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架空電力線路導(dǎo)線截面的大小，關(guān)系著運(yùn)行中的安全性、經(jīng)濟(jì)性和供電電能質(zhì)量等，是建設(shè)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)最重要的內(nèi)容。但導(dǎo)線截面的大小如何合理選定，是一個(gè)值得探討的問題。本文擬用“追加投資回收期法”以建設(shè)投資與節(jié)電降耗相結(jié)合的綜合經(jīng)濟(jì)性角度，并通過供電電能質(zhì)量的分析比較，對導(dǎo)線的截面進(jìn)行了擇優(yōu)選取。
    

1　概述

　　架空電力線路的導(dǎo)線截面，在滿足機(jī)械強(qiáng)度、電暈損耗的前提下，按下式確定基準(zhǔn)方案
    

I≤I_R(1)

　　式中，I為線路最大負(fù)荷電流，A；I_R為導(dǎo)線的允許載流量，A。在接近I_R導(dǎo)線截面(簡稱基準(zhǔn)方案)的基礎(chǔ)上，按照式(1)的條件，有多種截面規(guī)格可供選取。
　　架空電力線路的一次投資和電能損耗費(fèi)與桿塔結(jié)構(gòu)、導(dǎo)線截面有關(guān)。大規(guī)格導(dǎo)線的阻抗小、電能損耗低，其增加的建設(shè)投資有可能會由降低電能損耗而節(jié)約的電費(fèi)在較短的時(shí)間內(nèi)收回。有些相鄰近規(guī)格的導(dǎo)線，可以采用相同類型的桿塔甚至相同的金具、鐵附件等，此時(shí)的一次投資主要會隨導(dǎo)線的有色金屬的損耗量而變化，追加投資回收期就會很短；如果2種截面的規(guī)格相差較大時(shí)，采用的桿塔結(jié)構(gòu)會不同，其大規(guī)格截面的投資與小規(guī)格導(dǎo)線相差甚遠(yuǎn)，追加投資回收期就可能較長。由于可供選用的幾種規(guī)格導(dǎo)線間存在著不同的投資回收期，從而為我們提供了優(yōu)選架空電力線路導(dǎo)線截面的比選條件。
　　同時(shí)，由于線路導(dǎo)線截面規(guī)格不同，會產(chǎn)生不同的電壓損耗，雖然大規(guī)格截面線路的電壓損耗小，能夠保證線路末端電壓在較高水平，但為此而過大地選取大截面導(dǎo)線導(dǎo)致線路造價(jià)過高也是不科學(xué)的。
　　隨著負(fù)荷的不斷增長，選擇導(dǎo)線截面時(shí)還應(yīng)考慮在線路壽命期內(nèi)負(fù)荷增長需增加的供電能力。因此，對架空電力線路導(dǎo)線截面應(yīng)進(jìn)行綜合性評價(jià)擇優(yōu)選取。
    

2　按追加投資回收期法優(yōu)選導(dǎo)線截面
    

2.1　架空輸電線路導(dǎo)線截面的優(yōu)選
　　當(dāng)輸電線路的導(dǎo)線截面在基準(zhǔn)方案的基礎(chǔ)上選用第i種規(guī)格后，其增加的一次投資部分，能夠由節(jié)約的電能損耗費(fèi)在線路的有效使用期內(nèi)收回，這種截面規(guī)格則可視為經(jīng)濟(jì)型方案，可從眾多經(jīng)濟(jì)型方案中進(jìn)行優(yōu)選。
2.1.1　追加投資計(jì)算
　　架空輸電線路在基準(zhǔn)方案基礎(chǔ)上的第i種規(guī)格導(dǎo)線截面時(shí)的增加投資ΔZ(元)的計(jì)算式為
    

ΔZ=Z_Zi-Z_Z=(Z_Li-Z_L)L(2)

　　式中，Z為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線時(shí)線路的總投資；Z_Zi為第i種規(guī)格導(dǎo)線時(shí)線路的總投資；Z_L為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線時(shí)線路單位長度的投資，元/km；Z_Li為第i種規(guī)格導(dǎo)線時(shí)線路單位長度的投資，元/km；L為輸電線路的建設(shè)長度，km。
2.1.2 　節(jié)電降耗計(jì)算
　　(1) 有功功率的節(jié)約�；鶞�(zhǔn)方案和第i種規(guī)格導(dǎo)線時(shí)輸電線路的有功功率損耗分別為
    

　　式中，ΔP為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線線路的有功功率損耗，kW；ΔP_i為第i種規(guī)格導(dǎo)線時(shí)線路的有功功率損耗，kW；S_P為線路的平均負(fù)荷視在功率，kVA；K_T為負(fù)荷波動損耗系數(shù)；U_N為線路的額定線電壓，kV；R_L為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線的電阻，Ω/相；R_Li為第i種規(guī)格導(dǎo)線的電阻，Ω/相；r₀為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線單位長度的電阻，Ω/km；r_0i為第i種規(guī)格導(dǎo)線單位長度的電阻，Ω/km。
　　式(3)減去式(4)為架空輸電線路第i種規(guī)格導(dǎo)線比基準(zhǔn)方案節(jié)約的有功功率ΔΔP(kW)為
      

　　(2) 無功功率的節(jié)約。參照式(5)，可寫出輸電線路第i種規(guī)格導(dǎo)線比基準(zhǔn)方案節(jié)約的無功功率ΔΔQ(kvar)的計(jì)算式
        

式中，X_L為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線的電抗，Ω/相；X_Li為第i種規(guī)格導(dǎo)線的電抗，Ω/相；x₀為基準(zhǔn)方案導(dǎo)線單位長度的電抗，Ω/km；x_0i為第i種規(guī)格導(dǎo)線單位長度的電抗，Ω/km。
　　(3) 綜合功率的節(jié)約。由此可寫出輸電線路第i種規(guī)格導(dǎo)線比基準(zhǔn)方案節(jié)約的綜合功率ΔΔP_Z計(jì)算式

 

式中，K_Q為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量；K_P為有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。
　　(4) 年節(jié)電量計(jì)算。輸電線路第i種規(guī)格導(dǎo)線比基準(zhǔn)方案每年節(jié)約的有功電量節(jié)約ΔΔA_P(kWh)、無功電量節(jié)約ΔΔA_Q(kvarh)和綜合電量節(jié)約ΔΔA_Z(kWh)的計(jì)算式為
    

ΔΔA_P=TΔΔP(8)
    

ΔΔA_Q=TΔΔQ(9)
    

ΔΔA_Z=TΔΔP_Z(10)

式中，T為線路的年運(yùn)行時(shí)間，h。
　　(5) 年節(jié)電費(fèi)計(jì)算。設(shè)平均電價(jià)為J_d(元/kWh)，則輸電線路第i種規(guī)格導(dǎo)線比基準(zhǔn)方案每年節(jié)約的綜合功率電能損耗費(fèi)G_d(元/年)為

 

2.1.3　優(yōu)選輸電線路導(dǎo)線截面
　　架空輸電線路導(dǎo)線截面的優(yōu)選是用靜態(tài)追加投資回收期進(jìn)行。根據(jù)擬定的幾種截面方案比基準(zhǔn)方案增加的投資和減少的綜合功率電能損耗費(fèi)可分別計(jì)算出其靜態(tài)追加投資回收期T_H(年)，計(jì)算式為

　　由于輸電線路具有一定的使用壽命，其追加投資回收期T_H應(yīng)結(jié)合考慮有效使用年限T_n進(jìn)行選取。優(yōu)選判定如下：①當(dāng)計(jì)算結(jié)果T_n＞T_H時(shí)，表示第i種規(guī)格導(dǎo)線方案建設(shè)投資的增加部分能夠用節(jié)約的電能損耗費(fèi)在線路有效使用年限內(nèi)給予補(bǔ)償。第i種規(guī)格導(dǎo)線方案可作為優(yōu)選方案。②當(dāng)計(jì)算結(jié)果T_n＜T_H時(shí)，表示第i種規(guī)格導(dǎo)線方案建設(shè)投資的增加部分不能夠用節(jié)約的電能損耗費(fèi)在線路有效使用年限內(nèi)給予補(bǔ)償，因此淘汰該方案。
    

3　架空電力線路導(dǎo)線截面優(yōu)選的綜合分析

3.1　壽命期內(nèi)的效益
　　優(yōu)選電力線路導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面在電力線路壽命期T_σ(年)內(nèi)總的綜合電量節(jié)約ΔΔA_σZ(kWh)與總的電費(fèi)節(jié)約G_σ(元)的計(jì)算式為
    

    

3.2　供電能力提高
　　架空電力線路導(dǎo)線第i種截面規(guī)格允許載流量比基準(zhǔn)方案增加的百分?jǐn)?shù)ΔΔS%的計(jì)算式為
    

    

　　在負(fù)荷增長的情況下，第i種方案導(dǎo)線截面滿足負(fù)荷需要的最大年限T_M(年)的計(jì)算式為
    

 

式中，γ為年負(fù)荷平均增長率。
3.3　電壓損耗下降率
　　架空線路導(dǎo)線第i種截面規(guī)格運(yùn)行中電壓損耗ΔU_i比基準(zhǔn)截面電壓損耗ΔU下降率ΔΔU%的計(jì)算式為
    

    

4　節(jié)電的社會經(jīng)濟(jì)效益

　　線路導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面優(yōu)選節(jié)約的綜合功率ΔΔP_Z為社會節(jié)約建設(shè)發(fā)電廠的投資Z_W(元)的計(jì)算式為
    

Z_W=J_WΔΔP_Z(18)

式中，J_W為單位千瓦發(fā)電的投資。
　　社會節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)K_W的計(jì)算式為
    

　　線路導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面優(yōu)選年節(jié)約的綜合電量ΔΔA_Z為社會節(jié)約全年發(fā)電所需的煤炭資源M_J的計(jì)算式為
    

M_J=M_WΔΔA_Z (20)

式中，M_W為發(fā)1kWh電所需的標(biāo)準(zhǔn)煤，kg/kWh。全年節(jié)約煤炭M_J(t)，就是減少全年CO₂對環(huán)境的污染。下面給出全年減少的二氧化碳H_C(m³)排放量的計(jì)算式為
    

H_C=C_MM_W(21)

式中，M_W為標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電產(chǎn)生的CO₂量，kg/t。
　　下面分別給出更新變壓器壽命期T_σ內(nèi)總計(jì)節(jié)約的煤炭M_σJ(m³)，總計(jì)減少CO₂的排放量H_σC(m³)的計(jì)算式
    

M_σJ=T_σM_J(22)
    

H_σC=T_σH_C(23)
    

5　實(shí)例計(jì)算

　　永川的35kV架空輸電線路建設(shè)工程，輸送功率S_P=11500kvar，cosφ=0.85，負(fù)荷率r_T=80%，年負(fù)荷平均增長率為3%，線路長度為13km，決定采用LGJ型鋼芯鋁絞線，鋼筋混凝土桿塔。需對線路導(dǎo)線截面規(guī)格進(jìn)行優(yōu)選(T=8700h，J_d=0.45元/kWh,K_Q=0.1，K_P=0.2，線路的有效使用期限n=25年)。
　　根據(jù)負(fù)荷率可計(jì)算出線路的最大負(fù)載電流I=239A。并進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度、電暈驗(yàn)算后，選取導(dǎo)線截面規(guī)格的基準(zhǔn)方案為70mm²。在此基礎(chǔ)上，還有95、120、150、185mm²這幾種截面規(guī)格供優(yōu)選。各種導(dǎo)線截面的技術(shù)參數(shù)及投資見表1。
    

表1　線路導(dǎo)線優(yōu)化截面的資料數(shù)據(jù)表

<DIV align=center>導(dǎo)線截 面規(guī)格 /mm</DIV>	<DIV align=center>桿塔 結(jié)構(gòu)</DIV>	<DIV align=center>單位長 度投資 /元·km-1</DIV>	<DIV align=center>幾何 均距 /m</DIV>	<DIV align=center>r0 /Ω·km-1</DIV>	<DIV align=center>X0 /Ω·km-1</DIV>	<DIV align=center>Z /萬元</DIV>
<DIV align=center>70/10</DIV>	<DIV align=center>單桿</DIV>	<DIV align=center>13×104</DIV>	<DIV align=center>3.5</DIV>	<DIV align=center>0.4217</DIV>	<DIV align=center>0.417</DIV>	<DIV align=center>169 </DIV>
<DIV align=center>95/15</DIV>	<DIV align=center>單桿</DIV>	<DIV align=center>14×104</DIV>	<DIV align=center>3.5</DIV>	<DIV align=center>0.3058</DIV>	<DIV align=center>0.407</DIV>	<DIV align=center>182 </DIV>
<DIV align=center>120/20</DIV>	<DIV align=center>雙桿</DIV>	<DIV align=center>17×104</DIV>	<DIV align=center>4.0</DIV>	<DIV align=center>0.2496</DIV>	<DIV align=center>0.409</DIV>	<DIV align=center>221 </DIV>
<DIV align=center>150/20</DIV>	<DIV align=center>雙桿</DIV>	<DIV align=center>18.5×104</DIV>	<DIV align=center>4.0</DIV>	<DIV align=center>0.1980</DIV>	<DIV align=center>0.403</DIV>	<DIV align=center>240.5</DIV>
<DIV align=center>185125</DIV>	<DIV align=center>雙桿 (帶雙拉線)</DIV>	<DIV align=center>21×104</DIV>	<DIV align=center>4.0</DIV>	<DIV align=center>0.1542</DIV>	<DIV align=center>0.395</DIV>	<DIV align=center>273 </DIV>

  

　　根據(jù)前面的相關(guān)計(jì)算式計(jì)算出增大導(dǎo)線截面比基準(zhǔn)截面70mm²的節(jié)電效果與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益見表2，社會效益見表3。
　　本例從表2與表3中的計(jì)算結(jié)果得知：選取LGJ － 95/15型導(dǎo)線截面比選取基準(zhǔn)截面LGJ－70/10型增加投資13萬元，追加投資回收期僅0.17年，電壓損耗降低率17.9%，每年節(jié)約電費(fèi)78.58萬元，節(jié)電降耗率33.22%，輸電能力可達(dá)21000kVA(350A)，但適應(yīng)負(fù)荷增長的承載能力只有14.4年，在有效使用期內(nèi)需進(jìn)行改造。而選取LGJ －185/25型導(dǎo)線線路追加投資104萬元，每年可節(jié)約電費(fèi)181.3萬元，節(jié)電降耗率達(dá)76.64%，不到一年就可收回追加投資，使用年限內(nèi)收回追加投資后節(jié)電產(chǎn)生的利潤達(dá)4533萬元，因負(fù)荷增長產(chǎn)生的節(jié)電利潤達(dá)5542萬元，線損率水平最好，電壓損失率最低，供電能力為31800kVA(525A),提高104%，適應(yīng)負(fù)荷增長的承載能力大于有效使用年限達(dá)28.3年，并為國家節(jié)約發(fā)電投資277萬元，在電力線路壽命期(25年)內(nèi)節(jié)約煤炭資源3.5萬多t，減少對環(huán)境污染的CO₂排放量10757m³，經(jīng)綜合分析優(yōu)選185/25截面應(yīng)為首選方案。

表2　導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面優(yōu)選的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益

<DIV align=center>導(dǎo)線截面/mm2 </DIV>	<DIV align=right>95/15</DIV>	<DIV align=right>120/20</DIV>	<DIV align=right>150/20</DIV>	<DIV align=right>185/25</DIV>
<DIV align=center>ΔΔAP/萬kWh </DIV>	<DIV align=right>144.5 </DIV>	<DIV align=right>214.55 </DIV>	<DIV align=right>278.88 </DIV>	<DIV align=right>333.98</DIV>
<DIV align=center>ΔΔAQ/萬kvarh </DIV>	<DIV align=right>12.47 </DIV>	<DIV align=right>9.97 </DIV>	<DIV align=right>17.45 </DIV>	<DIV align=right>24.43</DIV>
<DIV align=center>ΔΔAZ/萬kWh </DIV>	<DIV align=right>174.63 </DIV>	<DIV align=right>258.46 </DIV>	<DIV align=right>336.4 </DIV>	<DIV align=right>402.92</DIV>
<DIV align=center>Gd/萬元 </DIV>	<DIV align=right>78.58 </DIV>	<DIV align=right>116.3 </DIV>	<DIV align=right>151.4 </DIV>	<DIV align=right>181.3</DIV>
<DIV align=center>Gσ/萬元 </DIV>	<DIV align=right>1965</DIV>	<DIV align=right>3024</DIV>	<DIV align=right>2785</DIV>	<DIV align=right>4533</DIV>
<DIV align=center>TB/年 </DIV>	<DIV align=right>0.17 </DIV>	<DIV align=right>0.45 </DIV>	<DIV align=right>0.47 </DIV>	<DIV align=right>0.87</DIV>
<DIV align=center>ΔΔS% </DIV>	<DIV align=right>35.38 </DIV>	<DIV align=right>54.23 </DIV>	<DIV align=right>73.84 </DIV>	<DIV align=right>104.23</DIV>
<DIV align=center>ΔΔU% </DIV>	<DIV align=right>17.9 </DIV>	<DIV align=right>26.0 </DIV>	<DIV align=right>34.2 </DIV>	<DIV align=right>41.3</DIV>
<DIV align=center>TM/年 </DIV>	<DIV align=right>14.4 </DIV>	<DIV align=right>18.8 </DIV>	<DIV align=right>22.8 </DIV>	<DIV align=right>28.3 </DIV>

表3 　導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面優(yōu)選的社會效益

<DIV align=center>效益 </DIV>	<DIV align=center>導(dǎo)線截面/mm2 </DIV>	<DIV align=right>95/15</DIV>	<DIV align=right>120/20</DIV>	<DIV align=right>150/20</DIV>	<DIV align=right>185/25</DIV>
<DIV align=center>節(jié)約投資</DIV>	<DIV align=center>ZW/萬元 </DIV>	<DIV align=right>120.44 </DIV>	<DIV align=right>192.33 </DIV>	<DIV align=right>232.0 </DIV>	<DIV align=right>277.88</DIV>
	<DIV align=center>KW </DIV>	<DIV align=right>9.26 </DIV>	<DIV align=right>3.70 </DIV>	<DIV align=right>3.25 </DIV>	<DIV align=right>2.67 </DIV>
<DIV align=center>節(jié)約資源 </DIV>	<DIV align=center>MJ/t </DIV>	<DIV align=right>611.2   </DIV>	<DIV align=right>900.6   </DIV>	<DIV align=right>1177  </DIV>	<DIV align=right>1410  </DIV>
	<DIV align=center>MσJ/t </DIV>	<DIV align=right>15280   </DIV>	<DIV align=right>22615   </DIV>	<DIV align=right>29435   </DIV>	<DIV align=right>35256    </DIV>
<DIV align=center>改善環(huán)境</DIV>	<DIV align=center>HC/m3 </DIV>	<DIV align=right>183 </DIV>	<DIV align=right>270  </DIV>	<DIV align=right>353  </DIV>	<DIV align=right>423  </DIV>
	<DIV align=center>HσC/m3 </DIV>	<DIV align=right>4584  </DIV>	<DIV align=right>6755  </DIV>	<DIV align=right>8828  </DIV>	<DIV align=right>10757    </DIV>

　　綜上所述，通過追加投資回收期和電壓損耗、節(jié)電降耗的計(jì)算以及承載能力等方面的綜合分析，優(yōu)選架空電力線路的導(dǎo)線截面，是提高電力線路供電能力和可靠性，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)供電的有效措施，特別在電力供需矛盾的情況下，更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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