的定位弧垂进行对比,若比原定位弧垂较大,则需要校核线路与沿线交叉跨越物的距离,或在不超过线路杆塔使用条件下调整导线的安全系数,使导线的定位弧垂与线路原设计情况相当。此外,当线路与铁路、高速公路及一级公路交叉时,需计算在极限输送容量下耐热导线达到的温度,以该温度下的导线弧垂校核交叉距离。

4工程实践

以某220kV线路为例,极限输送容量为443MVA,正常潮流下输送容量为280MVA,设计风速为32.8m/s,导线采用2×LGJ-300/40钢芯铝绞线,线径为23.94mm,全线按钢管杆架设,杆塔设计水平档距为350m,杆塔使用的最大水平档距为275m,导线设计安全系数为4.5。更换该线路的导线,以达到38.1m/s设计风速的防风要求。根据式(3)可得:

根据耐热导线外径计算结果,拟更换为JNRLH1x/LB20A-185/30铝包钢芯耐热铝合金绞线,与原导线的参数对比如表1所示。

根据计算,JNRLH1x/LB20A-185/30铝包钢芯耐热铝合金绞线在导线表面温度达到70℃、100℃时载流量分别为383A、602A,满足正常潮流和极限输送容量的要求。将导线表面温度为70℃时的弧垂作为线路的定位弧垂,耐热导线安全系数为3.0,在代表档距分别为150m、200m、250m、300m时与原线路定位弧垂的对比情况如表2所示。

通过表2的对比可判断更换导线后定位弧垂较原来偏小,即线路与交叉跨越物的距离满足原设计条件。因此,采用JNRLH1x/LB20A-185/30铝包钢芯耐热铝合金绞线进行导线更换符合防风改造要求。

5结语

(1)采用耐热导线进行防风改造,最关键的是计算确定耐热导线的外径,再对耐热导线进行选型:

(2)在确定耐热导线的型号后,应对导线的输送容量、定位弧垂进行校核,以满足设计规范要求。