架空输电线路中导线的选型

架空输电线路中导线的选型

牟俊

（中工武大设计研究有限公司，武汉市，430072）

摘要：随着社会科技的进步发展，架空输电线路中导线的形式越来越多样化，导线受环境、材质、输送容量等多种因素的影响，在实际应用中如何选择合适的导线？ 

关键词：输电线路；导线；选型；经济电流密度

               

0引言

在架空输电线路的设计中，导线的选型至关重要，架空输电线路工程本是导线与杆塔结合的艺术，目前国家电网提出打造坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。对目前导线产品的多样性，每种产品优缺点不同，我们需要根据输送容量和线路环境因素，选择经济适用的导线。

1、导线的选型原则

送电线路的导线和地线长期在旷野、山区或湖海边缘运行，需要经常耐受风、冰等外荷载的作用，气温的剧烈变化以及化学气体等的侵袭，同时受国家资源和线路造价等因素的。因此，在设计中特别是大跨越地段，对电线的材质、结构等必须慎重选取。

选定电线的材质、结构一般应考虑以下原则：

⑴导线材料应具有较高的导电率。但考虑国家资源情况，一般不应采用铜线。

⑵导线和地线应具有较高的机械强度和耐振性能。

⑶导线和地线应具有一定的耐化学腐蚀，抗氧化能力。

⑷选择电线材质和结构时，除满足传输容量外还应保证线路的造价经济和技术合理。

2、导线截面的选择

架空送电线路导线截面一般按经济电流密度来选择，并应根据事故情况下的发热条件、电压损耗、机械强度和电晕进行校验。必要时，通过技术经济比较确定；但对110KV及以下线路，电晕往往不成为选择导线截面的决定因素。

1）按经济电流密度选择导线截面

按经济电流密度选择导线截面所用的输送容量，应考虑线路投入运行后5～10年电力系统的发展规划，在计算中必须采用正常进行方式下经常重复出现的最大负荷。但在系统还不明确的情况下，应注意勿使导线截面选的过小。

导线截面的计算公式为

         S＝                  (1～1) 

式中   S——导线截面，mm2

P——输送容量，kw

Ue——线路额度电压，kv

J——经济电流密度，A/ mm2 

cosφ—功率因素

经济电流密度J计算公式：

由于我国幅员辽阔，各地的电网送电成本存在明显的差异，各地的经济电流密度也不同，但目前我国还没有制定出合适的数字，现仍可以参考我国1956年电力部颁布的经济电流密度，参考表1中数值。

表1      经济电流密度（A/ mm2 ）

导线材料	最大负荷利用小时数Tmax
	3000以下	3000～5000	5000以上
铝  线	1.65	1.15	0.9
铜  线	3.0	2.25	1.75

2）按电晕条件校验导线截面

随着我国运行电压不断升高，导线、绝缘子及金具发生电晕和放电概率增加， 220KV及以上电压线路的导线截面，电晕条件往往起主要作用。

导线产生电晕会带来两个不良后果：①增加了送电线路的电能损失；②对无线电通信和载波通信产生干扰。

关于电晕损失，若直接计算出送电线路的电晕损失，其优点是数量概念很清楚，缺点是计算繁琐。目前已很少采用这种方法。现在趋向于用导线最大工作电场强度Em（单位为KV/cm）与全面电晕临界电场强度E0之比值来衡量，Em/ E0的比值不宜大于80%～85%。

试验表明：当Em/ E0＝0.8时，起始电晕放电；当0.9＜Em/ E0＜1时，有较大的电晕放电；当Em/ E0＞1时，则全面电晕放电。

关于电晕对载波通信的干扰，主要是对导线表面最大电场强度来衡量（取三相导线的中间相）。

关于电晕对无线电的干扰，在无线电收、发设备离开送电线路一定距离后，干扰讯速衰减，如距边线60m以外，干扰电平仅剩下5％，所以实际上可以认为没有问题。

关于不必验算电晕的导线最小截面，武汉高压研究所推荐：导线表面电场强度与全面电晕电场强度的比值为0.8时，海拔不超过1000m，一般不必验算电晕的导线最小直径，这些最小直径列于表2中。

表2    不必验算电晕的导线最小直径（mm）

额定电压（KV）	110	220	330			500			750
导线外径	9.6	21.4	33.6	2×21.6	3×17.1	2×36.24	3×26.82	4×21.6	4×36.9	5×30.2	6×25.5

武汉高压研究所还推荐，在年平均电晕损失ΔP不大于线路电阻损失的20％、按此标准建设的输电线路，即可保证导线的电晕放电不至于过分严重，又避免了对无线电设施的干扰，降低了电能损耗，提高了电能传输效率。线路所经过的海拔地区超过1000m，不必验算电晕的导线最小直径，列于表3中。

表3    不必验算电晕的导线最小直径（mm）

额定电压（KV）		110	220	330	参考海拔（m）
导线结构
0.	外   径	9.1	21.4	2×20	1120
	相应导线型号	LGJ-50	LGJ-240	2×LGJ-240
0.79	外   径	10.6	24.8	2×24.5	2270
	相应导线型号	LGJ-70	LGJJ-300	2×LGJJ-300
0.7	外   径	12	28.5	2×29.3	3440
	相应导线型号	LGJ-95	LGJJ-400	2×LGJJ-500

3）按导线长期容许电流校验导线截面

选定的架空输电线路的导线截面，必须根据各种不同运行方式以及事故情况下的传输容量进行发热校验，即在设计中不应使预期的输送容量超过导线发热所能容许的数值。

按容许发热条件的持续极限输送容量的计算公式为

Wmax＝√3UeImax                    (1～2) 

式中  Wmax——输送容量，MVA

Ue——线路额定电压，KV

Imax——导线持续容许电流，KA；见表4。

表4          钢芯铝绞线长期允许载流量（A）

最高允许温度（℃）	70	80	最高允许温度         （℃）	70	80
导线型号			导线型号
LGJ—10		86	LGJQ—150	450	455
LGJ—16	105	108	LGJQ—185	505	518
LGJ—25	130	138	LGJQ—240	605	651
LGJ—35	175	183	LGJQ—300	690	708
LGJ—50	210	215	LGJQ—300（1）		721
LGJ—70	265	260	LGJQ—400	825	836
LGJ—95	330	352	LGJQ—400（1）		857
LGJ—95（1）		317	LGJQ—500	945	932
LGJ—120	380	401	LGJQ—600	1050	1047
LGJ—120（1）		351	LGJQ—700	1220	1159
LGJ—150	445	452	LGJJ—150	450	468
LGJ—185	510	531	LGJJ—185	515	539
LGJ—240	610	613	LGJJ—240	610	639
LGJ—300	690	755	LGJJ—300	705	758
LGJ—400	835	840	LGJJ—400	850	881

    需要说明的是，在一定环境温度下（如为＋40℃）运行极限容量的输电线路，其导线温度必然是超过环境温度的（如为＋70℃）。所以，严格地讲，送电线路导线的最大弧垂应按导线在极限容量运行时本身的温度来考虑。但我国现行的线路设计规程却是按最高环境温度（或覆冰情况）来设计最大弧垂的，因为这一规定已考虑了前述因素，并兼顾了导线对地距离与交叉跨越的标准，线路的经济性和运行的安全性等因素，实践证明是适宜的。

4)按电压损失校验导线截面

《电能质量供电电压允许偏差》（GB/T12325—2008）规定供电电压允许偏差为：

①35KV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％；②10KV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％；③220V单相供电电压允许偏差为额定电压的＋7％、－10％。

《农村电网建设与改造技术导则》（DL／T 5118—2000）中规定对农网各级线路的电压损耗在表5所列数值范围之内 。

表5        各级线路电压损耗值

线路电压KV	110	66	35	10	0.38
电压损耗％	4.5～7	4.5～7	5	2.5～5	7

在计算中如电压损耗不超过上述规定就认为是可行的。如电压损耗超过上述规定时，首先应考虑改进系统接线，合理分配负荷以降低电压损失；其次是提高负荷的功率因素，用并联电容器作为调压措施之一。我们认为，在使用带负荷调压变压器时，线路电压损耗可适当减少；一般来说，加大导线截面对降低电压损耗效果不明显，但线路投资增加较多，也是不经济的。

5)按机械强度校验导线截面

为了保证架空线路必要的安全机械强度，对于跨越铁路、通航河流和运河、通信线路、居民区的线路，其导线截面不小于35mm2。通过其它地区的导线截面，按线路的类型分，容许的最小截面列于表6中。

表6    按机械强度要求的导线最小容许截面（mm2）

导线构造	架 空 线 路 等 级
	Ⅰ类	Ⅱ类	Ⅲ类
单股线	不许使用	不许使用	不许使用
多股线	25	16	16

注：35KV以上线路为Ⅰ类线路；

1～35KV的线路为Ⅱ类线路；

1KV以下线路为Ⅲ类线路。

6) 按短路时的热稳定性的条件选择

导体的最高允许温度，对硬铝及铝镁合金可取200°C；硬铜可取300°C。

裸导体的热稳定计算公式：

S

C=

3、导线材料选择

目前国内导线型式有钢芯铝绞线、铝合金绞线和铝包钢绞线等。铝包钢绞线：一般用于短路容量较大的架空地线上或用于大跨越处，一般工程由于其价格较高而较少采用，需视线路性质通过技术经济比较来确定；铝合金绞线：由于导线较轻，有一定的经济意义；但多年运行经验表明钢芯对安全运行较有保证，因此近年来6～10KV都普遍采用钢芯铝绞线，而拒绝采用纯铝导线，铝合金绞线无钢芯，导线的机械过载能力较低，同时导线电阻率较高，其电能损耗较钢芯铝绞线高，在提倡节能的今天铝合金绞线更难推广 。

对于钢芯铝绞线型式的选择，早期分为轻型（LGJQ）、正常型（LGJ）和加强型（LGJJ）。以往正常情况下，截面在本300及以上多选用轻型，240及以下选用正常型，大跨越选用加强型，近几年来有减少钢芯的趋势。在最新出版的《国家电网公司输变电典型设计》中，300 mm2的导线一般采用40 mm2钢芯（钢管杆因安全系数提高，钢芯可降为25 mm2）；240 mm2的导线钢芯已从以往常用的40 mm2降为30 mm2，导线重量减少4.1％；其余95～150 mm2的导线如均降低一号钢芯，导线重量可减少8.6～14％。虽然减少钢芯使导线弧垂稍有增加，有可能增加电杆数量，但总的来说基建投资仍可节省一些；此外，减少钢芯后导线与地线更易配合，杆头尺寸也可以小些，导线张力减少，也可减轻耐张杆塔的荷载。难说减少钢芯后导线的安全系数仍和过去一样（不少于2.5）但其过载和抗振能力要差些。

综上所述，我们考虑在一般地区，钢芯铝绞线的选型可适当减少钢芯截面（即选用轻型钢芯铝绞线），但在结冰较大、导线振动较严重或大跨越的地区不宜采用。

4、结束语

导线的选型是多方面的因素，目前国内通常采用经济电流密度选择导线截面，在根据运行环境选择导线的材质，本文总结了一些常用的选择导线方法，给广大同行参考。

5、参考文献资料

    1、GB 1179-2008   圆线同心绞架空导线

    2、GB 50061-2010    66KV及以下架空电力线路设计规范

    3、GB 50545-2010  110～750kv架空送电线路设计规范

    4、DL/T620-1997   交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

5、DL 562-1995    高海拔污秽地区悬式绝缘子片数选用导则

6、《电力系统设计手册》，电规总院编

    7、《电力工程高压送电线路设计手册》，东北院编

8、国家电网公司十电网重大反事故措施

9、国家电网公司输变电工程典型设计110KV输电线路分册

10、国家电力公司农村电网工程典型设计第二分册《35KV及以上工程》